土、岩交界洞室开挖爆破设计

田均庆

（葛洲坝新疆工程局（有限公司），新疆乌鲁木齐 830049）

土、岩交界洞室开挖爆破设计

田均庆

（葛洲坝新疆工程局（有限公司），新疆乌鲁木齐 830049）

某工程洞长1470.307m，桩号17+379.693～18+850.0，隧洞结构断面为圆形，出口段软岩隧洞结构断面为马蹄形，根据洞室开挖尺寸和断面大小，本隧洞为中断面型。本段工程，考虑岩石隧洞开挖爆破时可能对软岩隧洞支护造成破坏以及岩石隧洞洞顶及两侧岩层相当薄弱，施工过程中可能引起坍塌，造成安全事故，我部针对以上情况编制软硬岩交界处洞室开挖爆破设计。针对其开挖施工方案，着重分析了其难点和重点以及特殊情况，提出了相应的处理对策。

土、岩交界 洞室开挖 爆破

1 工程概述

某工程洞长1470.307m，桩号17+379.693～18+850.0，隧洞结构断面为圆形，出口段软岩隧洞结构断面为马蹄形，根据洞室开挖尺寸和断面大小，本隧洞为中断面型。

根据我部目前第一段管棚施工遇岩情况以及对出口段岩石走势的勘探，预测软岩隧洞仅7m（桩号：18+850.0～18+843.0）；软岩与硬岩交界处为倾斜面，长5m（桩号：18+843.0～18+838.0）；然后过渡到Ⅳ类围岩隧洞。本段隧洞开挖断面为马蹄形。

2 编制依据

（1）《爆破安全规程》（GB6722-2014）；（2）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487）；（3）《环境空气质量标准》（GB3095-2012）；（4）《水利水电建设工程验收规程》（SL223-2008）；（5）《水利水电工程施工通用安全技术规程》（SL398-2007）；（6）《水利施工安全防护设施技术规范》（SL714-2015）；（7）《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（SL378-2007）；（8）《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47-1994）；（9）《水利水电工程施工测量规范》（SL52-2015）；（10）《新编爆破工程实用技术大全》；（11）黑山头输水隧洞设计蓝图。（12）钻眼机具及爆破器材。（13）我公司多年来在水电隧洞工程施工中成熟的施工技术和积累的实践经验。

3 爆破作业方法

图-1：螺旋掏槽炮眼布置详图（图中尺寸以mm为单位）

洞室石方爆破开挖，考虑爆破过程中可能对软岩隧洞支护造成破坏以及洞顶岩石覆盖层厚度太薄，爆破过程中可能引起洞室坍塌。根据《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（SL378-2007）及地质勘探结果，当洞顶岩石覆盖层厚度小于2倍洞径时，采用超前导坑法进行洞室爆破开挖。当洞顶岩石覆盖层厚度大于2倍洞径时，继续采用超前导坑开挖法向前进尺10m，然后采用光面爆破全断面开挖法进行洞室爆破施工。

4 炮眼布置及爆破参数确定

4.1 钻孔、孔径确定

钻孔主要用自制钻孔台车配备手风钻进行钻孔作业，孔径42mm。

4.2 掏槽方法选择

掏槽方法分为倾斜眼掏槽和直眼掏槽，倾斜掏槽分为：单向掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽几种形式；直线掏槽分为：龟裂掏槽、桶形掏槽、螺旋掏槽几种形式。

综合以上掏槽方法优缺点进行比较、分析，结合我部隧洞现场实际情况，我部计划采用大直径空眼螺旋形掏槽方法进行施工。炮眼布置详见：图-1。

4.3 炮眼深度确定

炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距离，炮眼深度的大小，不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度，它是决定每班中掘进循环次数的主要因素。

根据网络资料查询，目前，在我国输水隧洞浅眼爆破法掘进中炮眼深以1.5m～2.5m用得最多。

考虑爆破时可能对邻近的软岩隧洞支护结构可能造成破坏以及洞顶岩石覆盖层厚度小于2倍洞径，本隧洞工程爆破施工，炮眼深度取值如下：

（1）光面孔、崩落孔孔深取：L=1.5m。

（2）掏槽孔：为了提高其他炮眼的爆破效果，掏槽眼应比其它炮眼加深150mm～200mm，本工程隧洞掏槽孔孔深取：L1=1.7m。

4.4 最大单响药量计算

式中：

（1）R：爆破振动安全允许距离，单位为m，考虑邻近软岩隧洞支护结构的影响以及炮孔深度，取R=7.5m。

（2）V：保护对象所在地安全允许质点振速，单位为厘米每秒（cm/s）。

爆破安全规程（GB6722-2014）规定：（见表1）

综上考虑，保护对象所在地安全允许质点振速，取V=10.0 cm/s

表1

（3）K、a：与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。参考安全规程（GB6722-2014）规定及结合现场实际地形、地质条件选取。

表2

表3

表4

爆区不同岩性的K、a值值（见表2）

本工程爆破：取K=200，a=1.8

（4）将以上参数取值，代入公式，计算得本次爆破最大允许单响药量：Q=2.86kg

4.5 孔距、孔排距确定

（1）光面爆破层厚度即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍（42mm～80mm），岩质软弱、裂隙发育者，眼距应小而抵抗线应大，坚硬、稳定的岩石上，眼距应大而抵抗线应小。本次工程爆破，光爆孔距邻近崩落孔排距取：W=70cm。

（2）光面爆破，光爆孔孔距一般为爆破层厚的0.75～0.9倍（52mm～63mm），岩质软弱、裂隙发育者取小值。本次工程爆破，光爆孔孔距取：a=60cm。

（3）崩落孔孔距、排距参考网络资料以及光爆孔孔、排距和以往在水电隧洞工程施工中成熟的施工技术和积累的实践经验。

孔距取：a1=80cm；

孔排距：参考有关规范及网络资料，孔排距与孔距比值为0.6～0.8（42mm～64mm），取w1=60cm。

4.6 炮眼数目计算

（1）炮眼数目N，按下式计算：

N=qs/rη

式中：

q：开挖断面每m3岩石的炸药消耗量（与岩石性质和开挖断面面积有关，参考网络资料及有关规范，约在1.2～2.4kg/m3范围内，软岩取小值，硬岩取大值），本工程取1.3kg/m3。

S：开挖断面面积，S=30.18 m2。

η：炮眼装药系数。参考有关网络资料及有关规范。（参考：爆破工程适用技术大全）（见表3）

参考某隧道开挖爆破设计（见表4）

本工程暂取0.5。

r：每米长度炸药的重量，本工程采用2号岩石乳化炸药，药卷外径Φ32mm±1mm，药卷质量300g±5g，r=1kg/m。

代入以上公式计算得：N=78（个）

（2）光爆孔数：

布孔周长：20.4m；孔数：19.8/0.6=33（个）

（3）崩落孔数：

第一排崩落孔：

布孔周长：16.5m；孔数：15.3/0.8=19（个）

第二排崩落孔：

布孔周长：12.6m；孔数：10.8/0.8=14（个）

第三排崩落孔：

布孔周长：7.5m；孔数：7.5/0.8=10（个）

崩落孔孔数合计：43个

（4）掏槽孔数：5个

全断面爆孔数合计：81个

4.7 光爆孔（周边孔）钻孔控制

光爆孔其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。周边眼沿隧道轮廓布置，基本上取等距离布眼，断面拐角拐弯处均应布眼。在钻孔施工时，应考虑周边眼有一定的外插角，外插斜率为0.03-0.05，使前后两排炮眼的街接台阶为最小，一般在10-15cm，即不影响风钻操作为宜。

4.8 每个炮孔装药量计算

公式：Q= rηl

（1） 光爆孔：1*0.45*1.5=0.67（kg），取0.6kg。

（2） 崩落孔：1*0.45*1.5=0.67（kg），取0.6kg。

（3） 掏槽孔：1*0.5*1.7=0.85（kg），取0.9kg。

5 起爆网络设计及起爆网络图

本工程起爆网络，采用不耦合装药，毫秒雷管起炮网络。起爆顺序是先掏槽眼，后辅助眼，由里向外分层起爆，然后是底板眼、侧壁眼和压顶眼。详见起爆网络附图。

6 质量保证措施

（1）开挖采用光面爆破技术。针对不同开挖断面、围岩级别及围岩破碎程度进行炮眼布置、深度、装药量等光爆参数设计，并根据开挖后的爆破效果及时调整爆破参数。

（2）在软弱地层中，开挖循环进尺恪守短进尺、弱爆破、快封闭的原则。

（3）洞室的爆破应进行专门的钻孔爆破设计，其内容包括：掏槽方式；炮眼布置；装药量和装药结构以及炮孔堵塞方式；起爆方法和顺序；绘制爆破图。

（4）为探明洞挖中尚未开挖岩体的地质情况，在监理工程师指定或批准掌子面钻设勘探孔或勘探洞。根据钻探获得的地质资料，及时调整爆破参数，以保证开挖质量和确保安全。

（5）优化技术措施，提高作业人员的技能：严格按爆破设计进行钻孔、装药；孔深、孔斜率控制在允许范围之内，炮孔经检查合格后，方可装药爆破。炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，应由经考核合格的炮工负责，并严格按爆破图的规定进行。

（6）地质不良地段采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，严格控制装药量，尽量减少对围岩的扰动。

（7）按“新奥法”理论进行隧洞施工，观测和掌握围岩的变形发展情况，选择合理的支护时机和判断支护的实际效果，充分利用岩石自身的承载能力。

（8）严格按照设计图纸及监理批准的施工方案施工，施工过程中不得私自修改施工方案。

············

7 安全保证措施

（1）爆破材料的运输、储存、加工、现场装药、联线、起爆及瞎炮处理，必须遵守《爆破安全规程》（GB6722-1986）的有关规定。

（2）洞内各爆破作业做到统一指挥，爆破前调度人员通知受影响的相部工作面人员、车辆撤离到安全距离外，一般距爆破工作面的距离不少于200m。

（3）爆破期间，所有动力及照明电路均断开或改移到距爆破点不小于50m的地点。

（4）当开挖面与衬砌面平行作业时，根据混凝土强度、围岩特性以及爆破规模等因素确定其距离。

（5）每日放炮时间及次数根据施工条件明确规定，爆破前爆破人员严格检查爆破网络，确保一次起爆。

（6）遇到下列情况严禁装药爆破：照明不足；工作面岩石破碎尚未支护；发现可能有岩爆、高压水及泥涌出地段。

（7）爆破后必须经过通风排烟，且其相距时间不少于15min，并检查有无残余炸药或雷管；顶板两帮有无松动石块；支护有无损坏与变形等，妥善处理后，工作人员才准进入工作面。

（8）装炮时严禁火种，严禁明火点炮，严禁装药与打眼同时进行。

（9）爆破后必须立即进行安全检查，检查有无瞎炮，按《爆破安全规程》（GB6722-2014）的有关规定进行处理，确认无误后才能出渣。