光面爆破施工工艺

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1、光面爆破施工工艺1前言1.1工艺概况光面爆破20世纪50年代末首先在瑞典兴起，1952年在加拿大首先使用，现已被规 定为隧道掘进工程中的标准方法。隧道采用光面爆破能使围岩周边形成平滑圆顺的表 面，可以有效控制周边超欠挖，减少围岩扰动，减少支护工程量。同普通爆破相比，光 面爆破能取得巨大经济效益、安全效益和其它综合效益。光面爆破的优点是明显的，但光爆效果随着地质条件的不同差异很大，参数选择 也必须根据地质条件不同而采用不同的参数。要取得理想的爆破效果，必须了解光爆的 作用原理和影响参数，通过爆破初步设计，并反复实践才可达到良好的爆破效果。我们 通过石林隧道II、III级围岩光面爆破的设计，并结合

2、地质条件、钻孔设备、设计要求， 多次调整施工参数和工艺，不断摸索、完善，经总结形成本标准工艺。1.2工艺原理光面爆破是控制开挖轮廓超欠挖和平整度的爆破技术。它沿开挖轮廓周边布孔，利 用掏槽眼和掘进孔爆破后形成的良好临空面，在光爆层中起爆，借以减少光爆层爆破时 内侧岩层对光爆层的夹制作用，降低炸药单耗，减少一次起爆药量，降低爆破震动效应， 减小对周边围岩的破坏，使其获得平滑的开挖廓面及降低超欠挖的一种施工技术。2工法的特点1）光爆周边眼钻眼精度要求高、装药技术要求较高；2）适用于各种围岩类型；3）开挖轮廓外观质量好，对围岩扰动少，增加施工安全，具有良好经济效益；4）施工参数因地而异，方法灵活。3

3、 适用范围本工法适用软岩、硬岩等地质条件下的铁路、公路、水工等隧道和岩石边坡处理。4 技术标准工程地质手册第四版-2007；爆破工程消耗量定额GY102-2008；爆破安全 技术规程GB6722-2011；高速铁路隧道工程施工技术指南铁建设2010241号；高 速铁路隧道工程施工质量验收标准TB10753-2010；隧道现代爆破技术。5 施工方法光面爆破是根据岩石岩性、产状和开挖断面大小入手，确定爆破深度、炸药类型、装药量、起爆顺序、装药结构、孔间距等技术参数，以达到良好的爆破进尺、受控的超 欠挖和良好的外观质量的一种施工方法。6 工艺流程及操作要点钻孔调整爆破参数清孔钻孔质量验收网络检查支网

4、络联线设置警戒与起爆器连接起爆连接起爆主网络装药与堵塞炮口爆破材料现场就位通风排险效果不理想 光爆效果与质量检查图 1 光面爆破施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 爆破设计根据隧道设计提供的地质资料、设计图纸和施工机具，合理的选择爆破材料。而后根据现场地质条件和自身的工、料、机条件，进行切合自身实际情况的爆破设计。爆破 设计的顺序为：分析岩性和隧道断面f确定开挖方法f确定开挖进尺f爆破器材选择f 掏槽眼设计f周边眼设计f二圈眼设计f掘进眼设计f底板眼设计f各类孔药量分配 f总药量和总眼数核对f爆破网络设计f参数现场优化。1）岩性分析和开挖方式选择石林隧道为岩溶隧道，隧道断面为135m2,

5、断面高11.7m，宽为13.8m,地质条件复 杂，围岩主要以灰岩、白云岩为主，弱微风化灰岩段为II、III级围岩，极限抗压强度 60WfrW80,II、III级围岩段属于硬岩，爆破难度属难爆。根据地质条件与断面情况，开挖方法主要采用台阶法开挖，其开挖顺序为开挖上台 阶f下台阶左、右分幅开挖f仰拱一次开挖成型。各部参数为：上台阶高为7.0m，轮廓 线弧长22.6m；下台阶高3m；仰拱最大高度1.7m。2）确定最大炮孔深度炮孔深度受开挖断面大小的约束，炮孔过深，受岩石的夹制作用大，残眼率高，炮 孔利用率低，一般情况下，炮孔深度L取隧道高度（或宽度）的0.50.7倍（取值按 高度或宽度的小值计算）。

6、其中隧道进尺的好坏主要受上台阶控制，其上台阶最大钻孔深度L=0.5X7.0=3.5m， 结合围岩级别和钻机工作长度等影响因素，现场取掏槽眼钻孔深度3.5m，周边眼、二圈 眼和掘进眼3.2m。其下台阶和仰拱也按3.2m眼深控制。3）爆破器材的选择影响爆破效果的主要因素有：炸药的安全性主要受炸药的耐热性和敏感度影响，但 是敏感度过低，会使起爆能过大，容易发生拒爆现象，相反敏感度过高，则使用不安全； 在装药结构一定的情况下，爆破震动的大小主要受炸药的猛度和爆速影响，猛度和爆速 越大，其炮轰波速度越大，震动越大；爆力和爆速对岩体的破碎程度也有较大影响；爆 力主要体现炸药爆破时对周边介质做功的大小，爆力

7、越大，其爆破能越大；爆破有害气 体主要与炸药的成分有关；炸药特阻抗与岩体特阻抗的匹配系数对炸药的爆破功利用效 率有较大影响，匹配系数越高，爆破功利用效率越高。从上面分析得知，为了取得良好的光面爆破效果，一般选用安全效能高、敏感度适 中、爆破有害气体少、低猛度、低爆速、高爆力、与岩体的匹配系数高的炸药，根据对 炸药相关性能的比选及结合以前山岭隧道施工经验，并通过现场单孔爆破漏斗试验得出 岩石破碎效果、炸药与岩石的匹配效果和爆破功大小，确定在无水地段采用2号岩石硝 铵炸药，地下水丰富地段采用 2 号岩石乳化炸药；考虑放火，防静电，导爆网络由塑料 导爆管与非电毫秒雷管组成。4）掏槽眼设计隧道开挖掏槽

8、结构主要有楔形掏槽和直眼掏槽两种形式。楔形掏槽有垂直楔形掏槽、水平楔形掏槽、爬眼等形式。如果爆破进尺要求较大时， 在断面尺寸允许的情况下，采用多重楔形掏槽。其楔形掏槽适用于人工风钻打眼、开挖 断面较大的隧道；但打眼深度受断面宽度或高度限制；循环进尺变更时，炮眼角度更改 复杂。直眼掏槽适用于凿岩台车作业、开挖断面较小、坚硬整体的岩层；打眼深度不受断 面限制；钻眼精度要求高；循环进尺变更时，只需增减炮眼深度，容易掌握；不用大直 径空眼时，掏槽眼数目较多，靠爆破粉碎岩层形成临空面；单段起爆药量大，爆破震动 大；打大直径空眼需用重型凿岩机；炮眼间距近容易发生殉爆和拒爆。掏槽形式和参数一般从岩石的可爆性

9、、岩石的坚硬程度、断面大小和现有设备等方 面入手考虑。其现有机械设备为YT-28手持风动凿岩机，隧道断面宽度13.8m,岩石极 限抗压强度60 f 80MPa，坚固系数6 f 20注：1.掏槽的对数与断面的宽度和岩石坚固程度相关，断面大，岩石坚固程度高，对数取大值，相 反取小值，在本断面中掏槽眼取2对，共16个眼。 2.炮眼夹角按由内向外依次增大。5) 周边眼设计 周边眼的眼距、最小抵抗线与围岩等级、轮廓线弧度有关；周边眼的不耦合系数与 围岩情况和炸药品种有关，装药集中度与围岩情况、周边眼的眼距、最小抵抗线有关。(1) 周边眼间距和孔数周边眼间距经验公式为E=8d18d(d为孔径)，围岩情况好

10、，取大值，相反，取小 值，根据石林隧道II、III级围岩的情况，确定周边眼间距取4050cm。则上台阶周边眼个数N=L/E=22.6/0.45=50个。(2) 周边眼最小抵抗线周边眼间距确定后，在II、III级围岩下，按炮眼密集度公式m= E/W=0.71.0,可 得最小抵抗线W=5075cm。断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，取较大值，相反， 取小值，岩石强度高取小值，相反取大值。(3) 周边眼不耦合系数 光面爆破周边孔采用不耦合装药。考虑爆破管道效应和爆破临界半径等因素，一般不耦合系数经验值为D=1.52.0。同时用式6-1复核不耦合系数。D 二二=丫 (1 a)(p /Q )i/r

11、+ a式 6-1药式中：D为不耦合系数；d 为钻孔直径；孔a为爆生气体分子容余系数，a=0.395;P为爆生气体初始压力,为6997pa；0d 为炸药直径;药r为绝热系数,1/r = 0.8299；Q 岩石三轴极限抗压强度，取岩石极限单轴抗压强度的极大值,Q = 800kg/cm2； cc将参数代入式6-1,得D=1.97。现场钻孔孔径为d=d +15=42mm，得药卷直径d=21mm。杆现场实际采用25mm，符合D=1.52.0的条件。（4）周边孔装药结构装药采用不耦合间隔装药结构（也可采用小药卷连续装药结构），因间隔距离超过 殉爆距离等因素，一般用导爆索串联各药卷以加强传爆的稳定性，药卷采

12、用25小药卷, 孔底用半卷32药卷加强，布置见图3。图3 周边孔装药结构图（5）周边孔单孔药量计算周边眼单孔药量有两种方法：1）用装药集中度计算，以kg/m表示。式6-2q = 0.33 x e x k x w2式中：q装药集中度，kg/m；k爆出标准漏斗时的单位体积耗药量，kg/m3，试验得1.6 kg/m3；e炸药换算系数，e=320/B；B炸药的爆力，ml,对岩石硝铵炸药B=320;w一最小抵抗线，m； 计算得：q=0 . 33X 1X 1.6 X 0 . 62=0.191kg/m 单孔药量：QK=qXL=0.191X3.2=0.611kg2）按式6-3计算单孔药量。式6-3Q= 1n

13、X d 2 XBXLX pK 4io式中：Q单孔装药量，gkp 炸药的密度，g/cm3，密度为1.15g/cm30L炮眼深度，320cmd为药卷直径，2.1cm （见式6-1计算结果） iB光面爆破炮眼装填系数，查表为0.6B也可用公式6-4计算。式 6-4E x W x t + Q x E x Le(Q x d +Q x E) x L cke式中：E -周边眼间距，cm,取45W-周边眼抵抗线，cm,取609 岩石三轴极限抗压强度，kg/cm2，取800 c9 岩石极限抗拉强度，kg/cm2，取15et 岩石极限抗剪强度,kg/cm2，取80得：B=0.57,和查表值相差不大，按0.6取值。

14、将参数代入得：Q= 1n X 2.12 X0.6X320X 1=0.765kg,K4装药集中度q=0.24kg/m.注: = 8 存肿e = 5c。通过现场试验和施工经验数据，确定q=0.150.25kg/m,以上两组计算结果均符合 要求。根据围岩情况取值范围见表 2。表 2 光面爆破参数表岩石类别炮孔直径 (cm)药卷直径 (cm)间距 E(cm)不耦合系数D抵抗线W (cm)密集度m (E/W)装药集中度(q) (kg/m)硬岩60WfrW8040502540501.62.050750.7 1.00.15 0.25注：l.fr为单轴极限抗压强度；2孔间距随岩石强度或轮廓曲率半径变大，而增大；3在本断面中, 周边眼45cm，周边眼抵抗线60cm。装药集中度0.19kg/m。6) 周边眼爆破死角处理图 4：角隅处爆破处理13L33r3上台阶周边眼与底板眼连接部夹角小，爆破时，夹制作用大，在角隅处减少药量， 将周边眼间距适当加密，并最后起爆。见图4。6)二圈眼设计 二圈眼爆破质量的好坏直接影响光面爆破的效果，二圈眼间距按不