隧道爆破设计计算书，浅谈隧道爆破计算与施工控制技术的应用

赵翔 王宗生 曹家丕河南省交通运输发展集团有限公司 中交一公局第八工程有限公司 河南省尧栾西高速公路建设有限公司

摘 要：本段隧道爆破施工已多时，作为小结，将施工操作、施工经验、体会，尤其对施工细节整理成文，愿和大家交流、研讨，在制定爆破施工方案要求达到精准的技术设计、规范的施工工艺并以有章法的现场作业程序贯穿爆破全过程，以达到安全效果优良之目的。

关键词：隧道爆破;计算;设计;

1 前言

郑西高速公路栾双段二分部，起于太平镇松树门村伏牛山隧道出口，沿G311国道向南经太平镇，在松树门村附近设太平互通连接G311国道，太平镇东侧设服务区，沿蛇尾河河谷向南下行，止于二郎坪镇沙岭壕。

本施工段起点桩号K91+546～K102+190，全长10.644公里，其中隧道6座，共长5.901km(左右幅合计)。隧道均为中断面隧道，左右线断面尺寸相同，最大开挖断面高10.264m，宽12.72m。隧道围岩基本为花岗岩，整体围岩地质情况较差，围岩等级Ⅲ-Ⅴ级不均匀分布，施工过程存在不可预见因素，具有一定风险，爆破后支拱架、喷浆可以保证施工顺利进行。

隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖、Ⅲ级围岩采用全断面法开挖。其中爆破施工内容是以上导掌子面楔形爆破为先导，与随之其后的下导爆破、仰拱爆破。

针对本隧道具有断面尺寸大、地质条件复杂等特点，在制定爆破施工方案要求达到精准的技术设计、规范的施工工艺并以有章法的现场作业程序贯穿爆破全过程，以达到安全效果优良之目的。

本段隧道爆破施工已多时，光面爆破效果较不良，作为小结，将光面爆破施工操作、施工经验、体会，尤其对施工细节整理成文，愿和大家交流、研讨，以求获得真知。

2 隧道爆破计算2.1 炮眼计算公式选择

(1)目前所用炮眼计算公式分析

现在常用的公式是以断面进尺、所用总药量除以单孔用药量所得炮孔数，即下列公式所示:

根据上述公式分析可得如下结论:

(1)岩石单耗q为人为经验所定，出入较大。

(2)装药系数α为同一系数，不同炮眼，装药量不同，用同一系数，误差较大。

(3)在实际操作时不是均匀布孔，断面有的位置打不成孔，布孔受限。

综上所述，上述公式随意性大、难以精确掌握，炮数计算结果与实际相差较大，实用性不强。

(2)符合现场实际的炮眼计算公式如下:

其中:N为炮眼总数;f为岩石硬度系数(普式)。

公式分析:公式元素比较少，岩石种类性质是固定的，f的取值范围不大，公式计算结果与实际出入不大，比较常用公式影响因素较少，结算结果较为准确。

2.2 炮眼计算

根据上述公式计算周边眼、底板眼、辅助眼、掏槽眼数量如下:

(1)周边眼数量(N1):

其中:R为拱顶圆半径(m)(隧道边缘轮廓线不只一个圆半径，可以分别计算求总长);a为周边眼间距;圆心角(度)。

(2)底板眼数(N2):

其中:N2为底板眼数;B为底边长(m);Q1为底孔间距(m)。

(3)掏槽眼数(N3):

N3:现场实际掏槽效果为准

(4)辅助眼(N4):

N4=总孔数-边孔数-底孔数-掏槽孔数

例:掌子面半径R=6m，花岗岩岩石坚固系数f取值范围为10～25，取值f=12。掌子面面积S为:

掌子面周长为:

总炮眼N为:

周边眼N1(周边眼间距取α=0.6m):

底板眼N2(周边眼间距取α1=1.2m):

掏槽眼N3(按照现场实际取值12):

辅助眼N4:

2.3 布孔方式

在实际操作中，钻孔由台车上进行，台车分地平、二架层、三架层，将掌子面分成五个工作平台，布孔、打孔只能在这些空间里进行，布孔相对均匀，如图1炮眼布置图所示。

图1 炮眼布置图 下载原图

其中:L为孔深;h为进尺;B为孔口距离;b为孔底距离;a为排距;α为炮孔与断面夹角;b1为炮孔投影长度

2.4 掏槽眼施工要素

(1)首先考虑进尺h，它是由施工进度、岩层状况决定。

(2)第二考虑夹角α，要考虑它对辅助眼及边眼影响，在操作中由α渐变成90度，在渐变过程中考虑辅助孔与掏槽孔孔底距离与孔口距离的增量的大小。过大则孔底抵抗线过大，炸药用量增加，孔底岩石受阻，因此在夹角α在可选范围内选择较大者。

(3)在进尺h，夹角α确定后，则孔深

(4)确定掏槽眼孔底距离b，它直接影响掏槽深度是否到位，即是否达到进尺要求。

图2 掏槽眼示意图 下载原图

3 隧道爆破施工控制技术3.1 装药控制技术

(1)清炮孔:打完炮孔后用风管吹净，岩层差的地段、炮孔内壁极易再掉石渣，因此在装药前用炮棍再一次检查是否通顺，否则再用风管吹净。

(2)起爆药包(炮头)装填

起爆药包装置在炮孔装药长度的中间位置。顺管装填是以药包中雷管聚能穴朝孔底方向的方式将起爆药包装入孔内。反管装填是以药包中雷管聚能穴朝孔口方向的方式将起爆药包装入孔内。虽然在炮孔通顺条件下，药包装填以顺管、反管方式都可以，但还是以顺管装填为主。因为隧道岩石状况时常变化，卡孔现象时有发生。顺管装填对安全处理卡孔是有利的，卡孔时容易将雷管抽出。在实际操作中，强调、规定装顺管，装雷管时要用竹签在药卷上扎小眼、缓慢推进雷管一定距离并顺式装入炮孔。然后继续装药卷到规定数值。

(3)确保炮孔内药卷相接压实，不能断离。对松散岩石和被吹大的炮孔尤为注意。

(4)认真检查炮棍，尤其是顶头部分，不能有裂缝、粗大、断缺不齐等。这种棍继续使用，容易将导爆管夹连，也容易将炮孔壁石屑带入孔内，造成卡孔。

(5)装药人员心态平和、不急不躁、专注装药，以达到安全准确规范的目标。

(6)处理卡孔:

(1)装药前已卡孔。可以将孔内石渣勾出或用风吹出，通顺后装药。若卡孔无法排除，视炮眼长度适当装药起爆或弃孔。

(2)炮眼在装药过程中发生卡孔应及时处理，勾出药卷、石渣，继续装药。若卡孔无法清除，后续装药药卷断接，这种情况应及时跟踪，在爆后清渣时及时收集未爆炸药。

(3)在装起爆药包时，或其后发生卡孔，应及时轻轻将雷管拉出、药卷勾出，待炮孔通顺后继续装药，避免用力捣击。

现在用的是导爆管雷管，具有安全、稳定、防水等特点。在操作中应避免外伤(硬弯、踩压)，在连接时应避免遗丢雷管;接力管绑扎松懈;接力点距待传爆导爆管相近;一把数量过多等错误操作。

3.2 网络连接控制技术

断面网络采取炮眼排间分段、孔外接力连接方式，如图3炮眼连接方式。

图3 炮眼连接方式 下载原图

从掏槽眼到周边眼依次采取装入奇数段位毫秒导爆管雷管MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11、MS13、MS15，孔外采用“一把抓”簇接法，将整断面分成四把并用同段毫秒导爆管雷管接力连接起爆。

炮眼连接注意事项:

(1)编号1-4外接管要同段，MS1或MS3或MS5，尽量选用低段雷管。

(2)同段雷管数量不够，(3)(4)选低段，槽孔先行起爆，(1)(2)选稍高段。

(3)多余的雷管可分别加入外接管处，以增加爆炸能量，外接管至少用双发。将外接管安排在一把导爆管的中心位置，用胶布捆紧，外用包装箱皮保护。

(4)上导(断面)与下导同次进行爆破时，应以上导先爆破为主，其原因是下导爆破时产生振动，断面飞石将可能砸坏网络，尤其时岩层差的时候。因此，装药基本原则是:上导断面照常规操作，下导(仰拱)装高段雷管。在所有接力管处捋顺并用纸皮加以保护，以防飞片或小飞石将传播中的导爆管砸断。

3.3 超欠挖控制技术3.3.1 隧道超欠挖影响因素

根据研究和调查的结果，影响超欠挖的因素可以归纳为以下几点:

(1)钻孔精度;

(2)爆破技术;

(3)施工组织管理;

(4)测量放线;

(5)地质条件变化;

(6)其他。

根据现场情况对比，其中以钻孔精度对超欠挖影响最大，其次是爆破技术、施工管理、测量放线、地质变化等，这种分析与当前施工实际是符合的。

3.3.2 隧道超欠挖防治措施

(1)现场钻工选用经验丰富的钻工，提高钻孔起钻位置精度、钻孔深度、钻孔角度精度。

(2)充分利用规范允许的欠挖值，避免开挖轮廓线的无畏扩大。根据《公路隧道施工细则》6.3.1条规定:“当岩石完整，允许岩石个别突出部分(每1m2内不宜大于0.1m2)欠挖，但隆起量不得大于50mm”。在确定开挖轮廓线、预留变形量、施工误差时要充分利用控制下限。树立“少欠少超”“精确计算”的观点。

(3)适当加密拱脚炮眼间距，控制底板眼角度。根据查看现场爆破效果，隧道拱脚超挖、底板超挖严重，是造成隧道超挖的重要因素。因此适当加密拱脚炮眼间距，严格控制底板眼角度，是有效较小超挖的重要措施。

(4)爆破前应根据地质条件，开挖断面、开挖工法、循环进尺、爆破器材进行钻爆设计，施工中应根据爆破效果调整爆破参数。主要内容应包括:炮眼的布置形式、炮眼深度及数量、炸药用量及装药结构，起爆方法和顺序，并计算汇总综合爆破参数。

(5)加强项目部与施工队伍之间联系，严格控制火工品领用、使用量，确保火工品合理利用。

(6)加强施工队伍测量人员管理，确保测量放样精度。

(7)认真研究图纸、超前地质预报，分析掌子面围岩情况，提前预测围岩性质，确保施工精度。

根据隧道的超欠挖统计情况，爆破技术对超欠挖影响很大，进一步解决好爆破技术参数的合理匹配是隧道爆破施工中首要解决的问题。采用控制爆破可以控制相当数量的超欠挖。

3.4 安全控制技术3.4.1 安全作业注意事项

(1)装药前检查危石并排除;

(2)架车上电焊机等高于36V的电闸在装药前关掉;

(3)装药时二架上导爆管不要甩到一层，否则呈乱麻状，难以操作;

(4)装药时地面位置的导爆管要有秩序排列，或堆前面，杜绝脚踩踏导爆管致其变形、产生裂隙，造成拒爆;

(5)连接管时要将导爆管上水、泥擦干;连四通时四通头朝上，避免水进入;

(6)“大把抓”连接管时，要松紧适度、顺畅、捆扎紧实(胶布5圈以上)，然后其位置用纸皮再捆扎，以避免起爆时炸断相邻导爆管;

(7)在用导爆管雷管接力连接时，雷管要压住或雷管两侧分别压住，避免时起爆时导爆管乱跳炸断其它导爆管;

(8)炸药或雷管一定要分车或分批运输，绝不可同车运输;

(9)起爆站:距爆点距离300m或经小洞(联通道)转入另一条隧道起爆。不管药量多少，都要坚持这一原则。

4 爆破效果分析

根据相关研究数据调查统计结果，对郑西高速隧道爆破效果的验证，影响超欠挖的控制性因素有:(1)钻孔精度;(2)爆破参数;(3)施工组织管理3个方面。

图4 爆破影响因素统计分析 下载原图

也就是说，由于爆破引起的超欠挖虽然是不可避免的，但是可以控制的，良好的爆破技术可以使超欠挖控制在一定的范围内。因此，掌握光面爆破技术是基础，提高钻孔精度是保证，要提高光面爆破质量，钻孔是决定因素，必须依靠现场管理，动态调整爆破参数。现场开展光爆示范段的桩号范围，先摸索经验，调整参数，待工艺成熟后全面推开。

参考文献

[1] 郑州至西峡高速公路栾川至双龙段两阶段施工图纸设计．

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