隧道开挖爆破施工方案

4.1.1隧道洞身开挖工艺

首先必须根据围岩类型选择合适的断面开挖方法，Ⅰ～Ⅲ级围岩可采用全断面法开挖；对于Ⅳ、Ⅴ级围岩可采用台阶法、单侧壁导洞法、双侧壁导洞法等进行全断面开挖或采用半断面开挖的方法。对于Ⅳ、Ⅴ级围岩采用全断面开挖时，各种方法均存在开挖与支护互相干扰的情况，要注意完善施工组织和管理，严格遵循“短进尺，弱爆破”的原则，减少对围岩及已施工的支护的扰动。当采用半断面开挖方法时，下半断面开挖厚度及用药量要严格控制，减小扰动，防止拱部围岩失稳。同时按设计及施工规范要求对水平收敛值、拱顶下沉值进行严格监控量测，并将量测结果及时反馈、指导施工。尤其对于不良地质地段，在开挖前必须用地质雷达、超前小导坑等方法做好超前地质预报工作，同时做好预加固、预支护等辅助施工措施。

其次，隧道开挖一般采用钻爆法施工，应根据围岩类型选择合适的施工工艺。对于硬岩应采用光面爆破，注意以下几点：①放样准确，②打眼准确，③周边眼采用小直径或间隔装药，④全断面施工的微差控制爆破技术，⑤定期和及时检查断面，以便及时反馈、调整；对于软岩应采用预裂爆破，注意以下两个方面：（1）根据现场爆破成缝试验确定预裂孔间距﹑孔径和线装药密度 (即单位长度钻孔的装药量)，及药卷直径小于孔径的不偶合装药方式的装药不耦合系数；（2）确定预裂爆破各参数后，要严格控制预裂孔的成孔质量①预裂孔的角度不能超过允许范围，否则需废孔移位重新开孔；②预裂孔的孔间距要满足爆破设计要求，若孔间距过大，则进行插孔处理；③预裂孔的孔深要满足爆破设计要求，末达规定深度须进行补钻。 4.1.2爆破参数计算

钻爆作业必须按照钻爆设计时行钻、装药、接线和引爆，同时应满足钻眼爆破施工开挖的质量要求。在施工作业中要充分考虑岩石的抗爆性，炸药品种及用量计算，炮眼（临空眼、掏槽眼、扩槽眼、掘进眼、内圈眼、底板眼、周边眼）布置、布置形式和炮眼数量、直径、长度、深度和角度，装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序、起爆网络，凿岩机的台数安排，钻爆参数的选择等，然后再进行爆破设计。 4.1.2.1光面爆破设计

Ⅳ、Ⅴ级围岩在隧道爆破施工中一般采用预裂爆破作业，Ⅱ、Ⅲ级围岩在隧道爆破施工中一般采用光面爆破。光面爆破和预裂爆破的参数参照表1—1和表1—2并在现场进行爆破试验获得。

光面爆破参数 表1—1 岩石 饱和单轴抗压装药不偶合系周边眼间距 周边眼最小相对距离 周边眼装药 种类 硬岩 中硬岩 软岩 极限强度 Rb（MPa） ＞60 ＞30～60 ≤30 数D 1.25～1.50 1.50～2.00 2.00～2.50 E（cm） 55～70 45～60 30～50 抵抗线 V（cm） 70～85 60～75 40～80 E/V 0.8～1.0 0.8～1.0 0.5～0.8 集中度 q（kg/m） 0.30～0.35 0.20～0.30 0.07～0.35 预裂爆破参数 表1—2

岩石 种类 硬岩 中硬岩 软岩 饱和单轴抗压周边眼至崩落装药不偶合系周边眼间距 极限强度 眼间距 数D E（cm） Rb（MPa） （cm） ＞60 ＞30～60 ≤30 1.2～1.3 1.3～1.4 1.4～2.0 40～50 40～45 30～40 40 40 30 周边眼装药 集中度 q（kg/m） 0.35～0.40 0.25～0.35 0.09～0.19 光面爆破属于控制爆破的一种，是沿开挖边界布置密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破方式。由于光面爆破是在主爆区之后起爆，具有两个自由面，受到的夹制作用较小；而且装药量远小于主爆区的装药量，故振动影响较小，对保留基岩的破环较轻微。它能够有效的改善围岩支护结构的受力状况，有利于围岩的稳定性，确保施工安全并延长隧道的使用年限；同时，它在减少超挖、降低施工费用方面的经济效果也是很大的。

①光面爆破抵抗线的确定

一般光面爆破的抵抗线按式1-1经验公式确定：

Wmin=(10~20)d 1-1 式中 Wmin——光面爆破的最小抵抗线 m，

d ——钻孔直径 m。

本隧道采用的是手持凿岩机，钻头直径为40mm,故 Wmin为40~80cm。 ②孔距

光面爆破的孔距可采用式1-2选用：

a=(0.6~0.8) Wmin 1-2 式中 a——光面爆破孔间距 cm，

Wmin为40~80cm，故a取24~64cm。

③装药量的确定

一般根据经验数据或下面公式计算：

Q=q.a.h. Wmin 1-3 式中 Q—装药量 kg，a—钻孔间距 m，

h—孔深 m，

q—炸药单耗 kg/m3，一般取0.15~0.25 kg/m3，软岩取较小值，硬岩取

较大值。

隧道爆破单位耗药量q参考已往施工经验值来确定，隧道爆破单位耗药量q见表1—3《隧道爆破单位耗药量表》，表中单位耗药量是按一个临空面导坑计算，当有两个临空面时，按表列一半计算，当有三个临空面时按表列35%计算。当隧道断面积大于20m2以上时，其q值采用实用对比法来选择确定。

隧道爆破单位耗药量 表1—3

不同岩石的单位耗药量(kg/m3) 导坑面积(m2) 软石 5～6 7～9 10～12 13～15 1.3 1.15 1.0 0.9 中硬石 1.5 1.3 1.2 1.05 坚石 2.0 1.9 1.7 1.5 根据围岩实际的完整、破碎程度，考虑到三车道隧道断面面积大、形状呈扁圆形，并通过初爆和几次试爆取得了较为合理的爆破参数。 4.1.2.2光面爆破施工

Ⅳ级围岩开挖时采用单侧壁导坑法，以防止围岩发生较大变形，开挖时采用上下台阶开挖法，遵循 “先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、勤量测”的施工原则以保持围岩的稳定；爆破块度均匀，适用机械装运、炮孔利用率达90%以上；掏槽设计成直眼掏槽方式。开挖根据设计的开挖方法进行钻爆设计，按照钻爆设计进行钻爆作业。钻眼前应测量开挖断面中线、水平，并用红油漆标出炮眼设计位置，经检查符合设计后进行钻孔；使用钻眼台车钻眼时根据台车类型与轨道道路要求按章操作。将开挖断面上的炮眼分区布置和分区顺序起爆，逐步扩大完成一次爆破开挖，按照炮眼位置、作用不同的三种炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）完成一个循环进尺的爆破掘进。 ①钻眼作业

炮孔布置的原则和方法：

工作面各类炮孔的布置顺序：首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边孔，最后根据断面大小布置辅助孔；掏槽孔的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎的块度，通常布置在断面的中央偏下，并考虑辅助孔的布置均匀；

周边孔一般布置在断面的轮廓线上，按光面爆破的要求，各炮孔要互相平行，孔底落在同一平面上，底板孔的最小抵抗线和炮孔间距通常与辅助孔相同。由于

底板处抵抗作用力很大，为了保证不在底板上不留“根底”，底孔孔底要超过底板轮廓线；布置好周边孔和掏槽孔后，再布置辅助孔。

辅助孔以槽腔为自由面层层布置，均匀布置在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和炮孔密集系数。

由于平行空孔直线掏槽爆破块度均匀，且抛掷距离较近，炮堆较为集中，因此本隧道选用平行空孔直线掏槽。平行空孔直线掏槽所有的掏槽孔均垂直于工作面，且互相平行，通常可分为龟裂掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽三种方式，根据施工时上下导坑的实际情况可分别选用螺旋形掏槽、桶形掏槽。

②装药

首先要选择合适的炸药，国产炸药性能及规格见表：

国产可供选用光面爆破炸药药卷规格

炸药名称 1号岩石硝铵 2号岩石硝铵 2号岩石硝铵 低爆速炸药 直径×长度 mm×cm 20×20~60 20×20~60 25×20~60 20×60，20×20 爆速 m/s 2900~3200 2600~3000 3000~3200 1800 密度 g/cm3 0.85~1.05 0.85~1.05 0.85~1.05 0.87 注：炸药爆速指刚出厂时进行试验的爆速；

导爆索作为炮眼装药时，按20g/m折算为2号岩石硝铵炸药。

当隧道施工环境水量较为丰富使应采用具有防水性能的乳化炸药或经过防水处理的炸药。

光面爆破主要是采用不耦合装药的方式，炮眼孔径与药卷直径之比称为不耦合系数，它反映炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度。不耦合理论认为：炮眼孔内充满由于爆破产生的高压气体，该气体压力如果大于孔壁岩石的断裂强度，则孔壁外周出现破裂圈，压力波通过破裂圈传播到弹性圈后部分应变得以恢复；如果气体压力小于岩石断裂强度，则不存在破裂圈，岩体全为弹性圈。国内通过的理论分析和试验证明不耦合系数取2.0较为合理，炮孔深度大于2.0米时空气柱装药结构效果较差。

不耦合装药结构有两种形式：采用定位并将装药的塑料管控制在炮孔中央，爆破效果好，但是费用较高；也可以将等直径的标准药卷顺序连续或间隔绑在导爆索上，然后再帮在竹片上缓缓送入孔内，应使竹片贴靠在保留岩壁的一侧。炮

孔底部1~2米区段的装药量应比设计值大1~4倍，孔深或岩性较硬石取大值。接近堵塞段顶部1米的装药量为计算值的1/2或1/3。炮孔的其他部位按计算装药量装药。 ③堵塞

为了保证光面爆破的效果，应该注意填塞得质量。封堵材料可就地取材，但要求其具有不可燃性，易于密实，与孔壁摩擦作用能组成一整体，填塞时先用牛皮纸团或编织袋放入堵塞段的下部，再回填岩屑。填塞长度必须达到设计长度，在有水炮孔填塞时应防止填塞不到位的现象。周边眼的封堵长度不宜小于30cm，。装药后要及时起爆，避免时间过长或其他原因使防水作用被破坏而造成爆破效果降低或拒爆。 ④起爆网路

一般采用塑料导爆管非电起爆网路，能够较为准确的控制起爆顺序和起爆时差，爆破效果好，一次分段数量不受限制。塑料导爆管与即发、毫秒、半秒级雷管组合成非电导爆管，在爆破作业中不仅具有电雷管实现微差爆破等性能，而且爆破效果与操作安全性能等方面优于电雷管和火雷管。但是在隧道开挖爆破时，先响炮孔产生的空气冲击波可能破坏后爆孔的孔外接力网路。一般情况下，掏槽孔起爆前，所有的炮孔内的雷管均应被点燃。光爆孔采用导爆索连接时，宜采取双向连接，形成环形导爆索网路，起爆雷管可设置3~5个。

Ⅳ级一般围岩钻孔爆破示意图图2 为了隧道施

abbbccbdbbbccbbbb工时能更好地的控制超欠挖，在隧道爆破施工中需做到以下几点：

a、提高钻孔精度，在施工前炮眼位置精确放设，加强对钻孔施工人员责任感的教育和钻孔水平的培养提高，严格控制“外插角”和边眼位置，为提高钻孔精度

bbd隧道中心线d说明：1、本图为Ⅳ级围岩上下台阶法施工钻孔爆破示意图，围岩开挖顺序见图6—13；2、本图a为周边眼位置，周边眼间距40cm，与辅助眼相距75cm，与开挖线重合；3、本图b为辅助眼位置，辅助眼间距60cm，排距75cm；4、本图c为掏槽眼位置，掏槽眼间距60cm，与辅助眼相距75cm；5、本图d为底板眼位置，底板眼间距60cm，与开挖线或台阶重合。创造一切必要的条件；

b、爆破技术的提高，按规范化施工，严格按设计用药量装药，保证装药位置准确，视开挖方式不同采用合理的爆破方式，采用合理的爆破器材和装药方法，减少由于爆破产生和振动和应力波对围岩的破坏作用，提高轮廓质量；

c、做好前方围岩的预测和监测，地质条件是确定爆破参数的基本依据，不同的

地质条件和掘进方

图1Ⅳ级围岩加强段钻孔爆破示意图abbbbcabbbcbbdbd隧道中心线说明：1、本图为Ⅳ级围岩加强段单侧导坑上下台阶法施工钻孔爆破示意图，围岩开挖顺序见图6—11；2、本图a为周边眼位置，周边眼间距40cm，与辅助眼相距75cm，与开挖线重合；3、本图b为辅助眼位置，辅助眼间距60cm，排距75cm；4、本图c为掏槽眼位置，掏槽眼间距60cm，与辅助眼相距75cm；5、本图d为底板眼位置，底板眼间距60cm，与开挖线或台阶重合。式对爆破要求是不同的，做到施工中紧随开挖面对围岩进行观测描述，对

bbbabddcca围岩节理裂隙状态进行预测，据此调整爆破参数和施工方法。

4.1.2.3爆破注意事项

① 为防止炮烟中毒，要使用合格炸药（尽量采用零氧平衡专用炸药）；做好爆破器材

的防水处理；确保装药的填塞质量；适当增加起爆能，确保炸药达到完全爆轰；加强通风洒水，炮响后经通风洒水15分钟后，相关人员方可进入作业面。

② 进行爆破时，所有人员应撤离现场；装药前应检查爆破工作面附近的支护是否牢固；炮眼内的泥浆、石粉吹洗干净；刚打好的炮眼不得立即装药；如果遇有照明不足，严禁装药爆破，或监爆员必须配带应急灯(手电筒)，方可爆破；爆破后必须经过15min通风排烟后，检查人员方可进入工作面，检查有无“盲炮”及可疑现象；有无死伤炸药或雷管；顶板两帮有无松动石块；支护有无损坏与变形。在妥善处理并确认后，其他工作人员可进入工作面。

③ 施工作业卫生标准。隧道内气温不超过30OC；噪声不大于90dB；氧气含量不小于20%(按体积计算)；有害气体浓度：CO不大于30mg/m3；CO2不大于0.5%(按体积计)；NO2在5 ~ 8mg/m3以下；CH4不大于0.5%(按体积计)。粉尘浓度：含10%以上游离SiO2的粉尘不大于2mg/m3，含10%以下游离SiO2的矿物性粉尘，不得大于4mg/m3。

开挖轮廓面的规程程度要满足：岩面上不应存在明显的爆破裂缝，周边炮眼痕迹分布均匀、保存率应满足：硬岩≥80％、中硬岩≥70％、软岩≥50％；两茬炮的衔接台阶形误差不大于15cm；爆破石渣的破碎程度与装渣机械相适应。

拱架施工 超前小导管施工

4.1.3断面尺寸及超欠挖的控制

隧道开挖断面的尺寸要符合设计的要求，在围岩较软且围岩压力较大的情况下，围岩变形较大，应根据计算及实测数据预留变形量及支撑沉落量，防止出现净空不够现象。

竹下隧道根据不同的围岩设计上给了开挖预留变形量，具体参见下表： 序号 1 2 3 4 5 围岩级别 Ⅴ级围岩浅埋偏压段 Ⅴ级围岩加强段 Ⅳ级围岩一般段 Ⅳ级围岩加强段 Ⅲ级围岩段 预留变形量(cm) 16 16 10 12 8 备注

全断面开挖 初支轮廓断面测量

《评定标准》根据围岩情况和部位确定了不同的超、欠挖规定值及允许偏差。需要强调的是，隧道的开挖质量检测不是仅对某一断面进行检验评价，而是在一个

长度段内连续测量若干等距的断面，对所有实测数据综合计算分析，最后得出该段的开挖质量检测结果。在实际施工中，对超、欠挖的检测除了用水准仪、断面仪测量或尺量以外，还可通过比较实际出渣量与设计出渣量、实际衬砌混凝土量与设计衬砌混凝土量的方法来测定，如发现问题，及时查找原因并予以解决。