区间隧道爆破设计.doc

重庆轨道交通一号线第11标

中铁三局集团有限公司区间隧道

钻
爆
设
计

编制：
审核：
批准：
日期：

中铁三局集团有限公司重庆轨道交通一号线第11标项目经理部
2007.12.25

一、爆破设计依据：
1、《地下铁道工程施工及验收规范》
2、《铁路隧道施工规范》
3、 重庆市轨道交通一号线第11标段设计施工图纸及地勘资料
二、爆破设计原则:
1、采用光面爆破。根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等条件编制爆破设计。钻爆参数是一动态的参数，应根据围岩变化及时调整，进行动态管理。
2、隧道通过两种类别不同的围岩，要求钻爆技术人员能根据围岩的变化情况与地表振动监测情况，及时调整好控爆参数，将爆破对隧道周壁的破坏与地表建筑物的影响减小到最低。
3、加强开挖工序管理，对全隧道实现光面爆破开挖，减少超欠挖量，减轻围岩松驰圈影响范围，确保隧道开挖成形质量。
三、地质概况：
1、工程位置
重庆市轨道交通一号线（朝天门～沙坪坝）工程11标段区间隧道工程起讫里程K11+600～K12+829.962，全长1229.962m。
本段区间隧道顶板埋深22m～65m，为深埋隧道。线路多为双线单洞隧道型式，在临近高庙村站时过渡至单线单洞型式。隧道衬砌结构按新奥法原理设计，采用复合式衬砌结构，矿山法施工。
2、工程及周边建筑物的关系
本段存在的主要工程地质问题为地面建筑（构）物，该段隧道里程桩号K11+934～K11+990处地面建筑为白马小区(桩基础)，隧道拱顶距小区桩基础底高差约21.5m; 隧道里程桩号K11+977～K12+001处地面建筑为聚兴摩配厂集资房 (桩基础，标高332.750)，隧道拱顶距小区桩基础底高差约21.5m; 隧道里程桩号K12+040～K12+103处地面建筑为城建校集资楼 (条形基础，标高339.530)，隧道拱顶距小区桩基础底高差约31.1m。
3、地形地貌
轨道交通一号线主要位于长江、嘉陵江两大地表水系汇合间的狭长半岛（重庆半岛）上，宏观地貌景观呈深切割丘陵地貌景观。
区间隧道：本段隧道场地属构造剥蚀丘陵区，海拔高程265～385m，相对高差40～120m。地势起伏较大，切割较深，地形坡度5°～15°。
4、地质情况
1）里程桩号K11+600～K11+630段
路线前进方向255°，岩层倾向210～230°，路线走向及地质构造线大角度斜交。岩层呈单斜状产出、产状平缓，倾角8°左右围岩为互层状砂质泥岩及砂岩，岩体节理裂隙不发育，岩体较完整，该段属浅埋洞室，围岩级别为Ⅳ级。
2）里程桩号K11+630～K12+195段
该段线路呈弧型，前进方向由265°～295°，岩层呈单斜状产出，倾向120°～110°、倾角10°～15°。根据隧道设计方案，该段隧道顶板埋深22～65m，顶板岩层厚度20～63m，围岩为长页砂岩夹二层泥岩，呈中等风化状态，岩体节理裂隙不发育、较完整。属深埋洞室，围岩级别Ⅲ级。
3）里程桩号K12+195～标段终点段
线路呈弧型，前进方向由291°～30°～284°，岩层呈单斜状产出，倾向110°～105°，其产状平缓、倾角10°～4°。根据隧道设计方案，该段隧道顶板埋深20～100m，顶板岩层厚度18～99m，围岩为砂质泥岩夹数层砂岩，呈中等风化状态，岩体节理裂隙不发育、较完整。属深埋洞室，围岩级别Ⅳ级。
5、地质构造及地震
拟建隧道段在区域构造上属于沙坪坝背斜东翼，路线呈弧形，前进方向由291°～30°～284°，岩层呈单斜状产出，倾向110°～105°，其产状平缓、倾角10°～4°。根据隧道设计方案，该段隧道顶板埋深20～100m，顶板岩层厚度18～99m，围岩为砂质泥岩夹数层砂岩，呈中等风化状态，岩体节理裂隙不发育、较完整。
根据中国地震动峰值加速度区划图（1/400万）[GB18306-2001]之图A1及中国地震动反应谱特征周期区划图（1/400万）[GB18306-2001]之图B1，场地的抗震设防烈度为6度。场地设计基本地震动峰值加速度0.05g。
6、气象、水文地质
隧道拟建区属亚热带湿润气候，冬暖春早、雨量充沛、空气湿度大、云雾多。多年平均气温18.3℃，日最高气温42.2℃，日最低气温-1.8℃。多年平均降水量1082.6mm左右，多集中在5～9月。多年平均相对湿度79%左右，绝对湿度17.7hpa左右。
场地属构造剥蚀中丘及丘顶的缓台地貌，且街道市政排水设施完备，因此，仅少量地表水沿着破裂的地下管道渗透于砂岩中，形成基岩裂隙水，拟建隧道基岩整体上含水性微弱且上覆土层也较薄，不利于上层滞水赋存。
四、爆破设计:
区间隧道开挖需要控制爆破振动对地表建筑物的危害，故施工时应尽可能多地采用综合减振措施，降低振动速度，并利用测振仪进行安全振动监测。
1、爆破设计原则：
爆破震动强弱主要及爆破器材、被炸体的物理性质、地形地貌爆破方式、开挖方式、炸药用量、爆心距等因素有关。
1）、选择合理的炸药品种。
炸药爆速对爆破震动速度有直接影响，爆速越高，产生的振动越大。由于隧道爆炸的特点，掏槽眼与掘进眼应选择爆速较高的炸药，周边眼利用低爆速的炸药，综合考虑隧道开挖采用2#岩石炸药、乳化炸药以及周边眼使用的光爆炸药（2#岩石小药卷炸药）。
2）、选择合理的起爆时差
爆破振速的大小只及同时起爆的炸药量有关。因此设计中只要每段雷管的起爆时差足够大，使爆破振动速度不叠加，则爆破振速就只及最大段装药量有关。但起爆时差过大，会影响爆破效果。根据以往施工经验，选择国产Ⅱ系列非电毫秒雷管（低段位跳段使用）基本能使震动波形不叠加。
3）、选择合理的掏槽方式
"有无进尺看掏槽".隧道爆破开挖的关键是掏槽,掏槽成功及否直接影响爆破效果,并且掏槽的深度亦直接影响隧道掘进的循环进尺。根据所选用的钻孔机械不同而选用最佳的掏槽型式。
在软岩、中硬岩层中，节理裂隙较发肓的浅眼爆破（炮眼深度在2.5m 以下时，称为浅眼爆破），采用小直径中空直眼掏槽，掏槽效果较好，因此在区间隧道单侧壁导坑法开挖中采用小直径中空直眼掏槽。

掏槽眼布置在正方形0.7m×0.7m 范围内，设计每次进尺1.6m（两榀钢拱架间距），掏槽体积0.78m3, 掏槽炮眼长度1.8m
根据公式Q= ηLq1 =0.85Kg
Q每个炮孔的装药量（Kg）
η炮孔装药系数，η=0.60
L炮孔深度(m),L=1.8
q1直眼掏槽炮孔线装药密度（Kg/m）q1=0.78
根据实际情况作调整，具体如下表：
直眼掏槽装药参数表
雷管段别
炮眼深度(m)
炮眼数量（个）
单孔药量(kg)
单段药量(kg)
空孔
1.8
4

1
1.8
1
1
1
3
1.8
4
0.8
3.2
合计

9

4.2

4）、开挖方式
根据围岩情况，同时为减少同段雷管的装药量，控制爆破规模，采取单侧壁导坑开挖法，分步开挖。见下图
5）、爆破设计参数的确定:
根据经验初选参数，再通过现场实的验确定。
（1）、炮眼深度L，孔径d
以循环进尺作为眼深，取1.6m，掏槽眼加深约10%，取1.8m
孔径d 使用钻头为32mm，确定d=32mm

（2）、炮眼数目
通过经验类比法确定。
（3）、炮眼布置
炮眼布置根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼及辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10%～20%。
先布置掏槽眼，再按光面爆破原则布置周边眼。然后是底板眼、内圈眼、二台眼、最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼比掘进眼密一些，比周边眼稀一些,其间距为周边眼的1.5 倍左右,抵抗线为间距的0.7 倍左右,另外为了不至使底板越爆越高,底板也要下插角,以又考虑到先爆炮眼的部分碴堆在上面,爆破时负荷较大,因此二台眼、底板眼比掘进眼适当加密，稀密程度与内圈眼差不多。
周边眼参数经验计算式：
周边眼间距 E=（8～18）d（d 为炮眼直径），cm。
抵抗线 W=（1.0～1.5）E,cm;
不耦合系数D D=1.25～2.0
根据公式及经验分别取
E=45cm；
W=60cm；
内圈眼间距70cm 左右；
底板眼间距60cm;
扩槽眼75cm 左右；
掘进眼80cm左右；
(4)、炮眼布置详见炮眼布置图。
(5)、总炸药量的计算：Q=KLS
式中 Q—一次爆破总装药量；
K—单位岩石爆破炸药消耗量，Kg/m3;
L—炮眼深度，m;
S—断面积，m2

1部总药量Q=1.0×1.6×17.1=27.36Kg；
2部总药量Q=1.0×1.6×18.09=28.94Kg；
3部总药量Q=1.0×1.6×20.63=33.01Kg；

4部总药量Q=1.0×1.6×16.31=26.10Kg；
1部、3部（临时支护需开挖后拆除）需要掏槽爆破，而2部、4部在1部、3部开挖后爆破，已形成有利临空面，因此各部分总炸药量需重新分配。
(6)、单眼装药量的计算
隧道爆破，炮眼所在部位不同，所起的作用是不同的。掏槽眼要求抛掷；掘进眼只要求松动，而在掏槽部位的两侧及其上下各部份的炮眼要求又不一样，侧部要求松动，上部要求弱松动，下部要求加强松动，周边眼要求光面爆破，底板眼则要用抛掷爆破的药量，所以各部位炮眼的装药量是不同的。
周边眼的线装药密集度系数 q=0.19Kg/m。
其它眼的装药量按下式计算
q=KaWLλ
式中；q—单眼装药量
K—炸药单耗，kg/m3
W—抵抗线，cm；
a—炮眼间距，m;
L—炮眼深度，m；
λ—炮眼所在部位系数，参见下表；
炮眼部位系数
炮眼
掏槽
扩槽
掘进
掘进
掘进
内圈
二台
底板
周边
部位
炮眼
炮眼
槽下
槽侧
槽上
炮眼
炮眼
炮眼
炮眼
λ
1～2
1.20
1.00
0.95
0.90
0.85
1.05
1.10
0.60
根据公式及经验
q 周边=0.30Kg;
q 掏槽=0.80 Kg;
q 内圈=0.60 Kg;
q 掘进=0.90 Kg;
q 底板=0.70 Kg;
q 扩槽=0.70 Kg;
(7)、装药结构、起爆方式、堵塞方式
a、周边眼采用竹片、导爆索、小直径药卷间隔绑扎装药结构、底部药量适当加强；
b、其余各炮眼均采用连续装药结构。
c、起爆方式：
隧道爆破眼中的炸药可采用正向爆或反向爆，但装瞬发雷管的炮眼采用正向起爆，其它炮眼采用反向爆。即掏槽眼的首段采用正向装药起爆。
d、堵塞方式：炮眼装药后的堵塞要将炮泥堵在及装药相接的部位，这种堵塞方式比堵在眼口的爆破效果好，堵塞长度20～40cm。
e、起爆顺序。先掏槽而后扩槽、掘进眼、内圈眼、底板眼、最后周边眼。
6)、光面爆破技术
采用毫秒微差有序起爆，周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。对于稳定性、整体性较好围岩，周边眼及其它炮孔一样，布置在同一里程断面上，只需合理布置周边眼、周边眼距内圈眼间距以及内圈眼、周边眼起爆时差即能有效地实现光面爆破，在一些特殊地段也可采用预留光爆层光面爆破技术，也就是每一循环均将该循环同里程处的侧墙光爆层留出，在下一循环中实施爆破，预留光爆层随掌子面向前推进而推进，该方法的优点是较易获得良好的光爆效果，有利于减轻爆破的震动效应。
7）、爆破起爆网络
各段毫秒微差雷管脚线集束于掌子面中央悬挂，用火雷管＋导火索引爆。孔内微低段雷管一般跳段使用，使各相邻段间隔时间大于50ms，以改善爆破效果与防止地震波叠加而产生较大的地震动。另外，为了确保周边眼同时起爆，保证光爆效果，还将各孔内的导爆索延长至孔外，用一长主干导爆索顺拱部周边眼进行串联，使每个周边眼孔内有二套独立的起爆系统，确保同时起爆.

2、钻爆操作:
1）、钻眼
1.1 准备工作：开工前准备工作做到“四查”，即查钻机及支架是否正常；查风水管路到位
与牢固情况；查钻头、钻杆、扳手等工具是否带齐；查消耗材料有无备用。
1.2 定位：由工班长根据技术室下发的钻爆设计将每台钻机钻孔范围及顺序分配明确，钻眼前定出开挖断面中线、水平线与断面轮廓，标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可进行开钻。炮眼的深度、角度、间距应按设计要求确定,当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，并相应调整装药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼底在同一垂直面上；
1.3 开口：根据爆破设计及中线水平，选好开口位置，刨去浮石，调整支架角度，使支架及开口处岩面保持垂直。操作时，先供水后供风。先开半风，用力前推防止打滑，钻进3～5cm 后再调整支架，保持设计规定的角度，开全风，加大推力。
1.4 钻进：钻进中应充分发挥支架作用，以加快钻进速度，减轻体力劳动：
a 一条线：钎子、风钻、气腿必须在同一垂直面上，从后面看是“一条线”，这样使钻机不会左右摇摆；
b 中心钻：掌握好支架的进气量，使支架不致忽上忽下，使钻杆始终在炮眼中心位置旋转；
c 靠边站：一人操纵一台风钻，人要站在钻机的侧后方，使风钻贴在身边，稳住风钻，不使风钻左右摇摆；
1.5 拨钎：钻孔满足设计深度后，不宜多钻应及时拨钎转移。在整体性较好的岩石中，可停风拨钎，停机时应先关水后关风。在破碎岩石中，为克服阻力钻机应带风转动拨钎。
2）、装药
2.1 钻眼完毕后，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼应重新钻眼，经检查合格后方可装药。
2.2 装药前必须将炮眼内泥浆、石屑用高压风吹洗干净，所有装药的炮眼均应堵塞炮泥；
五、爆破振动监测：
爆破振动监测是本工法的重要组成部分，是检验设计及施工
正确及否。控制爆破振动危害的有效手段。监测系统见图5。
①测点布置。研究爆破地震动波传播规律通常是沿爆破区径向或环向布置1 条或几条地表测线或1 条隧道内测线，径向测点按对数曲线布置，测点应放在同一地层或基础上，每一测点最好能同时测3 个方向量。观测爆破振动对建筑物影响的测点则应布置在被测地表建筑物附近的地表、基础或建筑物上。
②量测数据的处理。应用公式V=K（Q1/3／R）α及一元回归法对所测得的数据进行回归分析，得到及介质、地形有关的系数K、α，从而可得到质点振速V 的衰减规律，然后根据上式、允许最大振动速度、爆心距R，反算出允许的一次起爆药量Q。将得到的振速及安全判据（有关规程所规定的允许振动速度值）相比较，可以判断建筑物、构筑物是否安全。若所测得的振动速度值大于允许值时，则应采取减振措施。
六、质量保证措施：
(1).炮眼的深度，角度间距应符合以下要求
a.掏槽眼:眼间距误差与眼底间距误差不得大于5cm.
b.辅助眼:眼口排距,行距误差不得大于5cm
c.周边眼:沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm ，周边眼外斜率不得大于5cm/m， 眼底不超出开挖面轮廓线索10cm 最大不得超过15cm。
d.内圈眼及周边眼的排距误差不得大于5cm。
e.凹凸较大时应调整炮眼深度并相应调整装药量。
(2)装药前应将眼内泥浆，石屑吹洗干净，已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞密封，周边眼堵塞长度不宜小于20cm。
(3)爆破后开挖断面应严格控制超欠挖，超欠挖控制在规范及设计要求允许范围内。
c.炮眼痕迹保存率应满足：硬岩≥80% ，中硬岩≥60%，周边眼应在开挖轮廓面上均匀分布。
（4）炮孔间距应符合钻爆设计。周边眼间距的误差不大于5cm 与内圈眼间距的误差不大于10cm，周边眼的外插角不大于3 度。
（5）除周边眼外的其它眼孔方向应及隧道方向平等，要求孔底在同一平面上。
（6）钻孔结束后要清孔，确保单孔装药质量。
七、施工安全注意事项：
除严格遵循《铁路隧道新奥法指南》第十一节与《爆破安全规程》的有关规定外，尚需采取以下安全措施：
1.离工作面约50m 处挂设用铁丝编排的厚草帘或废旧轮胎片阻波墙。不爆破时卷起，爆破时放下，以阻挡爆破冲击波，减弱噪声。
2.竖井口盖上能吸收冲击波、声波的多孔性材料，上面再用铁丝网压住。
3.合理安排爆破时间，尽量把爆破安排在爆区附近居民上班时间进行，避免在晚23：00至早晨7：00 之间进行爆破作业。
4.爆破时在地表用哨声示警，让居民有一个心理准备，不致于被惊吓。
5.作好工地围挡工作，布置好警戒。
6．隧道开挖严格按爆破设计施工，严格控制用药量。做好软岩的防坍，加强喷锚支护，按设计喷够厚度、锚够。
7．洞内爆破作业，必须统一指挥，进行爆破时所有人员撤致不受有害气体、振动及飞石伤害的地点，爆破后必须经过通风排烟，爆破后15 分钟后方可进入爆破面检查，检查有无瞎炮及可疑现象，瞎炮未经处理，不得进入下道工序作业，其它工作人员才能进入工作面。
8．凡从事爆破工作的人员，都必须经过培训，考试合格并持有合格证，严禁无证人员操作；
9．爆破作业地点有下列情况时严禁爆破：
a 有塌方危险；
b 掌子面支护损坏；
c 通道阻塞或不安全；
d 有瓦斯突出征兆；
e 工作面有涌水危险或炮眼温度异常；
f 光线不足或无照明；
g 未严格做好准备工作。
5．严格按照爆破文件进行接线、引爆。
10．使用机械找顶撬帮，如特殊情况需人工找顶撬帮时，每班必须有责任心强、经验丰富的专职人员进行，使用的工具应轻便，并有监护人。
20 / 20