石鼓山隧道独头掘进3152米通风施工和光面爆破技术交流材料

1工程概况

中铁七局集团第三工程有限公司

石鼓山隧道位于福建省南安市金淘镇附近，起止里程为左线ZK7+643～ZK13+648/右线YK7+647～YK13+652,隧道全长6005米，是目前福建省已建、在建隧道中最长的三车道公路隧道。隧道左洞纵坡-0.951%～-1.70%，平曲线半径为4000（1630）米，右洞纵坡-0.950%～-2.50%，平曲线半径为4000（1680）米。隧道设计行车速度为80km/h，削竹式洞门，照明为组合灯具，机械通风，无轨运输。南厦高速工程概况

隧道洞身穿过22条构造破碎带、节理裂隙密集带。隧道出口位于山坡，山坡坡度约10～15°，出口段围岩主要为残积砂质粘性土、全风化凝灰熔岩。隧道洞身主要以Ⅱ、Ⅲ级微风化凝灰熔岩围岩为主，设计复合衬砌。

石鼓山隧道为全线控制性工程，独头掘进3152米通风问题成为了制约洞身开挖难点。为顺利实现标段总工期目标，公司致力于隧道通风施工技术管理，在确保安全质量的前提下，快速的向前推进。截止2012年5月初，顺利完成石鼓山隧道独头掘进3152米的施工任务，其中单工作面最大月进尺210米。现就施工中的通风和光面爆破技术做一下交流。2中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速第一部分独头掘进3152m通风技术3中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速4目录一施工通风控制标准二施工通风计算和风机远型三施工工艺四通风技术体会中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速5一、施工通风控制标准中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈠氧气含量

洞中的氧气含量按体积比不低于20％。㈡粉尘浓度

含10%以上游离二氧化硅的粉尘，每立方米空气中不得大于2mg；含10%以下游离二氧化硅的矿物性粉尘，每立方米空气中不得大于4mg。㈢有害气体含量

⒈一氧化碳：不大于30mg／m3；当施工人员进入开挖工作面检查时，浓度可为100mg／m3，但必须在30min内降至30mg／m3；

⒉二氧化碳：按体积不超过0．5％；

⒊氮氧化物换算成二氧化氮控制在5～8mg／m3以下。㈣气温

隧道内气温不得超过30℃。㈤空气量

隧道施工时，供给每人的新鲜空气量不低于3m3／min。㈥风速

隧道开挖时全断面风速不小于0．15m／s，坑道内不小于0．25m／s6二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈠计算依据

洞内通风采用风管式通风，每循环进尺按3.5m，开挖爆破一次最大用药量290kg。第一阶段压入式通风时间按30min考虑，第二阶段混合式通风时间按40min考虑。掌子面所需风量按洞内要求最小风速、洞内人员需风量、一次爆破后30min排除掌子面炮烟、内燃机械设备的使用所需要的风量进行计算，取其中的最大值为计算依据。㈡第一阶段施工通风计算

从洞口进洞1600m以内压入式通风。⒈风量计算⑴根据同一时间，洞内工作人员数计算：Q=k*m*q其中，k：风量备用系数；m：洞内工作时最多的人数；q:洞内每人每分钟需要呼吸的新鲜空气量。7二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速⑵按爆破作业确定风量(根据现场实际经验和分析,爆破产生有害气体需用风量最大,计算如下):其中,Q炮烟─工作面排出炮烟所需风量，m3/mint─通风时间,取t=30min；

G─同时爆破的炸药量,G=290Kg;A─开挖断面面积,A=120.42m2;b—炸药爆破时的有害气体产生量b=40L/Kg；L─隧道通风临界长度,按照将CO稀释到100mg/m3计算;8二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速中K为系统扩散系数，与风管口距工作面的距离及风管直径有关，K=0.67

P：通风管道的漏风系数,取1.18;L：管道长度,按全长一半计算,L=1576m；

Β：平均百米漏风率;Q机=Q需*P=1724.98*1.18=2035.48m3/min=33.92m3/s9二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速⑶按最小风速检验风量：见《路桥施工手册》第650页（21-22）公式：Q=60VSV：洞内允许最小风速，m/s；全断面开挖时为0.15m/s，其它为0.25m/s，这里取0.15m/s；S：开挖断面积120.42m2；Q=60*0.15*120.42=1083.78m3／min根据以上计算：Q机=33.92m3/s考虑选择风机10二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速⒉风压计算

为了保证把足够的风量送到工作面，并在风口保持一定的风速，就要求通风机具有一定的风压，使其克服沿途的所有阻力。风压计算的目的就是要确定通风机本身应具备多大的压力才能满足通风需求。H摩=6.5*αLQ2g/d5=6.5*0.00013*1576*33.922*9.8/1.55=1977.40Pa式中：α—风管摩擦系数，取0.00013；L—管道长度，m；Q—设计风量，m3/s；g—重力加速度，取9.8m/s;;d—风筒直径1.5，单位m。系统风压H=h摩+h局+h正+h其他，为了方便计算，取H=1.2h摩H=1.2*h摩=1.2*1977.40Pa=2372.88Pa。11二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈢第二阶段施工通风计算同第一阶段。㈣风机的选型和系统布置

根据上述的计算结果，选择DSF-ⅡNo12.5A通风机。该通风机功率2x38∕115KW，压力为2524～6000Pa＞H(2372.88),流量77840～135000m3/h=37.5m3/s＞Q需（33.92m3/s）。DSF-ⅡNo12.5A型隧道施工专用轴流通风机性能参数表：

第一台通风机安装在距洞口30m处（这样可以避免从洞口排出的废气进入通风机形成“循环风”）设置DSF-ⅡNo12.5A隧道轴流通风机，同时配备PVC增强维纶布制成的柔性风筒，直径为1.5m，采用完全封闭连接，每节长为20～50m，减少了接头个数，降低了接头的总漏风量和总阻力，坚固耐用，安装管理方便。12二、施工通风计算和风机选型通风总体平面布置图风筒穿过二衬台车平面示意图中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速13二、施工通风计算和风机选型中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

在第二阶段风机布置时,风机串联A处分为两次设计,第一次A处风筒与风机距离保持1.2m，防止风筒被风机吸扁，但有少部分污浊空气被吸进风筒，形成循环，影响通风效果；第二次A处风筒与风机距离保持不大于0.1m，有效的防止了污浊空气的循环，提高了通风效果，保证洞内空气质量符合要求。具体布置及效果见如下照片14二、施工通风计算和风机选型A连接处第一次间距1.2m通风机串联

放炮后20分钟洞内

通风机工作50分钟洞内A连接处第二次间距0.1m通风机串联

放炮后20分钟洞内

通风机工作40分钟洞内中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速15三、施工工艺石鼓山隧道通风施工工艺图如下：

洞外风机支架

洞内风机支架中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈠安装风机

风机安装在洞口上风方向，为确保风机工作发挥最大效率,支架采用工20b工字钢加工制作，风机与支架采用钢板连接固定，安装拆卸方便灵活,支架底部现浇厚度50cm的C30砼，确保支架稳固结实，避免运转时振动摇晃，风机和风筒接口处加密封垫，以减少局部漏风。洞内串联通风机安装方法同洞口一样。16三、施工工艺风筒挂设立面图中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈡安装风筒⒈使用风筒前，要进行外观检测，保证无损坏。⒉风筒统一挂在线路方向的右侧，挂设风管时要平、顺、直。在作业时，先在混凝土墙壁上每隔5m标出锚杆位置。台车打眼后安装锚杆，保持风袋顺直。⒊布设Ф6钢筋拉线，用紧线器拉紧，风管吊线在拉线下。为避免Ф6钢筋受冲击波振动，洞内潮湿空气腐蚀等原因造成断裂，须间隔一个锚杆增设1个Ф10尼龙绳吊挂圈。为避免爆破对新风筒产生破坏，同时使开挖工作面处于风流有效的射程范围内，风管末端安放旧风筒，风筒出口距工作面控制在50m左右。17三、施工工艺中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈢通风机的布置

洞内通风采用风筒式压入式通风，风机距离洞口30m，风机中心距离地面高度3.0～3.5m。风机布置分两个阶段进行通风机的布置。二衬台车上安装通风扇挂防水板台架上安装通风扇通风机三、施工工艺

18开挖台架上安装通风机中铁七局集团第三工程有限公司通风机通风机南厦高速19三、施工工艺中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速㈣辅助通风措施⒈夏季施工期间,洞外气温高,洞内污浊空气排出较慢,为保证施工人员作业环,分别在掌子面开挖台架和二衬台车上加装通风机和通风扇,加快洞内空气循环速度。⒉风筒穿越二衬台车要圆顺过渡，严禁出现打结、死弯现象，以减少阻力，保证通风质量，满足施工要求。⒊禁止洞内施工机械空转，运输车辆的行驶速度不得大于15km/h,，减少污浊空气的产生和扬尘。⒋要注意洞内洒水，爆破后采用高压水雾对渣堆进行分层洒水,减少装渣过程扬起粉尘,并采用洒水车对洞内道路洒水,保证运输道路保持湿润。⒌成立一支4人的通风管理小组，小组人员固定，配备风筒安、拆、修、补等工具，并保证相应施工机械的配合，专门负责通风设备、风管的日常使用、管理、检查、维护、养护等工作。20四、通风技术体会中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

从石鼓山隧道通风的设计过程及实际效果来看，有以下几点值得推荐:⒈石鼓山隧道采用串联式通风，安装简单方便，通风效果好；⒉分别在开挖台架和二衬台车上安装通风机和通风扇，加快了空气循环速度，保证了作业现场符合施工要求；⒊在第二阶段发现部分空气被风机吸入后回流到洞内，立即对风筒内的钢筋笼进行了加密，使风筒与第二台风机距离小于10cm,减少了风机工作时间，同时提高了通风效果。第二部分光面爆破技术21中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速22目录一施工方案的选择二隧道光面爆破的意义及光爆效果的影响因素三石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计四光面爆破的施工工艺五机械配置中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速23目录七石鼓山隧道爆破效果分析评价八光面爆破质量问题的分析和解决方法九光面爆破体会中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速六光面爆破施工控制一、施工方案的选择

24中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

根据石鼓山隧道围岩情况及工期要求，隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖，钻孔采用YT28风动凿岩机钻孔爆破。25二、隧道光面爆破的意义及光爆效果的影响因素中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

光面爆破使隧道轮廓符合设计断面要求，大大减少了岩石超挖量、出渣工作量及砼回填量，提高了施工速度，降低了工程成本。

光面爆破作用机理是炸药爆破时产生的冲击波和高温高压气体作用在眼壁上，炮眼周围的岩石受到强烈压缩而破碎与此同时形成的压缩应力向四方传播，最后形成相互作用的爆破漏斗，当爆破参数选取合理，隧道外轮廓面将形成连续光滑壁面。影响光面爆破效果有以下因素。26二、隧道光面爆破的意义及光爆效果的影响因素中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速1.炸药选择

光面爆破应选择爆速低，密度小，爆力大的炸药。周边眼一般采用Φ25小直径药卷增大不耦合系数，其他炮眼采用Φ32药卷。2.爆破起爆顺序、起爆方法及装药结构及堵塞质量影响。

起爆顺序：掏槽眼—辅助眼—底眼—周边眼。采用族式连接起爆，周边眼采用间隔装药，炮泥进行堵塞。3.钻机类型及布孔、钻孔精度影响

钻机尺寸直接影响到周边眼的外插角在两排炮眼衔接处是否能够连通，不形成台阶。钻孔时尽量减少开眼误差及钻眼角度误差。27三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

光面爆破参数的选择与地质条件有关，且与爆破物品的品种和性能有关；同时还与采用的装药结构和起爆方法、隧道开挖断面的形状和尺寸有关。现以石鼓山隧道Ⅱ级围岩，开挖断面积117.63m2,采用2号岩石乳化炸药，电雷管和非电毫秒导爆管起爆进行设计。

为确保爆破对周边围岩的扰动小，且爆破有效，必须严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，间隔装药。这是形成围岩光面爆破形成的重要条件。三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计

28中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速1、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光爆设计

石鼓山隧道Ⅱ级围岩实施全断面光爆施工，根据光面爆破岩石爆炸力学计算方法计算石鼓山隧道爆破设计参数。

（1）炮孔直径：d=42mm;(2)炮眼深度：L=4m;(3)炮眼数目：按经验公式N=3.3(f.S2)1/3（《爆破设计与施工》P340页9-1公式）f-岩石坚固性系数，硬岩取15S-掘进断面积，117.63m2N=3.3(f.S2)1/3=3.3×(15×117.632)1/3=196(个）

（4）单位炸药消耗量：主要取决于炸药的性能、岩石的性质、巷道的断面、炮孔直径和炮孔深度等因素。在实际工程中，多采用经验公式和参考国家定额标准来确定。

三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计

29修正的普氏公式：（《爆破设计与施工》P340页9-2公式）

q-单位炸药消耗量，kg/m3；f-岩石坚固性系数；S-巷道掘进断面面积，m3；K0-考虑炸药爆力的校正系数，K0=525/p,p为爆力，取300mL中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速周边眼装药结构图30三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计

31中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速32三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

每循环进尺3.4米,爆破方量399.94m3，每循环单位体积耗药量0.677kg/m3。三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计33中铁七局集团第三工程有限公司开挖班18台风钻分工2台2台2台2台2台2台2台1台2台1台南厦高速34三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计中铁七局集团第三工程有限公司拱部非光面爆破与光面爆破效果对比南厦高速35三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计中铁七局集团第三工程有限公司拱部光面爆破效果2南厦高速三、石鼓山隧道Ⅱ级围岩光面爆破方案设计

36边墙光面爆破效果3中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速37四、光面爆破的施工工艺中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速1、放样布眼

测量人员使用全站仪，准确定位隧道中线，开挖轮廓线，标出炮眼位置，利用断面仪对上次爆破的断面进行检查，及时调整爆破参数，改进爆破效果。

严格按照爆破设计钻孔图进行钻孔，尤其对周边眼孔应做重点控制，外插角小于3°，减少两轮廓之间的台阶；在掌子面围岩凸凹不平的地方，调整钻孔深度，确保炮眼底部在一个平面上。2、清孔装药

装药前用φ20小钢管套风管将眼孔的碎石渣用高压风吹出，按照钻孔设计图分组进行装药。炮孔堵塞采用炮泥进行堵塞，长度不小于20cm。

周边眼采用竹条将炸药置于孔内，导爆索起爆保证间隔装药使周边眼同时起爆。38四、光面爆破的施工工艺中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速3、连接起爆网络

起爆采用族式起爆网络，引爆雷管采用胶布绑扎，网络连接好后专人负责检查后在起爆。4、光面爆破施工技术措施⑴对爆破人员进行相关培训，并持证上岗，使操作人员充分了解隧道光面爆破的相关知识，掌握重点，提高其操作的熟练程度。⑵采用合理的不耦合装药结构。⑶严格掌握内圈眼孔的爆破效果，为周边眼孔的爆破提供爆破临空面。⑷为加强眼底岩石的爆破，眼底适当加强装药。四、光面爆破的施工工艺

39中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速五、人员、机械配置

40中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速41六、光面爆破施工控制中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速

根据爆破设计参数及设计图在施工中采取措施严格按光爆设计方案实施。1、每循环钻爆施工前，由主管技术员确定围岩的地质情况适当调整爆破参数，达到最佳爆破效果。2、为尽量减少开孔误差，每轮炮开钻由技术测量人员使用全站仪精确测设，开挖线及钻爆眼位，也别是对周边眼严格控制，标定好钻孔方向角度，以使凿开作业时司钻人员掌握好炮钎的方向。3、石鼓山隧道采用18台YT28风钻同时钻孔，钻孔分工负责，位置固定，建立眼位负责制，在图上标出当班司钻人员姓名，并对照检查，实行奖罚制度，谁钻眼出现偏差有谁负责，提高司钻人员责任心，确保掏槽眼口间距误差及眼底间距误差不大于5cm,辅助眼排拒行距误差不大于10cm,周边眼位置在设计断面轮廓上误差不大于5cm,眼底不超出开挖轮廓面10cm,内圈眼至周边眼排拒误差不大于5cm。42六、光面爆破施工控制中铁七局集团第三工程有限公司南厦高速4、钻眼完毕，按炮眼布置图检查，并做好记录，不符合要求的重新钻孔，经检查合格才能装药。5、装药前进行风压清空孔，装药在现场领工员监检下进行装药作业，周边眼药包由专职人员加工按照爆破设计进行间隔装药，炮孔堵塞长度不小于20cm,最后炮孔网络连接仔细检查，不漏连，错连，确保起爆网路符合设计要求。43七、石鼓山隧道爆破效果分析评价中铁七局集团第三工程有限公司

从以上数据可以知道该段光爆效果较好的达到光爆质量要求。南厦高速

经过施工过程严格控制，石鼓山隧道光爆质量取