隧道光面爆破设计隧道光面爆破设计背 景某隧道为岩溶隧道，隧道断面为135m2，断面 高11.7m，宽为13.8m，地质条件复杂，围岩主要以 灰岩、白云岩为主，弱微风化灰岩段为、级 围岩，极限抗压强度60fr80。爆破设计的顺序 v1分析岩性和隧道断面2确定开挖方法3确定开挖进尺4爆破器材选择5掏槽眼设计6周边眼设计7二圈眼设计8掘进眼设计9底板眼设计10各类孔药量分配11总药量和总眼数核对12爆破网络设计13参数现场优化。 1、岩性分析和开挖方式选择 v岩性分析：围岩主要以灰岩、白云岩为主，弱 微风化灰岩段为、级围岩，极限抗压强度 60fr80，、级围岩段属于硬岩，爆破难 度属难爆。 v开挖方式选择：根据地质条件与断面情况，开挖 方法主要采用台阶法开挖。各部参数为：上台阶 高为7.0m，轮廓线弧长22.6m；下台阶高3m ；仰拱最大高度1.7m。 2、确定最大炮孔深度v炮眼深度确定因素 炮孔深度受开挖断面大小的约束，炮孔过深，受 岩石的夹制作用大，残眼率高，炮孔利用率低。一 般情况下，炮孔深度L取隧道高度（或宽度）的 0.50.7倍（取值按高度或宽度的小值计算）。 v炮眼深度确定 上台阶最大钻孔深度L=0.57.0=3.5m 掏槽眼钻孔深度3.5m 周边眼、二圈眼和掘进眼3.2m 下台阶和仰拱也按3.2m眼深控制 3、爆破器材的选择v 影响爆破效果的主要因素 v 炸药的安全性主要受炸药的耐热性和敏感度影响，但是敏 感度过低，会使起爆能过大，容易发生拒爆现象，相反敏 感度过高，则使用不安全； v 在装药结构一定的情况下，爆破震动的大小主要受炸药的 猛度和爆速影响，猛度和爆速越大，其炮轰波速度越大， 震动越大； v 爆力和爆速对岩体的破碎程度也有较大影响，爆力主要体 现炸药爆破时对周边介质做功的大小，爆力越大，其爆破 能越大； v 爆破有害气体主要与炸药的成分有关，炸药特阻抗与岩体 特阻抗的匹配系数对炸药的爆破功利用效率有较大影响， 匹配系数越高，爆破功利用效率越高。爆破器材的选择v为了取得良好的光面爆破效果，一般选用安全效 能高、敏感度适中、爆破有害气体少、低猛度、 低爆速、高爆力、与岩体的匹配系数高的炸药。 v在无水地段采用2号岩石硝铵炸药 v地下水丰富地段采用2号岩石乳化炸药 v导爆网络由塑料导爆管与非电毫秒雷管组成4、掏槽眼设计v隧道开挖掏槽结构主要有楔形掏槽和直眼掏槽两 种形式。 v楔形掏槽有垂直楔形掏槽、水平楔形掏槽、爬眼 等形式。如果爆破进尺要求较大时，在断面尺寸 允许的情况下，采用多重楔形掏槽。 v该隧道断面宽度13.8m，岩石极限抗压强度 60fr80 MPa，岩石可爆性属难爆，根据现 有情况，选用多重垂直楔形掏槽方式 。表1 楔形掏槽参数表 围岩级别坚固系数（f）掏槽眼对数掏槽眼间距(m)炮眼夹角（）炮眼底间距（cm）、68230.40.8457520注：1.掏槽的对数与断面的宽度和岩石坚固程度相关， 断面大，岩石坚固程度高，对数取大值，相反取小值 在本断面中掏槽眼取2对，共16个眼炮眼夹角按由内向外依次增大 。垂直楔形掏槽 v（1）周边眼间距和孔数 v周边眼间距经验公式为E=10d18d（d为孔径） ，围岩情况好，取大值，相反，取小值，根据现场 隧道、级围岩的情况，周边眼间距取40 50cm。 v取周边眼间距=45cm v则上台阶周边眼个数： vN=L/E=22.6/0.45=50个。5、 周边眼设计（2）周边眼最小抵抗线v周边眼间距确定后，在、级围岩下，按炮眼 密集度公式m= E/W=0.71.0，可得最小抵 抗线W=5075cm。断面跨度大，光爆眼所受 到的夹制作用小，取较大值，相反，取小值，岩 石强度高取小值，相反取大值。 v周边眼最小抵抗线W=60cm（3）周边眼不耦合系数v光面爆破周边孔采用不耦合装药。 v一般不耦合系数经验值为D=1.52.0。 v现场钻孔孔径为d=42mm， v现场实际采用25mm得D=1.68 v符合D=1.52.0的条件。（4）周边孔装药结构v装药采用不耦合间隔装药结构（也可采用小药卷 连续装药结构），因间隔距离超过殉爆距离等因 素，一般用导爆索串联各药卷以加强传爆的稳定 性，药卷采用25小药卷，孔底用半卷32药 卷加强。（5）周边孔单孔药量v 计算单孔装药量，以kg/m表示。 v 式中：q装药集中度，kg/m； v k单位体积耗药量，kg/m3，试验得1.6 kg/m3； v e炸药换算系数，e=320/B； v B炸药的爆力，ml,对岩石硝铵炸药B=320; v w最小抵抗线，m； v 计算得：q=0.3311.60.60.6=0.191kg/m v 单孔药量：QK=qL=0.1913.2=0.611kg围岩情况取值范围见表2 岩石类别炮孔直径 (cm)药卷直径 (cm)间距 E(cm )不耦合系数 D抵抗线W (cm)密集度m （ E/W ）装药集中度（q ）(kg/m)硬 岩 60fr8040502540501.62.050750.71.00.150.25注： 1.fr为单轴极限抗压强度； 2.孔间距随岩石强度或轮廓曲率半径变大，而增大； 3.在本断面中，周边眼45cm，周边眼抵抗线60cm。 装药集中度0.19kg/m。（6）周边眼爆破死角处理 v上台阶周边眼与底板眼连接部夹角小，爆破时， 夹制作用大，在角隅处减少药量，将周边眼间距 适当加密，并最后起爆。 6、二圈眼设计 v二圈眼爆破质量的好坏直接影响光面爆破的效果 ，二圈眼间距按不小于周边眼的抵抗线考虑。在 本断面中，二圈眼的间距取a=6080cm，抵 抗线取80cm，上台阶孔数可按下式计算。 式中：R -开挖轮廓线半径，m ； W -周边眼抵抗线，m； L -开挖轮廓线周长，m； a -二圈眼眼间距，m;7、掘进眼v掘进眼布置主要是确定炮眼间距和最小抵抗线， 炮眼间距和最小抵抗线大小的选取由岩石的坚硬 程度和炮眼深度确定。 v抵抗线W与炮眼深度L的关系式为： vW=（0.20.5）L v在硬岩中，炮眼越深，取较小的系数，反之取较 大的系数v结合本隧道、级围岩的掘进眼环向间距通常 控制在a=0.61.0m，掘进眼层间距为b=0.8 1.2m，且环向间距和层间距一般按由内向外 逐渐减小的原则布设。8、底板眼v底板眼主要对岩石进行二次粉碎和起到翻渣的作 用，布置原则一般为孔间距a=0.81.2m，距 离二台眼距离b=0.81.0m。 v当底板眼位置位于隧道仰拱底部开挖轮廓线时， 孔间距一般为0.50.8m。9、各类孔炸药分配v (1)周边眼采用不耦合间隔装药结构，其余孔采用连续装 药结构。 v (2)各类孔装药量分配顺序为：掏槽孔周边孔二圈孔 掘进孔底板孔。 v (3)孔内炸药长度结合围岩情况、炮口封堵长度和孔所在 位置，综合考虑各孔药量。上台阶布置原则如下： v 掏槽孔一般按照0.80.9倍孔深连续装药； v 周边孔按装药集中度计算单孔药量； v 二圈眼按照0.60.7倍孔深连续装药； v 掘进眼按照0.70.8倍孔深连续装药； v 底板孔一般按照0.70.8倍孔深连续装药。 v 同样，由于下台阶和仰拱具有良好的临空面，装药量配置 适当减小。上台阶各孔布置及药量布置 表3 上台阶、级围岩钻爆参数表下台阶各孔布置及药量布置 下台阶、级围岩钻爆参数表 10、总药量与总孔数核算v (1)上台阶总药量 v 钻孔深度为3.2m v 爆破总装药量： vQ=KSL=0.9（77.823.2）=224.12kg v 式中：K -单位炸药消耗量，结合本合同段岩石强度、断 面宽度和爆破进尺综合考虑，上台阶：取K=0.9kg/m3 ，（查定额坚固系数f= 68时，松动爆破K=0.5 kg/m3，加强松动K=0.7 kg/m3，抛掷爆破K=1.2 kg/m3）。 vS -断面面积（m2）,上台阶面积S上=77.82m2； vL -炮眼深度（m）,3.2 m。 v（2）上台阶总孔数 v除周边孔外，炮眼数目按式计算。 vN = v v式中：N -炮眼数目，个 v K -光面爆破单位炸药消耗量，kg/m3 v L -炮眼深度，3.2m vn -炮眼装药系数，查表取0.8， v r -炸药的线装药密度，1kg/m v S=开挖断面积，m2 v -周边眼总装药量， kg v上台阶轮廓线长22.6m，周边眼按间距45cm布 孔，装药集中度取0.19kg/m,孔深3.2m。 v得：N孔=22.6/0.45=50个，周边眼总药量 =500.193.2=30.4kg v上台阶总药量Q=KSL=224.12kg v代入参数得：N=76个 v则上台阶总炮孔N=76+50=126个。 v计算得知，其上台阶布孔数和总装药量合理。 v同理，计算仰拱和下台阶，其参数合理。11、 起爆网路v隧道爆破开挖使用塑料导爆管非电起爆网络，起 爆过程中严格控制孔内各段位的毫秒雷管段差， 起到微差起爆的目的。 v在网络连接过程中，孔内的非电毫秒雷管跳段使 用，段差按由内向外跳级增加，考虑减震效应， 多重掏槽的掏槽眼段差一般取5075ms，周边 眼和二圈眼段差一般在100ms左右，周边眼一 般采用大段的非电毫秒雷管引爆，且周边眼通常 结合使用导爆索以加强传爆的稳定性； v用于网络中间连接的非电毫秒雷管一律采用小号 段、同段位的雷管。 v网络连接一般采用复式连接法，即每个主干线上 的塑料导爆管雷管采用双管并联与孔内的塑料导 爆管连接 。v网路击发使用击发枪击发，激发传递过程为：击 发枪主干线上的导爆管主干线的毫秒雷管 各个支线上的导爆管各个支线上的雷管引爆 炸药，从而完成整个网络起爆。 v起爆顺序为：掏槽眼掘进眼二圈眼周边眼 底板眼。