隧道施工(2011-4)

1、课程名称：隧道及井巷工程课程编号：s064d08课程类型：学位课考核方式：考试学科专业：地质工程（爆破方向）年级：10级姓名：邵超学号：g10076100096河北工程大学20102011学年第二学期研究生课程论文报告课程论文评语：成绩评阅教师签名评阅日期年月日隧道施工设计新奥法一、工程概况某隧道全长1km，断面尺寸如图一所示。硐身大部分穿过砂岩和砂质泥岩，轻微风化，节理发育，无明显层理，岩石的坚固系数f=4:5，属围岩。要求月成硐150m，全断面一次开挖，每日2个循环，每月按28d计。二、施工方案选择为了保证隧道开挖质量，又能加快施工工期，采用“新奥法”施工方法，即采用“钻眼爆破”方式开挖，

2、为了使爆破后的围岩断面轮图一隧道断面图（单位：）廓整齐，最大限度的减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能的保持原岩的完整性和稳定性，拟采用全断面光面爆破施工方案。又由于岩石的坚固系数f=4:5，属围岩，据隧道围岩稳定性基本分级表，围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常出现小坍塌，浅埋时易出现地表下沉或坍塌至地表。采用锚杆喷射混泥土作为初期支护的支护手段，使用15:20cm厚钢筋网喷射混泥土，设置2.0:3.0m长的锚杆，采用仰拱。三、爆破方案设计1、爆破器材的选择1）炸药的选择隧道工程爆破用的炸药应是使用安全、性能稳定、威力适当、产生有毒有害气体少的炸药。目前在隧道施工爆破中使用最广的是硝胺类

3、炸药。根据工程情况，选用2号岩石硝铵炸药，周边眼使用小直径炸药，其他眼使用标准型炸药。其药卷规格、炸药性能如表一所示：表一隧道所用药卷规格、炸药性能序炸药名炸药规格炸药性能适用范围号称直径/mm长度/mm质量/g密度/(g/cm)爆速/（m/s）猛度/mm威力/ml殉爆/cm有害气体/(l/kg)保存期/月2号岩石适用于一般岩石硝铵炸1药（标准型）351651500.953050隧道，孔径40mm123207436以下的炮眼爆破；大孔径的光爆50.842号岩石2（小直径）222701022003203436适用于一般岩石隧道的周边光爆2)起爆材料起爆材料可以用导爆管和非电雷管，因为塑料导爆管具

4、有抗电、抗火、抗冲击性能好；起爆传爆性能稳定，甚至扭结、180对折、局部断药、管端对接仍能正常传爆；安装简单；使用方便；价格便宜；运输和使用过程中抗破坏能力强；且可以作为非危险品运输等优点。导爆管的发爆可以用8号火雷管、导爆索、击发枪、专用激发器发爆，本工程中使用8号火雷管发爆。2、爆破参数的确定1）炮眼深度l本工程要求月成硐150m，全断面一次开挖，每日2个循环，每月按28d计，每掘进循环的计划进尺数l=150282=2.679m，根据炮眼深度计算式有：h=2.679l=l0.92=2.91m式中l炮眼深度，m；l每掘进循环的计划进尺数，m；h炮眼利用率，不低于0.85，本设计取0.92。实

5、际取炮眼深度为2.9m，每循环进尺l=2.90.92=2.67m，一般深掏槽眼较其他炮眼深度加深0.15:0.25m。2）炮眼直径dl隧道工程爆破中，常用不耦合系数（l=d/f)来控制药卷直径和调整炮眼直径，它反映炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度。药卷直径f的大小应与炮眼直径d相匹配，以免发生沟槽效应而导致被动药卷拒爆，一般炮眼应将l控制在1.1:1.4，周边炮眼应将l控制在1.5:2.5，采用间隔装药时，还要保证药卷之间的间隔距离不大于其殉爆距离，避免发生被动药卷拒爆。炮孔过小，不利于装填药卷；炮孔过大，会降低爆破效果和钻眼速度。根据施工单位常用的钻孔设备和已选用的药卷直径，确定炮孔直径为42m

6、m。3）炮眼数n根据公式：n=qstg式中n炮眼数目，不包括未装药的空眼数；q单位耗药量，一般取q=1.2:2.4kg/m3；s开挖面积（为设计开挖面积，施工开挖面积应在其基础上适当加大，即预留变形量）；t装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，其取值参考表二；g每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石硝铵炸药（标准型）每米质量据表一可算出为0.91kg/m。表二装药系数t值炮眼名称掏槽眼辅助眼周边眼、0.50.40.40.550.450.45围岩类别0.600.500.550.65:0.800.55:0.700.60:0.75开挖断面s=p(b2)22+h-(b2)b=57.12m2装药系数t根

7、据表二，并综合考虑各类炮眼的装药系数选取，t=0.42。单位炸药消耗量根据表三选取，因为使用台阶法开挖，所以q=1.1kg/m3根据表一，推算出g=0.91，带入上式则有tg=1.157.12n=qs0.420.91=164.4个实际取164个炮眼。表三隧道爆破单位耗药量q（kg/m）掘进断面积/m4:67:910:1213:1516:20:1.51.31.21.21.1:1.81.61.51.41.3围岩类别:2.32.01.81.71.62.92.52.252.12.040:431.11.4注：围岩分类根据附录1分类；表中所用炸药为2号岩石铵梯炸药。4）总装药量根据装药量计算式q=qv，计

8、算一个循环的总装药量，可以根据围岩不同的情况据表三确定q的取值。q=qv=qsl=0.857.122.67=122kg3、工作面炮眼布置隧道爆破通常采用掏槽爆破，并采用周边光面爆破技术，将开挖断面上的炮眼分区布置，并分区分层按顺序起爆，逐步扩大完成一次爆破开挖。分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。其布置顺序是：先选择确定掏槽方式并布置掏槽眼；然后布置周边眼（确定周边眼间距e、最小抵抗线w、开眼位置d、外插角a）；最后在掏槽眼与周边眼之间逐层布置辅助眼。辅助眼最外一圈炮眼称为“内圈眼”。1）掏槽眼的选择方式与布置掏槽眼一般应布置在开挖面中央偏下部位。为使爆出平整的开挖面，除掏槽眼和低眼外，所有炮眼眼底应

9、落在同一平面上。通常掏槽眼与底部炮眼深度相同，比其他炮眼深15:20cm。直孔掏槽面积（包括辅助掏槽孔）占断面总面积5%:10%，槽口尺寸常在1.0:1.2之间。楔形掏槽面积占断面总面积10%:20%,槽口尺寸常在4:16之间。由于本隧道断面积达到57m，炮孔实际深度为2.9m，为断面较大，炮眼较深的开挖形式，由于为全断面一次开挖，拟采用垂直楔形掏槽中的二级复楔形方式，内楔孔深应较小，装药也较少并先行起爆。由于目前还没有较好的斜孔掏槽炮孔间距理论公式，根据施工需要以及经验参数表四，拟共布置10个掏槽眼，其中外楔孔6个，眼深在每循环炮眼深度2.9m的基础上加深0.2m，所以深度取3.1m，外楔孔

10、与工作面相交角度a为74，每对眼的眼口距离b为2.1m，眼底的距离b为0.3m；内楔孔4个，深度取1.5m，其与工作面相交角度a为72，每对眼的眼口距离b为1.16m，眼底距离b为0.2m。具体参数如图二所示。表四垂直楔形掏槽爆破参数围岩类别类及以上类a70:8075:8070:7555:70斜度比1:0.27:1:0.181:0.27:1:0.181:0.37:1:0.271:0.47:1:0.37b/cm70:8060:7050:6030:50b/cm30302520炮眼数量/个44:666注：a为掏槽眼与工作面的夹角；b为掏槽眼眼口的间距；b为掏槽眼眼底的间距。图二掏槽眼布置（单位：）楔

11、形掏槽的特点是：掏槽眼数目少且炸药消耗量低，掏槽体积大，易将岩石抛出。但是，掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，不便于多台凿岩机同时作业，岩石抛出较远且岩堆分散，影响装岩效率，不易提高循环进尺。掏槽眼单孔装药量计算：由表二掏槽眼装药系数t=0.5，辅助眼装药系数t=0.4，周边眼装药系数t=0.4。单个炮孔的装药量、装药卷数与装药系数、炮眼深度和单个药卷的长度及质量有关，具体计算如下：4个浅掏槽眼：单孔装药卷数=0.51.580.165=4.8卷（实际取5卷）单孔装药量=50.15=0.75kg6个深掏槽眼：单孔装药卷数=0.53.250.165=9.85卷（实际取10卷）单孔装药量=100.1

12、5=1.5kg2）周边的布置和光面爆破技术周边眼布置原则和标准为：应严格按照设计位置布置；断面拐角处应布置炮眼；为满足机械钻眼需要和减少超欠挖，周边眼设计位置应考虑0.03:0.05的外差率。并应保证岩面平整，围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹，无明显的爆破裂缝；超欠挖尺寸符合规定要求，围岩面上无危石。岩体较坚硬或较完整时，眼口应布置在设计轮廓线上，眼底应落在设计轮廓线以外10:15cm；当岩体较软或较破碎时，眼口则应开在开挖轮廓线以内5:10cm，低眼应落在设计轮廓线上。光面爆破参数的确定原则和方法：周边眼间距e与炮眼直径d关系应满足e=（10:18）d，一般取e=320:720mm，一

13、般取e=320:720mm；周边眼密集系数k（k=e/w）应控制在0.67:0.8之间，所以光爆层厚度（最小抵抗线）w一般取500:800mm之间；装药不耦合系数l应保证l2:5，并保证药卷直径不小于炸药的临界直径；线装药密度即单位长度炮眼中的装药量应满足，软岩或采用光爆层单独爆落时，为0.15:0.25kg/m，硬岩或全断面一次起爆时，为0.30:0.35kg/m。具体数值如表五所示：表五光面爆破一般参考数值岩石类别硬岩中硬岩软岩炮眼间距e/cm55:7045:6535:50抵抗线w/cm60:8060:8040:60密集系数k=e/w0.7:1.00.7:1.00.5:0.8装药集中度/(

14、kgm-1)0.30:0.350.20:0.300.07:0.122根据实际情况，选取本隧道周边眼间距为450mm，最小抵抗线取550mm，光爆孔密集系数为0.82。由于围岩较软，周边眼向外倾斜，眼底落在施工轮廓线上，眼口应在设计轮廓线以内，即预留变形量，其值据表六可取100mm，周边眼外差率为0.034。按照隧道周边总长度和炮孔间距，计算周边眼个数为bn=(bp2)+b+(h-)20.45=63.5周实际取64个。周边眼单孔装药量计算：由表二得周边眼装药系数t=0.4，根据表五和实际情况取装药集中度为0.2kgm-1。单个炮孔的装药量计算如下：单孔装药量=单孔装药长度装药集中度=2.90.4

15、0.2=0.24kg单孔装药卷数=0.240.105=2.3卷实际取2.5卷，并采用反向装药且为间隔装药，装药长度为1.2m。表六新奥法施工开挖预留变形量公路隧道铁路隧道围岩类别跨度/m9:105:77:1212:17特殊设计围岩级别隧道类别普通双线隧道1:33:55:77:10特殊设计3:57:93:55:77:1010:15普通单线隧道1:35:77:10高速双线隧道3:55:88:1010:15现场量测5:80高速单线隧道2:58:12测定3）辅助眼及底眼布置掏槽爆破后，由于槽腔的存在，辅助眼爆破就存在两个自由面，类似露天台阶爆破情况，因此辅助眼爆破参数的选取与台阶爆破相同，最小抵抗线可

16、按表七确定，还可根据其与孔径的比值选取，岩石坚固系数f炸药做工能力/ml坚硬岩石为w=（25:30）d；中等坚硬岩石为w=（30:35）d；松软的岩石为w=（35:40）dbb表七辅助眼的最小抵抗线w（单位：m）300:345350:395400b1:1.50.88:0.961.0:1.101.15:1.201.6:20.82:0.900.92:0.961.0:1.103:45:67:89:1112:1415:180.72:0.800.66:0.700.60:0.650.52:0.580.45:0.500.42:0.440.82:0.900.72:0.800.66:0.700.60:0.640

17、.52:0.500.45:0.500.92:1.00.82:0.900.72:0.800.66:0.700.60:0.640.52:0.60孔距=(0.8:1.3)w，此设计中，根据实地情况，计算出孔间据为0.8m。由于本设计中选用的是2号岩石硝铵炸药，其威力为320ml，岩石坚固系数f=4:5，所以据表七和孔径的比值综合考虑，可以选择最小抵抗线w为0.72m。辅助眼炮孔间距取为a总炮眼数为90个。辅助眼单孔装药量计算：由表二辅助眼装药系数t=0.4，并由表一可以查出炸药的规格参数。单个辅助眼炮孔的装药量具体计算如下：单孔装药卷数=0.42.90.165=7卷单孔装药量=70.15=1.05k

18、g4）装药结构和填塞装药结构式指被动药卷和主动药卷在炮眼中的位置形式。它包括药卷之间的间距、主动药卷的位置和方向、眼口的堵塞方式，其可分为正向装药和方向装药，也可分为连续装药和间隔装药。具体结构如图三所示。正向装药是将主动药卷放在眼口第二个位置上，雷管聚能穴朝向眼底；反向装药是将主动药卷放在眼底第二个药卷位置，雷管聚能穴朝向眼口。正向装药反向装药1-导爆管；2-炮泥；3、6-主动药卷；4、5-被动药卷图三装药结构在本设计中，由于反向装药结构能提高炮眼利用率，减少瞎炮率，减小石渣块度，增大抛掷能力和降低炸药消耗量，所以采用反向装药。其中掏槽眼和辅助眼采用连续装药，周边眼采用间隔装药，且药卷之间用

19、炮泥隔开。在炮孔用粘土或粘土加砂混合制作的炮泥填塞，填塞长度约为炮孔长度的1/3，当孔长小于1.2m时，填塞长度应为炮孔的1/2。1、爆破图表及起爆根据爆破器材情况，采用毫秒导爆管雷管孔内控制延期起爆法，即采用微差爆破法，起爆顺序为：掏槽眼辅助眼周边眼底眼，且在同一个开挖面上，同圈炮眼同时起爆，不同圈（层）的炮眼则“由内向外逐层起爆”。各个炮眼所使用的毫秒导爆管段别和起爆先后顺序等相关参数如表九所示，延迟时间如表八所示。采用导爆管复试练级方式，炮孔布置及爆破网络如图四、图五所示。表八迟发非电雷管的段别及延期时间毫秒迟发雷管（第二系列）半秒迟发雷管秒迟发雷管段别延期时间/ms段别延期时间/ms段

20、别延期时间/s段别延期时间/s1460401111130.131.023456789102510501075+15-101101515020200+20-252502531030380351213141516171819205504565050760558806010207012009023456789100.50.151.00.151.50.202.00.202.50.203.00.203.50.203.8:4.54.6:5.323456789102.00.54.00.66.00.88.00.910.01.014+2-119.02.025.02.532.03.0表九爆破参数表炮孔名称炮孔编号

21、孔深/m孔数单孔装药量/kg总装药量/kg雷管段别起爆顺序掏槽眼1:45:101.53.1460.751.5121311:1213:16辅助眼17:3334:6465:1002.9901.0594.55791113101:122周边眼141:162123:1402.944180.240.2410.564.321517合计162121.38图四炮眼布置图（单位：dm）5、钻眼爆破安全注意事项图五爆破网络图（导爆管复试连接）图五复试导爆管爆破网络（1）装药前应检查顶板情况，撤出设备与机具，并切断照明以外的一切设备电源；（2）放炮母线要妥善的挂在巷道的侧帮上，并与金属物体、电缆、电线离开一定距离；（

22、3）在规定的安全地点装配引要；（4）检查工作面20m范围内瓦斯含量，并按煤矿安全规程有关规定处理；（5）装药时要细心地将药卷装到眼底，防止擦破药卷、装错雷管段号、拉断脚线。有水的炮眼应防止药卷受潮拒爆。（6）装药、连线后应由放炮员与班、组长进行技术检查，并做好放炮前的安全布置；（7）放炮后要等工作面通风散烟后，放炮员率先进入工作面，并经检查认为安全后方能进行工作；（8）发现瞎炮应及时处理，如瞎炮是由连线不良或错连所造成，则可重新连线补爆；如不能补爆，则应在距原炮眼0.3m外钻一个平行的炮眼，重新装药放炮，严禁手拉式或掏挖瞎炮；（9）应在装药前严格检查爆破器材。装、联过程中应严格操作和检查，尽量

23、消除产生瞎炮的可能。四、爆破与施工1、钻眼工作用于隧道工程中使用的钻眼设备，按动力分有风动凿岩机和液压凿岩机，按支撑方式分主要有手持式、气腿式和台车式；钻眼速度受以下几个因素的影响：冲击频率、冲击功、钻头的凿刃形式、钻眼直径、钻眼深度及岩体抗钻性等。常用钻头的钻孔直径有38mm，40mm，42mm，45mm，48mm等，凿刃的种类有片状连续刃及柱齿刃，片状连续刃又有一字形和十字形等几种布置形式；柱齿刃有球齿、锥形齿、楔形齿等形式。为了是钻眼速度加快和钻眼准确，测量人员应在钻眼前给出准确的炮眼位置和掘进方向。在此工程设计中选用实腹式凿岩台车，选用2台，共设8台凿岩机。其立定工作范围可以达到10:

24、15m宽，7:12m高，且轮胎走行使得移位方便灵活，非常适合本设计尺寸大小的隧道。但是占用坑道空间较大，需要与出渣运输车辆交会避让，占用循环时间。由于炮眼直径为42mm，且节理裂隙发育，所以采用直径为42mm的十字形片状连续钻头。2、装岩工作隧道施工中，装岩石最繁重、最费工时的工序，一般情况下它占掘进循环的35%:50%，因此做好装岩工作，对提高效率、加速掘进速度、改善劳动条件及降低成本关系密切。1）装岩量的计算钻爆开挖一个单循环产生的石渣量应为爆破后的虚渣体积，其计算公式为z=rdls式中z单循环爆破后石渣量（m）；r岩体松胀系数，及岩体松方体积与其实方体积的比值。其按围岩级别确定，见表十；

25、d超挖系数，根据爆破对超挖的控制情况而定，一般取1.15:1.25；l设计循环掘进进尺（m）；s开挖断面面积（）。岩体级别土石名称松胀系数r石质1.7石质1.8石质1.6石质1.6硬黏土1.35砂夹卵石1.30黏性土1.25沙砾1.152）装渣方式、运输方式出渣运输方式的选择，应根据洞内作业条件，包括作业空间的大小、一次开挖石渣的体积、石渣块度、土体的松散或泥质黏性、洞内临时道路等条件，充分考虑装、运、卸3项作业机械的配套问题，出渣运输能力与运量需求的适应问题，出渣运输与开挖、支护等工序的协调统一问题，洞内空气污染及作业安全问题等因素的影响，应尽量做到缩短出渣运输在整个作业循环中所占用的比例。装渣方式有机械装渣和人力装渣2种，装渣机械有挖斗式、蟹爪式、立抓式、铲斗式4种。铲斗式装渣机为间歇性装渣机，有翻斗后卸、前卸和侧卸式