隧洞专项设计方案

1、隧洞专项设计方案工程隧洞爆破工程专项设计方案设计依据与原则1.1设计依据1.1.1法律、法规及条例（1）中华人民共和国环境保护法；（2）中华人民共和国安全生产法2014.12.01；（3）中华人民共和国民用爆炸物品安全管理条例（2006.9.1）；（4）建筑工程安全生产管理条例国务院令第393号；（5）公安部爆破作业人员资格条件和管理要求（GA53-20；（6）公安部爆破作业单位资质条件和管理要求（GA990-2012）；（7）公安部爆破作业项目管理要求（GA991-2012）：（8）广西省公安厅及梧州市公安局的有关规定；（9）其他必须遵守的国家法律、法规、条例。1.1.2技术规范及行业标准（

2、1）国家质量监督检验检疫总局爆破安全规程（GB6722-2014）；（2）土方与爆破工程施工及验收规范（GB50201-2012）o；（3）建设部施工机械安全操作规程；（4）公安部爆破作业人员安全技术考核标准GA53-93；（5）中华人民共和国行业标准电业安全工作规程（DL408-91）；（6）非煤矿矿山企业安全生产许可证实施办法国家安全生产监督管理总局令第20号，2009年6月8日起施行；（7）国家安全监管总局关于切实加强金属非金属地下矿山安全避险“六大系统建设的通知安监总管2011108号，2011.7.13；（8）国家和地方政府颁布的有关技术规范和法规。1.1.3现场勘察及有关技术文件（

3、1）爆破手册，冶金工业出版社，汪旭光，2010.10；（2）中国爆破新技术，冶金工业出版社，郑炳旭，2012.10；（3）爆破设计与施工，冶金工业出版社，中国工程爆破协会，2011.05；（4）岑溪市丹竹水库G65高速公路思孟大桥段水源保护工程勘察报告及设计图纸；（5）现场勘察该工程项目施工场地、周围环境等情况。1.2设计原则（1）周边釆用光面爆破，最大限度控制爆破震动强度，确保隧洞围岩尽量不受损坏，尽可能保护周围岩层的完整；（2）采用先进的爆破技术，尽可能缩短施工工期。1.3编制范围本方案适用于岑溪市丹竹水库G65高速公路思孟大桥段水源保护工程隧道石方爆破开挖以及质量、安全、文明施工等各种保

4、证措施。工程概述2.1工程概况G65高速公路思孟大桥段水源保护工程位于义昌江一级支流坷尾河中下游,工程区最下游断面距离丹竹水库坝址约1.4km。丹竹水库于2016年9月开工建设，当前大坝主体工程已基本完成。G65包茂高速公路于2017年11月1日建成通车，该高速公路部分路段横穿丹竹水库库区，穿越断面为本次设计涉及的工程区河段，即思孟大桥段。待爆破联通隧道位于思孟大桥东侧的山体中，进口位于思孟大桥南桥头东侧65m处，隧洞出口位于思孟大桥北桥头东侧150m处，连通隧洞长度为275m,平面呈直线布置，隧洞进口底高程137.50m,出口底高程129.65m,底坡为1/35。隧洞进门设12.23m长的进

5、水渠，出口设8.32长出水渠。周边环境见图2.1隧道周边实景图所示。2.2隧洞断面尺寸隧道断面尺寸：断面为圆拱直墙形式，断面尺寸为4.5mx6m（宽x高），隧道断面面积约为24.8m2,具体尺寸断面见图2-1隧道断面图所示。图2.2隧道断面尺寸图2.3地质情况隧道地质条件及围岩性质具体如下：桩号0+000-0+010m：隧洞进口地形坡度39。，下伏基岩为志留纪温金片岩组（Sw）的云母片岩，强风化层厚5.1m6.2m,下限埋深5.1m6.5m；弱风化层厚13.6m13.9m,下限埋深18.9m20.lm。该洞段岩体风化深，围岩为强风化岩体，裂隙发育，岩体破碎、碎裂严重，所以该段围岩类别为V类。桩

6、号0+0100+025m：围岩为志留纪温金片岩组（Sw）的云母片岩，隧洞埋深1525m,上覆岩体全风化层厚0.3m0.3m,下限埋深0.3m0.3m；强风化层厚5.1m6.2m,下限埋深5.Im6.5m；弱风化层厚13.6m13.9m,下限埋深18.9m20.1m。该洞段围岩为弱风化岩体，隧洞处于地下水位线之下，围岩类别为IV类。桩号0+0250+185m：围岩为志留纪温全片岩组（Sw）的云母片岩，隧洞埋深2560m,上覆地形坡度19。37。，覆盖层为粘土，厚0.2m5.2m；下伏基岩为云母片岩，全风化层厚0.7m17.5m,下限埋深0.7m20.2m；强风化层厚6.3m17.5m,下限埋深7

7、m36m；弱风化层厚11.3m13.6m,下限埋深20.6m49.6m。该洞段围岩为微风化岩体，隧洞处于地下水位线之下，围岩类别总体为III类。桩号0+1850+260m：围岩为志留纪温金片岩组（Sw）的云母片岩，隧洞埋深1540m,上覆地形坡度21-26；覆盖层为粘土，厚0.7m1.5m；下伏基岩为云母片岩，全风化层厚3m13.6m,下限埋深3.8m14.8m；强风化层厚6.1m14.6m,下限埋深10.lm29.3m,弱风化层厚9.8m12.9m,下限埋深20.6m42.2m。该洞段围岩为弱风化岩体,裂隙较发育，隧洞处于地下水位线之下，围岩类别为IV类。桩号0+2600+275m：隧洞出口

8、地形坡度31-37；覆盖层厚0.6m1.5m;全风化层厚1.3m3m,下限埋深2m4.5m；下伏基岩为志留纪温金片岩组（Sw）的云母片岩，强风化层厚6.1m8m,下限埋深9.9m10.6m；弱风化层厚5.8m9.7m,下限埋深15.7m20.3m。该洞段岩体风化深，围岩为强风化岩体，所以该段围岩类别为V类。2.4水文情况工程区域属南亚热带湿润季风气候，光照充足，气候温和，夏长无冬，雨量充沛，既有明显的季风气候，又有复杂的山区气候特色，夏季湿热多雨，多发洪水，冬季较旱。据岑溪气象站资料统计，多年平均气温21.4C,历年最高气温38.6C,历年最低气温-3Co多年平均降雨量为1467mm,多年平均

9、相对湿度81%,多年平均最大风速16m/so流域内径流成因均为降雨形成,4月份便进入汛期，汛期4月-9月的降雨占全年雨量的80%左右。区域水文地质条件受本区地质构造的影响，地下水类型有孔隙水和基岩裂隙水两种。孔隙水主要埋藏于山体的全风化层、坡残积层中，其补给由降雨、地表水补给，集中向河流排泄，受季节性影响较大。基岩裂隙水主要分布于断裂破碎带及岩石节理裂隙密集带，其含水量与破碎带及裂隙的发育程度或张开程度有关，其补给由地表水及潜水补给。3.隧洞掘进方案设计3.1隧洞掘进断面炮孔的种类与作用掘进断面的炮孔按其位置和作用分为掏槽孔、辅助孔（崩落孔）、周边孔及底板孔。掏糟孔应布置在断面中央或偏下部，即

10、以隧洞轴线上一点为圆心，以隧洞高或宽度的1/4为半径的圆内，因为这个部位的岩石对爆破的夹制作用小，便于钻孔作业。周边孔沿开挖幅员边线均匀布置，且断面的转折处必须布孔，以保证炸出需要的规格尺寸。孔口间距通常为3050cm。若为直墙拱形断面，尤其是曲率半径较小的断面，拱弧处应比侧墙部位的周边孔间隔小一些，若遇石质不均，石质软弱的部位要密一些。角度通常为8085。，孔口距幅员线的距离一般为520cm。孔底距幅员线的距离见表3.1所示。表3.1周边孔至幅员边线距离岩石坚硬系数（f）34466881515孔底至幅员边线距离2010105500超出510（cm）III辅助孔的布置主要依据掏槽形式、毛洞幅员

11、平整度要求、掏糟孔与周边孔之间的孔底距离等因素有关。在保证周边孔爆破效果的前提下，尽量以较少的孔数呈均匀分布在掏槽孔与周边孔之间。3.2隧洞掘进爆破参数的确定确定隧洞掘进各种合理的爆破参数，是取得良好爆破效果和加快掘进进度的重要前提。隧洞掘进爆破参数主要有炸药消耗量、炮孔直径、炮孔深度（角度、位置、孔口距和孔底距）、炮孔数冃等。3.2.1炸药消耗量的确定计算炸药消耗量一般釆用如下公式：式中：q炸药单耗，kg/m3；K炸药爆力系数，取1.251.4；f岩石坚固系数，取f=8；S隧洞断面面积，m2o断面面积S掘=24.8m3。隧洞掘进单位炸药消耗量可参考表3.2。表3.2隧洞掘进单位炸药消耗量q参

12、考值（kg/n?）面积单耗岩石普式坚固系数f234681012141520200.600.861.261.621.80隧洞掘进单位炸药消耗量要通过现场试验确定，以求得最佳值。3.2.2炮孔直径的选择炮孔直径对钻孔生产率、孔数、单位炸药消耗量和隧洞周壁平整度都有影响。炮孔直径以及相对应的炸药直径增大，使炸药能量相对集中，这样爆速和爆炸稳定性都相对应的得到提高。但是，过大的炮孔直径将导致钻孔速度明显下降，并影响岩石破碎质量、隧洞周壁平整度和围岩的稳定性。所以，必须根据钻孔设备和工具、炸药性能以及掘进的其他具体条件予以综合分析，合理选取孔径。一般选用3840mm,本工程釆用40mm炮孔直径。3.2.

13、3炮孔数目的确定全断面炮孔数目的确定，通常釆用如下计算方法：式中：N炮孔数目，个；f岩石坚硬系数；s通道断面面积，m2o2号联络通道炮孔个数计算根据施工现场实践经验，然后以实际情况炮孔数量再做适当调整。3.2.4炮孔深度的确定炮孔深度与炮孔长度不同，它是指炮孔底到工作面的垂直距离。炮孔深度是决定掘进循环进尺的重要因素。为了实现快速掘进，在提高掘进机械化程度和改善工作组织的前提下，应力求加大孔深和循环次数。加大孔深能够提高工时效率，即增大钻孔和装渣时间所占工时百分率，而装药爆破、通风和准备工作等作业时间所占工时百分率下降。根据以往隧道施工经验结合本工程地质情况，综合比较后，取炮孔深度L=1.5m

14、较为适宜。3.2.5装药量计算3.2.5.1全断面爆破一次的总装药量确定单位炸药消耗量后，再乘以隧洞断面面积和每循环的进尺数就能够得到一次施工的炸药消耗量。式中：Q全断面爆破一次的总装药量，kg；q炸药单耗，kg/m3；S全断面的面积，m2；L炮孔的深度，mo3.2.5.2单个炮孔的装药量的计算周边孔或辅助孔的平均装药量式中：Q1单个周边孔或辅助孔的平均装药量，kg；m单个周边孔和辅助孔的总数目，50个；n2掏槽孔的数目，6个。隧道单孔装药量计算：（取0.5kg）（1）周边孔药量计算：根据施工经验，周边孔要比计算值小一些，一般情况下为70%80%。（取0.4kg）（2）单个掏槽孔或底板孔的装药

15、量计算：（掏槽取0.9kg,底板孔取0.7）式中：Q2单个掏槽孔或底孔的装药量，kg0以上爆破参数要通过现场试验，施工过程中应根据岩性和环境条件变化及时调整和优化炸药单耗和单孔药量等爆破参数，实行动态设计。3.2.53每一循环爆破参数与预计钻爆指标（1）每一循环爆破参数隧洞每一循环爆破参数详见表3.3。表3.3隧洞每一循环爆破参数表炮孔种类炮孔个数炮孔深度雷管段别药卷数量单孔Q/kg合计/kg掏槽孔61.6MS127.00.95.4扩大孔141.5MS542.00.68.4周边孔301.5MS760.00.412底板孔61.6MS921.00.74.2共计56150.03()（2）预计钻爆指标

16、预计钻爆指标见表3.4所示。表3-4预计钻爆指标序号钻爆指标单位数量1炮孔利用率（预先设计）%0.902-个循环进尺m1.503一个循环爆下的原岩体积m337.24单位岩体炸药消耗量Kg/m30.815进尺Im的雷管消耗量个453.2.6炮孔方向和角度的确定炮孔的轴线方向称为炮孔的方向，炮孔轴线与作业面的夹角称为炮孔的角度。它根据岩石结构和炮孔作用而定。炮孔通常应与岩石裂缝或层理垂直或斜交，尽量避免与层理平行和钻入裂缝。辅助孔应朝向掏槽孔方向，保证继续扩大掏槽效果。周边孔应朝向幅员边线，以保证爆出设计幅员。炮孔与作业面的角度大小，根据岩石的坚硬程度、炮孔作用及便于作业而定。角度越小，最小抵抗线

17、越小，爆破越容易。掏槽孔的角度，应根据岩石坚固程度、作业面大小确定，通常为65。75。；周边孔和辅助孔角度通常为80。85。3.2.7炮孔的布置3.2.7.1炮孔布置步骤炮孔的布置是确定每个炮孔在作业面上的位置和岩石内部的空间位置。炮孔布置合理与否，关系到炸药在岩石内部的合理使用，也关系到炮孔效能的发挥，是钻爆方案中关键性的因素。炮孔的布置是根据岩石性质、作业面大小、炮孔种类和作业等因素确定。炮孔布置的步骤是：（1）根据作业面大小和岩层性质等选择掏槽形式；（2）布置掏槽孔；（3）布置周边孔，先布置断面转角处的炮孔；（4）根据断面情况，在掏槽孔与周边孔之间，均匀交错布置一排或数排辅助孔；（5）绘

18、制全断面炮孔布置图，标出各部尺寸。3.2.7.2布置炮孔（1）计算掏槽孔长度（2）布置周边孔根据周边孔的孔口距离为4050cm,孔口距幅员线取10cm,底部孔孔口距幅员线取20cm、孔底超出地坪取20cm,如图3-1所示。3.3起爆网路本工程釆用导爆管雷管起爆网路，它由击发元件、传爆元件、起爆元件三部分组成，起爆网路釆用“大把抓非电导爆管起爆网路。3.3.1起爆顺序起爆顺序为掏槽孔一扩大孔一周边孔一底板孔，炮孔相对应的雷管段别为MS-1、MS-5、MS-7、MS-9段别非导爆管雷管。起爆网路采用击发针激发引爆，不同雷管延时时间如表3-5所示。表3-5起爆器材段别及延期时间炮孔名称雷管段别延时时

19、间/ms间隔时间/ms掏糟孔MS-100扩大孔MS-5110110周边孔MS-720090底板孔MS-931011()3.3.2起爆网路本工程釆用非电导爆管雷管起爆网路，全断面爆破炮孔雷管段别布置及网路如图32所示。图3-2爆破炮孔雷管段别布置及网路图3.4爆破器材选用3.4.1火工品器材采用非电导爆管雷管半秒段别，雷管分为MSl、MS5、MS7、MS9,一共使用4个段别，如图3-3所示。3.4.2炸药选用炸药釆用(p32mm规格2#岩石乳化炸药，如图3.3所示。4.爆破安全校核及控制措施在完成岩石爆破破碎的同时，爆破作业必然会伴生爆破飞石、地震波、空气冲击波、噪音、毒气等负面效应即爆破公害。

20、所以，在爆破作业中，需研究爆破公害的产生原因、公害强度的分布与衰减规律，通过科学的爆破设计，釆用有效的施工工艺措施，以确保保护对象的安全。4.1爆破振动安全校核岩石爆破过程中，除对临近炮孔的岩石产生破碎、抛掷外，爆炸能量的一部分将以地震波的形式向四周传播，导致地面振动。这种振动即为爆破地震。爆破地震达到一定强度后，能够引起地面建筑物和一些敏感设施的安全危害，通常认为爆破地震居于爆破公害之首。我国爆破安全规程(GB6722-2014)对某些建(构)筑物的允许质点峰值震动速度作了具体规定，其爆破安全振动值见表4-1所示。质点峰值震动速度的计算用下式：式中：v峰值质点震动速度，cm/s；Q最大单响段

21、药量，kg；R测点至爆源中心距离，m；K、a与地质条件、爆破类型及爆破参数有关的系数。表4.1爆破安全振动值序号保护对象类别安全允许质点振动速度(cm/s)f10Hz10Hzf50Hzf50Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.150.450.450.90.91.52一般民用建筑物1.52.02.02.52.53.03工业和商业建筑物2.53.53.54.54.25.04一般古建筑与古迹0.10.20.20.30.30.55水工隧洞7-881010156运行中的水电站及电厂中心控制室设备0.50.60.60.70.70.97交通隧洞1012121515208矿山巷道1518182520309永久性

22、岩石高边坡59812101510新浇大体积混凝土（C20）：龄期：初期3天龄期：3天7天龄期：7天28天1.52.03.04.07.08.02.02.54.05.08.010.02.53.05.07.010.012.0对于较重要工程，应通过现场观测试验确定K、a值。在没有现场试验资料的情况下，不同岩石的K、a值可参考表4-2。表4.2爆区不同岩性的K、a值岩性Ka坚硬岩石501501.31.5中硬岩石1502501.51.8软岩石2503501.82.0若取Q=12kg、K=250、a=1.8、R=65m时，针对思孟大桥西桥头处：0对照表4-1可知，对于一般民用建筑物当f10Hz时，安全允许质

23、点振动速度为1.52.0cm/s；当10Hzf50Hz时，安全允许质点振动速度为2.02.5cm/s；当fV50Hz时，安全允许质点振动速度为2.53.0cm/s。而本次爆破质点振动速度为0.6cm/s,0.6cm/sV1.5cm/s,所以对65m以外的民用建筑不会产生影响。为了确保爆破开挖施工引起的爆破振动得到有效控制，并据现场实测取得的真实的振动数据反馈施工，供钻爆施工设计调整和完善，针对典型区域的爆破施工，提出必须进行爆破振动跟踪监测，在爆破振动安全与工程进度及成本间取得合理的平衡。爆破振动监测数据时评定爆破振动安全和振动控制效果的基本依据。一般情况下将经验公式经过变换，可得计算一次或一段最大起爆药量，即：4.2爆破飞石根据瑞典徳汤尼克基金会对露天台阶爆破提出的飞石距离公式式中：Rmax露天台阶爆破提出的飞石距离，m；D炮孔直径，cm；对于炮孔直径为4.0cm的炮孔，。因为隧洞口爆破开设只有一个自由面，飞石距离可超过63m以上。4.3空气冲击波安全距离计算炸药爆炸产生的高温高压气体，或直接压缩周围空气，或通过岩体裂缝及药室通道高速冲入大气并对其压缩形成空气冲击波。空气冲击波超压达到一定量值后，就会导致建筑物破坏和人体器官损伤