隧道爆破设计计算

4.3 Ⅳ级围岩爆破设计

4.3.1.1 工程概况

大瑶山隧道位于广东省乐昌市的庆云镇至两江镇的九峰河，隧道全长10331m，隧道以碳酸盐岩和碎屑岩为主，隧道内考虑到断裂带、部分浅埋段岩体风化、破碎等，隧道围岩多为Ⅳ级。隧道穿越地区有断裂构造，围岩较为破碎，裂缝较发育，断裂带附近易富水，岩溶水赋水性为中等，碎屑岩及浅变质岩属含水丰富的基岩裂隙水含水层，所以地下水较发育。隧道断面设计为马蹄型，跨度 B=14.22m，高为 H=11.93m。

4.3.1.2 爆破方案选择

为了保证隧道的开挖质量，又能加快施工速度，缩短工期，故 IV 级围岩实施爆破区段采用上、中、下三台阶开挖的光面爆破方案，由于围岩较为破碎，所以采用段台阶法，实现及早支护封闭。由于采用三台阶的开挖方法，所以每循坏进尺的爆破工作都要分成三部分完成的。对于一个开挖断面，先对上台阶进行爆破开挖、出渣，当上台阶向前开挖推进一定距离后，再对中、下进行爆破作业，应尽量减少相邻两个工作面之间施工相互干扰。每月施工 28 天，采用 2 班循环掘进平行作业，月掘进计划进尺为120m。

4.3.1.3 爆破参数选择

(一)上台阶参数计算

(1)炮眼数 N

断面炮眼数是受多个因素限制，它和爆破作业面积、围岩等级等因素有关。炮眼

数目 N 可根据式（4-1）计算得出  ：

                     (4-1)

式中，q—炸药消耗量，一般取 1.2~2.4 实际根据表 4-1 选取: ,,,。

S—爆破作业的面积，由开挖断面图可知，IV 级围岩开挖断面，

上台阶 断面积为， 中台阶 断面积 ， 下台阶断面积；仰拱断面积。

t —系数，根据表 4-3 取值，选取时要综合考虑各类炮眼,上台阶取t = 0.43  ；

g —药卷的炸药质量，2 号岩石铵梯炸药的每米质量见表 4-2；本工程中取 g = 0.78   ；

根据上式计算得出，上台阶炮眼数为 N1 = 109 个，中台阶炮眼数为 N2 = 102 个，下台阶炮眼数为 N3 = 94个 ，仰拱炮眼数为 N4 = 25个。

表4-1 隧道爆破单位耗药量（）

表4—2 2号岩石铵梯炸药每米质量值

表4—3装药系数值

(2)每循环炮眼深度

本 隧 道 工 程 初 步 拟 定 月 掘 进 循 坏 进 尺 为85m，每掘进循环的计划进尺数l = 120 ¸ 28 ¸ 2 = 2.1 m，工程中炮眼利用率实取 = 0.91 ，由式（4-2）计算炮眼深度得炮眼深度为 2.35m。

            (4-2)

实际取炮眼深度为 2.4m，每循环进尺为 l = 2.4 ´ 0.91 = 2.18 m。一般深掏槽眼较炮眼加深 0.15-0.25m。

(3)炮孔直径

由于地下水量较发育，因此选用2号岩石乳化炸药，其 药卷 直 径为32mm，药 卷长 度为200mm，每卷装药质量为 0.15kg。炮孔直径的选择要考虑对填装炸药，钻眼速度和爆破效果的影响，还有兼顾施工单位的现有设备，故本工程中炮孔直径确定为42mm。

(4)炮眼间距和排距

①掏槽眼

本隧道开 挖断面较大，所 以选用复式 楔形掏槽 ，上台阶 共布置10 个掏槽眼，其中深掏槽眼 6 个，孔深在原设计孔深的基础上加深 0.2m，故深掏槽眼深度为 2.6m；浅掏槽眼 4 个孔深为 1.2m。

②周边眼

本隧道采用光面爆破，周边眼间距取 500mm，最小抵抗线为 600mm，光爆孔密集系数为 0.83，周边眼向外倾斜，距开挖轮廓线为 100m。上台阶轮廓线总长为 28.68m，故周边眼数目为 N2=28.68÷0.5=57.36 个，实际取58个。

③辅助眼

为减少钻眼量，加快施工进度，辅助眼间距适当的加大，所以工程中辅助眼间距实取 770mm，共布置 N3=109-10-58=41 个辅助眼。

(5)装药量计算

①总装药量

总装药量可以由下式（4-3）进行计算

Q = qV

式中：   q ——2 号岩石铵梯炸药的单位耗药量，工程中 q 取 1.0；

V ——每循坏进尺爆破的岩石量；

计算得总装药量 Q = = 79.9kg。本隧道用2号岩石乳化炸药，根据2号岩石乳化炸药的换算系数则一个循环2号岩石乳化炸药总装药量为kg。

②单孔装药量

根据表 4-1 可知，掏槽眼装药系数为 t = 0.5 ，辅助眼装药系数为 t = 0.4 ，周边眼装药系数为t = 0.4 ，为保证光爆效果，周边眼装药系数实取 0.35。单孔装药量，装药卷数与装药系数、炮孔深度和药卷长度及质量有关。具体计算如下：

4 个浅掏槽眼：

单孔装药卷数=0.5×1.2÷0.2=3卷   单孔装药量=3×0.15=0.45kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.45×1.1=0.495kg  单孔装药卷数=0.495÷0.15=3.3卷

实际取3.5卷，则单孔装药量为3.5×0.15=0.525kg

6 个深掏槽眼：

单孔装药卷数=0.5×2.6÷0.2=6.5 卷   单孔装药量=6.5×0.15=0.975kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.975×1.1=1.0725kg  单孔装药卷数=1.0725÷0.15=7.15卷

实际取7.5卷，则单孔装药量为7.5×0.15=1.125kg

41个辅助眼：

单孔装药卷数=0.4×2.4÷0.2=4.8 卷   单孔装药量=4.8×0.15=0.72kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.72×1.1=0.792kg  单孔装药卷数=0.792÷0.15=5.28卷

实际取5.5卷，则单孔装药量为5.5×0.15=0.825kg

58个周边眼：

单孔装药卷数=0.35×2.4÷0.2=4.2 卷   单孔装药量=4.2×0.15=0.63kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.63×1.1=0.693kg  单孔装药卷数=0.693÷0.15=4.62卷

实际取5卷，则单孔装药量为5×0.15=0.75kg

按此计算，上台阶每循坏进尺所需总装药量为：

Q = ( 4´ 0.525) + ( 6´1.125) + ( 41´ 0.825) + ( 58´ 0.75)=86.175kg

实际装药量略小于计算的总装药量，但基本上一致，故可以按此值进行装药。

(二)中台阶参数计算

(1)参数选择

中台阶的工程概况与上台阶相同，故炮眼深度按照上台阶的参数选取即可。其中由于上台阶已经开挖，则中台阶有两个临空自由面，所以中台阶就不再布置掏槽眼，只布置辅助眼和周边眼孔深依据上台阶选取，辅助眼 2.4 m，周边眼 2.4 m。

(2)炮孔直径

炮孔直径确定为42mm。

(3)炮眼间距和排距

①周边眼

本隧道采用光面爆破，周边眼间距取 500mm，最小抵抗线为 600mm，光爆孔密集系数为 0.83，周边眼向外倾斜，距开挖轮廓线为 100m。周边眼数目为39个。

②辅助眼

本隧道中辅助眼间距实取 770mm，共布置 N=102—39=63个辅助眼。

(4)装药量

①总装药量

当上台阶爆破、出渣完成后，再对中台阶进行施工，所以落底便会有两个临空面，即掌子面和上台阶底面，此时单位炸药消耗量 q 根据表 4-3 取为 0.74。计算得总装药量Q= = 75.15kg。本隧道用2号岩石乳化炸药，根据2号岩石乳化炸药的换算系数则一个循环2号岩石乳化炸药总装药量为kg。

②单孔装药量

根据表 4-1 可知，辅助眼装药系数为 t = 0.4 ，周边眼装药系数为 t = 0.4 ，为保证光爆效果，周边眼装药系数实取 0.35。具体计算如下：

63 个辅助眼：

单孔装药卷数=0.4×2.4÷0.2=4.8 卷   单孔装药量=4.8×0.15=0.72kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.72×1.1=0.792kg  单孔装药卷数=0.792÷0.15=5.28卷

实际取5.5卷，则单孔装药量为5.5×0.15=0.825kg

39个周边眼：

单孔装药卷数=0.35×2.4÷0.2=4.2 卷   单孔装药量=4.2×0.15=0.63kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.63×1.1=0.693kg  单孔装药卷数=0.693÷0.15=4.62卷

实际取5卷，则单孔装药量为5×0.15=0.75kg

综上所述，每循坏进尺上台阶所需炸药的总装药量为：

Q = (63´ 0.825) + ( 39´ 0.75) = 81.23kg  

实际装药量略小计算的总装药量，但基本上一致，故可以按此值进行装药。

(三)下台阶参数计算

(1)参数选择

下台阶的工程概况与中台阶相同，故炮眼深度按照中台阶的参数选取即可。其中由于中台阶已经开挖，则下台阶有两个临空自由面，所以下台阶就不再布置掏槽眼，只布置辅助眼和周边眼孔深依据上台阶选取，辅助眼 2.4 m，周边眼 2.4 m。

(2)炮孔直径

炮孔直径确定为42mm。

(3)炮眼间距和排距

①周边眼

本隧道采用光面爆破，周边眼间距取 500mm，最小抵抗线为 600mm，光爆孔密集系数为 0.83，周边眼向外倾斜，距开挖轮廓线为 100m。周边眼数目为32个。

②辅助眼

本隧道中辅助眼间距实取 770mm，共布置 N3=94—32=62个辅助眼。

(4)装药量

①总装药量

当上台阶爆破、出渣完成后，再对中台阶进行施工，所以落底便会有两个临空面，即掌子面和上台阶底面，此时单位炸药消耗量 q 根据表 4-3 取为 0.74。计算得总装药量Q= = 69.3kg。本隧道用2号岩石乳化炸药，根据2号岩石乳化炸药的换算系数则一个循环2号岩石乳化炸药总装药量为kg。

②单孔装药量

根据表 4-1 可知，辅助眼装药系数为 t = 0.4 ，周边眼装药系数为 t = 0.4 ，为保证光爆效果，周边眼装药系数实取 0.35。具体计算如下：

62个辅助眼：

单孔装药卷数=0.4×2.4÷0.2=4.8 卷   单孔装药量=4.8×0.15=0.72kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.72×1.1=0.792kg  单孔装药卷数=0.792÷0.15=5.28卷

实际取5.5卷，则单孔装药量为5.5×0.15=0.825kg

32个周边眼：

单孔装药卷数=0.35×2.4÷0.2=4.2 卷   单孔装药量=4.2×0.15=0.63kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.63×1.1=0.693kg  单孔装药卷数=0.693÷0.15=4.62卷

实际取5卷，则单孔装药量为5×0.15=0.75kg

综上所述，每循坏进尺上台阶所需炸药的总装药量为：

Q = (62´ 0.825) +(32´ 0.75) =75.15kg  

实际装药量略小于计算的总装药量，但基本上一致，故可以按此值进行装药。

(三)仰拱参数计算

(1)参数选择

仰拱的工程概况与中台阶相同，故炮眼深度按照中台阶的参数选取即可。其中由于下台阶已经开挖，则仰拱有两个临空自由面，所以仰拱就不再布置掏槽眼，只布置辅助眼和周边眼孔深依据上台阶选取，辅助眼 2.4 m，周边眼 2.4 m。

(2)炮孔直径

炮孔直径确定为42mm。

(3)炮眼间距和排距

①周边眼

本隧道采用光面爆破，周边眼间距取 500mm，最小抵抗线为 600mm，光爆孔密集系数为 0.83，周边眼向外倾斜，距开挖轮廓线为 100m。周边眼数目为19个。

②辅助眼

本隧道中辅助眼间距实取 770mm，共布置 N3=25—19=6个辅助眼。

(4)装药量

①总装药量

当下台阶爆破、出渣完成后，再对仰拱进行施工，所以落底便会有两个临空面，即掌子面和下台阶底面，此时单位炸药消耗量 q 根据表 4-3 取为 0.74。计算得总装药量Q= = 18.07kg。本隧道用2号岩石乳化炸药，根据2号岩石乳化炸药的换算系数则一个循环2号岩石乳化炸药总装药量为kg。

②单孔装药量

根据表 4-1 可知，辅助眼装药系数为 t = 0.4 ，周边眼装药系数为 t = 0.4 ，为保证光爆效果，周边眼装药系数实取 0.35。具体计算如下：

6个辅助眼：

单孔装药卷数=0.4×2.4÷0.2=4.8 卷   单孔装药量=4.8×0.15=0.72kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.72×1.1=0.792kg  单孔装药卷数=0.792÷0.15=5.28卷

实际取5.5卷，则单孔装药量为5.5×0.15=0.825kg

19个周边眼：

单孔装药卷数=0.35×2.4÷0.2=4.2 卷   单孔装药量=4.2×0.15=0.63kg

换算为2号岩石乳化炸药：

单孔装药量=0.63×1.1=0.693kg  单孔装药卷数=0.693÷0.15=4.62卷

实际取5卷，则单孔装药量为5×0.15=0.75kg

综上所述，每循坏进尺上台阶所需炸药的总装药量为：

Q = (6´ 0.825) +(19´ 0.75) =19.2kg  

实际装药量略小于计算的总装药量，但基本上一致，故可以按此值进行装药。

上台阶爆破参数表

中台阶爆破参数表

下台阶爆破参数表

 下台阶爆破参数表

4.3.1.5 爆破网络及起爆

本工程根据爆破器材情况，上台阶爆破作业采用毫秒导爆管雷管1、3、5、7段，孔内延期起爆法。各炮眼所用的毫秒导爆管雷管段别为：4个浅孔掏槽眼号使用1段，6个深孔掏槽眼号使用3段，41个辅助眼使用5段，58个周边眼使用7段。爆破网络连接使用簇联网络，所以炮眼分为 5 簇，除了由掏槽眼组成的一簇10个炮眼外，其余 4 簇都由 22 个炮眼组成。每簇采用一个瞬发导爆管雷管起爆，5发导爆管雷管由一发 8 号电雷管起爆。爆破网络采用连续装药结构，反向起爆方式。中台阶和下台阶，仰拱的爆破网络和上台阶一致。 

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