武汉地铁隧道光面爆破设计汇总.doc

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1、凿岩爆破课程设计学 号： 20121003507 姓 名： 刘田 班 级： 052123 指导老师： 吴立，袁青 分 数： 中国地质大学（武汉）工程学院二零一五年六月目 录一、 工程介绍11、地质情况12、隧道断面13、爆破方案2二、设备选型21、爆破器材选用22、炸药性能33、凿岩设备与器材3三、爆破参数设计41、炮眼直径42、炮眼深度43、最小抵抗线54、炮眼间距55、炮眼排距56、不耦合系数67、单位炸药消耗量6四、炮孔设计71、单孔装药量72、炮眼数量93、炮眼（孔）布置9五、装药结构与预期爆破效果101、装药结构102、预期爆破效果11六、施工注意事项111、施工要求112、安全技术

2、与防护措施12七、参考文献13八、三表两图14 一、 工程介绍 1、地质情况 某交通隧道，长2000m，马蹄形隧道断面，埋深2030m，围岩级别为级。80穿过石灰岩，20穿过石英砂岩，4590的节理、裂隙面充填方解石、白云石和粘土，部分节理不闭合，缝宽14mm，间距30cm50cm之间，节理面粗糙。石灰岩RQD值为80100之间，石英砂岩RQD值为6080之间；预计围岩存在3组节理，主要节理走向与洞轴线夹角在3050，倾角为4080之间，倾向逆于隧道掘进方向；隧道局部地段因隧道顶部位于水位线下，有中等渗入水流，水流量在1015L/mim之间。岩石抗压强度130150MPa，岩体纵波速度4000

3、5000m/s。 2、隧道断面 图 1该隧道断面为马蹄形（图1） 断面面积30 隧道高度 6.05m。 3、爆破方案 由于隧道断面较大，断面面积约为30m2。选择采用全断面开挖法，辅之以间距为1m，长度为2.5m的快速预应力膨胀式系统锚杆并喷15cm厚的喷射混凝土，永久支护混凝土厚度为30cm的施工方案。采用光面爆破方案，用气腿式凿岩机钻孔，人工装药进行爆破。光面爆破控制周边眼的爆破效果，先行爆破的掏槽眼和辅助眼为周边眼起爆创造条件。根据断面大小布置若干圈，划分为若干圈，划分为若干个先后起爆的段数，选用毫秒雷管，由里向外依次起爆，最后起爆周边眼。对施工进度的考虑，现拟将施工循环进尺限定为2.5

4、m3.5m，具体数值综合选取。二、设备选型 1，爆破器材选用 由于隧道局部地段因隧道顶部位于水位线下，有中等渗入水流，水流量在1015L/min之间。因此，为防止炸药性能和传爆线受水的影响，应选用具有防水性能的炸药及传爆方法。结合现岩石特性和爆破方式，常用爆破器材和炸药，该隧道选用的火工品如表1。 表1 爆破器材表爆破器材名称规格用途雷管111段非电毫秒雷管起爆炸药炸药光爆孔：2号岩石乳化炸药，直径25mm，长度200mm，质量150g其它孔：2号岩石乳化炸药，直径32mm，长度200mm，质量200g光爆、爆破传爆线导爆管传爆激发元件顺发电雷管起爆导爆管 结合岩石，岩体等级及通用情况选用导爆

5、管，并采用非电毫秒雷管。 2，炸药性能 此工程的围岩属于中硬性岩石，故采用2号岩石炸药进行此次的爆破作业。对于光面和预裂爆破也同样采用此种炸药，运用药卷直径的方式，已取得良好的爆破效果。2号岩石乳化炸药是新型防水工业炸药，具有爆炸威力大、抗水性能好、施工效率，有毒气体含量少、储存、运输使用安全等特点。 表2 2号岩石乳化炸药主要性能指标炸药名称性能指标殉爆距离cm猛度mm爆速m/s做功能力mL有效期d2号岩石乳化炸药3123.2103260180 3，凿岩设备与器材 国产凿岩设备型号分析比较： 1）手持式气动凿岩机：重量轻，手持操作，可钻各种方向的的较小直径，较浅深度的炮眼，主要用于凿小向炮眼

6、孔径40mm孔深3米，用于软，中，硬岩性，型号有y24,y26等。 2）气腿式凿岩机：重量一般2430千克，主机安设在气腿上，靠气腿推动钻进，可凿水或倾斜的炮眼，孔径3845mm孔深5米，用于软，中，硬岩性，型号有ysp45，YT28型风动气腿式凿岩机等。 3）向上式凿岩机：重量一般为40千克左右，气腿与主机纵轴线向轴线连成一体，用于天井掘进凿岩中，孔径4050mm孔深5米，于软，中，硬岩性，型号有ysp55等。凿岩机：宜采用型号为YT28型风动气腿式凿岩机，拟用2台。钎头：钎头形式为一字型活钎头，钎头直径3845mm。采用直径40mm的钎头。钎杆：选用中空六角钎杆，直径22mm，长度3.0m

7、。凿岩机械生产率： Vd=V=0.25(m/min) （1） 式中：Vd 凿岩机械的实际生产率(m/min)； V纯钻速(m/min)； 同时开动干扰系数； 工作时间利用系数。三、 爆破参数设计 光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩轮廓圆顺、壁面平整，减少了应力集中和局部落石、掉块现象。确定合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。爆破参数有炮眼直径、炮眼深度、单位炸药消耗量、最小抵抗线、炮眼间距、炮眼排距、炮眼数量，不偶数系数。1,炮眼直径 炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位岩石炸药消耗量、爆落岩石

8、的块度和巷道轮廓的平整性。炮眼直径的增加，有利于爆炸稳定性的提高、爆速的增大。但是，炮眼直径过大不仅钻速降低，而且因炮眼数目减少药量的均匀分布，使岩石破碎质量变差。炮眼直径与施工采用的钻孔机具相关，该工程采用气腿式凿岩机，炮眼直径取45mm。空眼直径取90mm。2、 炮眼深度 炮眼深度（简称眼深）是指眼底到工作断面的垂直距离。 眼深的大小不仅影响掘进工序的工作量和完成各工序的工作时间，而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定没办掘进循环次数的主要因素。为了实现快速掘进，在提高机械化程度、改进循环技术和改进施工组织的前提下，应力求加大眼深并增多循环次数。由于本工程采用小直径炮眼，且岩石坚固性系数为f

9、为1315，掘进面积小，以浅眼为宜。在同样岩石条件下，巷道断面积大的炮眼深度可取大一些，掏槽眼应比一般的炮眼深0.150.25m，岩石坚硬时取大值。综合考虑工程的岩石特性、断面的面积、炮眼直径和炮眼利用率等要求，采用炮眼深度为2.8，掏槽眼的深度为3.0m。 3、最小抵抗线 光面爆破时，最小抵抗线的大小与光面爆破效果、爆破后围岩的稳定性密切相关。只有当最小抵抗线近似于辅助眼爆破后形成的光面层厚度时，才能达到最理想的光面爆破效果，此时的围岩损伤最小，形成的洞室轮廓线最为符合设计洞形。因此最小抵抗线需满足： （2）式中：为光面爆破最小抵抗线（m）；d为炮眼直径（m）。该爆破方案最小抵抗线W=(0.

10、450.90)m,由于最小抵抗线越小，爆破作用半径越大，曲率越小，爆破所受到的爆破夹制作用越小，所以选用较小的抵抗线W=0.6m。4、 炮眼间距炮眼间距a是指同排炮眼之间的距离，a1代表周边眼间距，a2代表辅助眼与掏槽眼的间距，a3代表底孔眼间距。根据工程实践，光面爆破周边眼间距a1采用如下经验公式计算： （3）m,由于隧道区岩石坚硬，岩体完整性较好，周边孔炮眼间距的取值可以较小，故取。辅助眼和掏槽眼较周边眼装药强度大得多，同时考虑到较大的曲率，可适当增加炮眼间距，一般辅助眼和掏槽眼间距为0.61.2m，取炮眼间距。为保证隧道开挖的轮廓，底孔炮眼间距的取值不易过大，可介于周边孔与辅助孔的炮眼间

11、距之间，此处取 5、炮眼排距 炮眼排距b是指相邻两排炮眼之间的距离。b1代表周边眼排距，b2代表辅助眼排距，b3代表底孔眼排距。 根据工程实践，光面爆破炮眼排距b采用如下经验公式计算： （4），该隧道方案选取。根据工程经验，辅助孔间的炮眼排距可与最小抵抗线的数值大小一致，即。底孔与辅助孔间的炮眼排距可与最小抵抗线的数值大小一致，即。 6、不耦合系数 不耦合系数为炮眼直径与药卷直径的比值。本爆破方案炮孔直径为45mm。一般爆破设计中均采用不耦合装药，经验表明，当炮眼直径为3250mm时，不耦合系数为1.32.0。本爆破方案中光爆孔选择的药卷直径为25mm的2号岩石乳化炸药，采用耦合装药。其他爆破

12、孔选择的药卷直径为32mm的2号岩石乳化炸药，采用不耦合装药，不耦合系数。 7、单位炸药消耗量 单位炸药消耗量受到岩石性质、爆破材料性质、断面尺寸和形状、炮眼直径和炮眼深度等因素的影响，目前尚无准确的理论方法进行计算。隧道断面面积为32m2，在2050m2之间，故采用戈斯帕扬经验公式计算单位炸药消耗量。 （5）式中参数及具体取值为：隧道断面面积，；平均凿岩深度， ；炮孔装药量充填系数，对于光面爆破堵塞段的长度一般为炮孔深度的1/41/3，故此处取；炮孔利用率，；等效炸药换算系数，；岩体裂隙率的修正系数，由表3，此处可取；自由面系数，FS=1.0；普氏岩石坚固系数，隧道区岩石坚固性系数在13.0

13、15.0之间，为尽量减少超、欠挖情况发生，此处取；。将上述参数代入式(5)，计算得：m3。表3 岩体裂隙修正系数岩体裂隙情况岩体单位裂隙率强裂隙和层理明显35550.70.79裂隙中度发育25340.80.89裂隙轻微发育15240.90.99裂隙极轻微发育5141.0四，炮孔设计 1，单孔装药量(Q) 一般采用体积公式进行计算，计算公式如下： （6） 式中： q标准爆破单位炸药消耗量，kg/m3； r爆破漏斗的底圆半径，m； W最小抵抗线，m； L炮孔深度，m。 爆破漏斗底圆半径r与最小抵抗线W之间有如下关系： (7) 式中，n为爆破作用指数。 图（2） 爆破漏斗示意图 1)辅助孔单孔装药量

14、（Q1) 对于辅助孔，取标准爆破漏斗，即n=1.0。辅助孔的炮孔深度L=2.8m。由式(6)，此时W,r分别取辅助孔的间距与排距。帮辅助孔装药量Q1=1.40*0.6*0.7*2.8=1.1.65kg。为便于装药，取辅助孔的单孔装药量Q1=1.70kg（8.5卷32mm)。 2）周边孔单孔装药量（Q2) 根据工程经验，在一般情况下，通过使辅助孔的单孔装药量乘以一个折减系数得到周边孔的单孔装药量。此处，由于周边孔的炮眼间距设计值较小，为达到光面爆破效果，周边孔的装药量应适当小，可取折减系数为0.8，则周边孔的单孔装药量。取周边孔的单孔装药量(9卷25mm)。 3）底孔单孔装药量（Q3) 为起到抛

15、掷岩石的作用，通常对底孔进行加强装药。根据工程经验，一般情况下，底孔的单孔药量可取辅助孔单孔药量的1.21.3倍。但在本隧道炮眼间距设计时，底孔的炮眼间距的取值较小，无需在对底孔进行加强装药，故可取底孔装药量与辅助孔装药量相同。底孔的单孔装药量（8.5卷32mm)。 4）掏槽孔单孔装药量（Q4) 由于掏槽孔的夹制系数最大，为了取得良好的掏槽效果，需加大掏槽孔的装药量。根据工程经验，掏槽孔的单孔装药量可取辅助孔单孔药量的1.21.3倍，则掏槽孔的单孔装药量。为便于装药，取掏槽孔的单孔装药量（10卷32mm)。 2、炮眼数量 炮眼数量的确定要同时满足总装药量和合理布置炮眼间距两个要求。 周边眼数量

16、N1计算公式如下： （8） 式中： L为隧道开挖轮廓线的周长（m）； B为隧道底板的长度（m）； a为光面爆破周边眼的间距；根据隧道断面结构图查询， L=19.25m,B=4.25m，a=0.45m。N1=32。根据工程具体情况，结合断面性质，掏槽眼N2=5，另外加一个空眼。由图知底眼数量N3=9,辅助眼数量N4=54。总孔数N=N1+N2+N3+N4=32+6+9+49=96。总的炸药量Q=32*1.36+5*2.0+9*1.7+49*1.7=152.12Kg炸药。 3、炮眼（孔）布置 1）掏槽眼 掏槽眼用于爆出新的自由面，为其他后爆炮眼创造有利的爆破条件。平巷掘进中只有一个自由面，四周的岩

17、石夹制力很大，爆破条件困难，因此，掏槽眼的布置极为重要。直眼掏槽和斜眼掏槽的适用条件： 直眼掏槽：大小断面均可以，小断面更优越；韧性岩石不适用；一次爆破深度可以较大；技术要求高，钻孔精度影响大；炸药用量较多；需用雷管段数多；钻研互相干扰小；碴堆较集中。斜眼掏槽：大断面较适用；对各种地质条件均较适用；受隧道深度限制，不易太深（5m）；技术要求相对来说可稍微差一些；炸药用量相对少；需用雷管段数少；钻眼时，钻机干扰大；抛碴远，易打坏设备。结合两种掏槽方式的适用条件和工程特点，以及提高施工进度的目的，采取直眼掏槽的方式。该爆破方案选用5个掏槽孔，1个空孔。空孔布置在断面中心，5个装药孔围绕其排列。2）

18、 周边眼 在隧道开挖中，为了使隧道的开挖断面不会愈挖愈小，周边孔必须向外插，可能的最小外插量取决于钻机对周边孔净空的要求，一般为10cm20cm，此处取12cm，相应的外插角度为5，即炮孔轴线与隧道断面法线的夹角为5。周边眼布置32个，孔间距为0.45m。 3）底眼底孔轴线与隧道断面垂直。底眼的炮眼间距0.5m，底眼与辅助眼之间的炮眼排距0.6m。底眼炸药最后起爆，以起到抛掷岩石的作用。炮眼布置图参见附图2，炮眼排列说明参见附表2。五、 装药结构与预期爆破效果 1，装药结构 装药在炮眼内的安置方式称为装药结构，它是影响爆破效果的重要因素。最常采用的装药结构形式有： 耦合装药：药包直径与炮孔直径

19、相同，药包与孔壁之间不留间隙。 不耦合装药：药包直径小于炮孔直径，药包与孔壁之间留有间隙。连续装药：炸药在炮孔内连续装填，不留间隔。间隔装药：炸药在炮孔内分段装填，炸药之间由炮泥、木垫或空气柱隔开。结合工程情况，在该爆破方案中，周边眼采用不耦合间隔装药，辅助眼、底眼、挖槽眼采用不耦合连续装药。各眼的装药图参见附图 1。2、 预期爆破效果 起爆顺序：掏槽孔辅助孔底孔周边孔。基本爆破条件与爆破效果参见附表 1和附表3。 六、施工注意事项 1，施工要求 1)凿岩前须先标定中线、腰线和巷道轮廓线，确定好掏槽孔位置，并标定好各炮孔位置，以保证形成的断面达到设计要求。2)装药前用高压风吹洗各炮眼，将炮眼内

20、的岩粉、砂子等清除干净，避免装药时损坏导爆管。3)各炮孔装药后，须用炮泥堵塞炮孔，提高爆破效率，堵塞长度为炮孔深度的30%左右。4)装药时导爆管在炮孔内要装顺管，以免装反管时折断导爆管产生误炮现象。5)起爆管、接力管与导爆管的连接要将起爆管与导爆管实行反向绑接（雷管的聚能穴朝向与导爆管传爆方向相反），将导爆管均匀地排在雷管的外侧，用胶布缠绕紧，导爆管末端应露出10cm以上。6)导爆管在使用过程中要避免将其划破、损伤、打死结、烧坏。不允许将砂石、泥块、水、油等杂物弄入导爆管孔中，以免影响传爆，在使用时，不得将导爆管任意切断。7)凿岩爆破施工要严格遵守安全规程、操作规程进行作业，加强安全管理，避免

21、安全事故的发生。 2. 安全技术与防护措施1)工程现场100m范围内进行实地调查，记录可能影响的构筑物或其它结构状态，记录资料应包括文字和图片资料，现场可作观测标志。2)在洞口处用湿草帘子、布袋子覆盖，距洞口5m处搭设脚手架，并在脚手架上挂毛竹篱笆和钢丝网，对爆破飞石进行阻挡。3)在爆后30min且炮烟排出后，由熟练爆破员进行爆堆检查。4)盲炮处理：发生盲炮后，必须由专职爆破员进行处理。处理方法为：(1)能够重新引爆的，加大警戒范围，重新加入起爆体引爆；(2)不能重新引爆的炮孔，采用高压风吹出堵塞炮渣，取出起爆雷管，并将炸药取出；(3)严禁采用木棍硬捣起爆药卷。5)严禁利用残孔穿孔，以免钻爆残

22、孔中残留炸药。6)爆破警戒：装药警戒范围由爆破工作领导人确定，装药时应在警戒边界设置明显标志并派出岗哨；执行警戒任务的人员，应按指令到达指定地点并坚守工作岗位。7)信号：预警信号：该信号发出后爆破警戒范围内开始清场工作；起爆信号：起爆信号应在确认人员、设备等全部撤离爆破警戒区，所有警戒人员到位，具备安全起爆条件时发出。起爆信号发出后，准许负责起爆的人员起爆；解除信号：安全等待时间过后，检查人员进入爆破警戒范围内检查、确认安全后，方可发出解除爆破警戒信号。在此之前，岗哨不得撤离，不允许非检查人员进入爆破警戒范围；各类信号均应使爆破警戒区域及附近人员能清楚地听到或看到。8) 火工品管理必须有火工品

23、管理人员进行管理，现场火工品使用由爆破员使用，安全员现场监督。爆破完成后，剩余火工品必须全部退库，做到帐账相符，账物相符。 七、参考文献1吴立、闫天俊、周传波凿岩爆破工程，中国地质大学出版社，2004.06.2陈建平、吴立地下建筑工程设计与施工，中国地质大学出版社，2000.06.3周传波、陈建平、罗学东、王晓梅地下建筑工程施工技术，中国地质大学出版社，2000.4关宝树、隧道工程施工要点集，人民交通出版社，2004.45.八、 三表两图附表1 基本爆破条件项 目数 值项 目数 值掘进断面32m2炮眼数目100个岩 石石灰岩、石英砂岩炸药种类2号岩石乳化炸药瓦斯等级无雷管种类非电毫秒雷管炮眼深

24、度2.8m每循环装药量152.12kg附表2 炮眼排列说明表炮眼编号炮孔名称炮孔个数眼深(m)外插角度()装药量(kg)放炮顺序联接方式单孔合计0空孔12.40导爆管一次起爆1掏槽孔52.402.010.02辅助孔132.201.722.13辅助孔162.201.727.24辅助孔202.201.7 34.05周边孔322.251.3643.526底孔92.201.715.3合计96152.12附表3 预期爆破效果序 号名 称单 位数 值1炮眼利用率%902每循环掘进进尺m2.523每循环爆破实体岩石m380.644单位炸药消耗量kg/m31.895每米巷道炸药消耗量kg/m60.376单位雷管消耗量个/m31.187每米巷道雷管消耗量个/m37.70