高岭隧道出口全断面法爆破设计
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高龄隧道出口口全断面法爆破设计
1.工程概况
高龄隧道位于广东省省英德市连江口镇东侧，全长6208m，最大埋深480m，属深埋长隧道，是全线重点控制工程之一；其中中铁十一局集团承建出口DK2069+945～DK2068+165段1780m，Ⅴ级围岩170m，Ⅳ级围岩250m，Ⅲ级围岩807m，Ⅱ级围岩275m。
隧道设计为双线隧道标准，时速以200Km/h为基速，预留提速空间，采用双块式无碴轨道。
隧道Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工、台阶法施工；Ⅳ级围岩采用台阶法施工；Ⅲ、Ⅱ级围岩采用全断面施工，采用无轨运输方式出碴，隧道衬砌采用复合式衬砌，二衬采用10.4m液压衬砌台车全断面衬砌。
隧道施工至DK2069+670里程时，岩石凝灰岩，灰绿色，紫红色，由弱风化变成为微风化，岩体较完整，呈巨块状，经建指、设计、监理、施工四方现场核查，同意改为全断面法施工。
根据开挖断面图得知，其中开挖最大宽度为13.78米，最大高度为10.18米，开挖面积119.62平方米。
隧道岩体为凝灰岩，岩石坚固系数f＝12，有少量地下水，为基岩裂隙水，不发育。
2.设计方案选择
根据岩岩石坚固系数f＝12查表得，岩石为坚石，结合工地现有的机械设备，采用YT28风枪钻孔，拟定采用全断面爆破开挖。
YT28风枪钻孔直径为34-42mm。
开挖设计循环进尺为3.5m，采用非电毫秒雷管微差爆破，尽可能减少扰动，控制超欠挖，周边眼采用光面爆破技术，周边眼炸药采用筒装Ф20mm的2＃岩石铵梯炸药，辅助眼、底板眼炸药采用筒装Ф32mm的2＃岩石铵梯炸药，有水时采用乳化炸药。
3.钻孔设计
3.1掏槽区爆破设计
（1）掏槽方式及断面大小
根据隧道提供的机械设备，结合断面大小，拟定掏槽眼采用楔形掏槽，掏槽区布设在整个断面中下部分，以便于施作，同时减小掏槽区抛掷距离，按掏槽区面积为断面面积的10%～15%进行选择，结合楔眼掏槽眼的布置，采用梅花形布置，爆破效果较好，且单耗适中，故采取掏槽区面积为12.16m2，其布置详见后附图。
（2）掏槽区装药计算
每循环设计进尺为3.5m，掏槽眼钻孔深度比其它炮眼深度深0.2m，取掏槽眼钻孔深度为4.5m。
掏槽区炸药总装药量：
Q
t =
t
N L⨯
∆
⨯
⨯τ
式中L――孔长（m）,取4.8m；
τ――装填系数，要求在50%～80%，取73%（装3.5米）；
∆――线装药密度（采用Ф32，0.75kg/m）
N
t
――掏槽区孔装约孔数，取24个。
Q
t =
t
N
L⨯
∆
⨯
⨯τ＝4.8×0.73×0.75×24＝63.07kg
掏槽区单耗q
t
=Qt/(L×St)＝63.07/（4.8×12.16）=1.081kg/m3。
式中S
t ――掏槽区面积（m2）；S
t
＝12.16 m2
掏槽区单耗q
t
要求在1～10 kg/m3，符合要求。
3.2周边眼爆破设计
（1）周边眼参数选择及装药计算
周边眼沿开挖轮廓线均匀布置，为了尽可能减少对周边围岩的扰动，周边眼按光面爆破考虑，孔径Ф42mm，
按规范要求硬岩光爆破参数为：周边眼间距55～70cm ，抵抗线60～80cm ，线装药密度300～350g/m ，
结合设计外轮廓线周长及炮眼综合考虑，取周边眼间距a=60cm ，取抵抗线W ＝70cm ，线装药密度取Δ＝315g/m ，保证产生拉力＞岩石拉应力且小于压应力。
采用Ф20mm 药卷空气间隔装药结构，为了确保周边孔同时起爆，采用导爆索起爆。
不耦合系数η＝孔径/药径＝42/20=2.1，符合光爆破要求
1.5～
2.5。
孔距系数m d =a/d=60/4.2=14.29，符合光爆破要求7～15。
孔密集系数m w =a/w=孔距/抵抗线＝60/70＝0.857，符合光爆破要求0.7～0.9。
S z =29.05×0.7=20.33m 2
（2）周边眼装药结构
鉴于本隧道为坚石，在炮眼底加装加强药包，底部加入Ф30mm 药卷一节。
每循环设计进尺为3.5m ，炮孔深度取4.0m ，周边堵塞长度按50cm 计。
单孔装药量Q ＝0.315×3.5＝1.10kg(即二节Ф32mm ，八节Ф25mm 药卷)
周边眼装药总量Qz=48×Q=52.80kg 。
3.3辅助眼爆破设计
辅助眼的作用是扩大临空面，为周边眼创造有利条件，其间距与岩层特点有关，整体性好的岩层，布眼宜密，较破碎的岩层布眼宜疏。
一般应避开节理、裂隙。
辅助眼的单孔装药量：
Q b =τ⨯⨯∆L
式中L ――孔长（m ）
τ――装填系数,取τ＝0.68，符合要求0.4～0.8。
∆――线装药密度,取∆＝0.75kg/m 。
Q b ＝0.68×4.0×0.75＝2.04kg
全断面每进尺炸药总量：
S L q Q ⨯⨯=∑
q 为单耗，查取相关参考资料，取q ＝1.1kg/m 3。
L 为设计进尺，取3.5m ；钻孔深度取4.0m
S 为隧道全断面面积， S ＝119.62m 2。
∑Q=q ×L ×S ＝1.1×4.0×119.62＝526.33kg
辅助眼炸药总量
∑b Q ＝∑∑∑--z t Q Q Q
∑t Q 为掏槽炸药总量，∑t
Q ＝63.07kg
∑Qz 为周边眼炸药总量，∑Qz ＝52.80kg ∑Q b =526.33-63.07-52.80=410.46kg
辅助眼数量N b =b b
Q Q ∑=410.46/2.04=201个
每孔平均控制面积A ＝(S 总-St-Sz)/N b
=(119.62-12.16-20.33)/201=0.433m 2符合0.3～0.8m 2/孔的要求。
辅助孔间距a ，排距W 的选择。
炮孔密集系数考虑到为坚石，m 取0.9，符合m=0.8～1.0。
排距W==m Ａ√0.433／0.9＝0.73m 。
结合隧道总宽度取70
－80cm 。
辅助孔间距a ＝mw ＝0.9×0.80＝72cm ，结合弧长平均分配取70－90cm ，详见后炮孔布置图。
3.4底板眼爆破设计
底板眼间距、抵抗线同辅助眼a ＝100cm ，W=80cm 。
3.5仰拱爆破设计，根据上台阶爆破设计参数取得：
周边眼间距a ＝60cm ，W=80cm ；
辅助眼间距、抵抗线a ＝70－100cm ，W=80cm ；
4.装药、填塞和起爆网络设计
4.1装药
装药均采用不藕合装药结构，周边眼采用Ф20mm 筒装2＃岩石炸药空气间隔装药结构，为了确保周边眼同时起爆，孔内装入导爆索。
其他孔采用Ф32mm 筒装2＃岩石炸药连接装药结构，并采用反向爆破，以提高炮孔利用率。
4.2填塞
采用低成本、塑性变形大、摩擦系数大的粘土炮泥，其成分为粘土和砂子，其比例按粘土∶砂子＝2∶1，含水量约为25％。
当炮孔中有较大的裂隙、泥夹层带时，为防止其过多“漏气”，应将该处以炮泥填实。
堵塞长度按下列公式计算
010
4ρρρD V LD l p s -=
式中：s l ——堵塞长度（m ）；
L ——炮孔深度（m ），此处取3.0m ；
V p ——岩石的纵波波速（m/s ）；4000m/s 。
D ——炸药爆速（m/s ）；2＃岩石取3200m/s 。
ρ0——炸药密度（kg/m 3）；2＃岩石取1000kg/m 3。
ρ1——炮泥密度（kg/m 3）。
取1900 kg/m 3。
代入求得l s =0.4243m 。
设计填塞长度l s 为45cm ，l s >[l s ]。
5.起爆网络设计
为了提高光面爆破质量，周边眼孔内全部采用导爆索起爆，
导爆索与孔口环向主导爆索连接，为了避免先爆孔将光爆孔的导爆索拉断，导致部分甚至全部光爆破孔拒爆，施工中采用导爆索双向环形连接法，同时在导爆索每间隔5m加入MS11段毫秒雷管，接入起爆网络中；要求导爆索搭接处搭接长度不小于15cm，与主导爆索的交叉角度控制在45～90º范围内，引爆导爆管与导爆索头的距离不得小于15cm，并确保聚能穴的方向指向传爆方向。
所有与导爆索的连接必须绑扎牢固，以确保准爆率。
掏槽眼、辅助眼(掘进眼及底板眼)均采用非电毫秒微差起爆网路，严格按起爆网路图中的段别号进行连接。
上、下网路汇总后采用MS1段即发雷管包裹1/4卷2＃岩石炸药，确保能带动所用导爆管。
采用火雷管引爆上下网路的连接导爆管。
要求火雷管的聚能穴的方向与传爆方向相反，
6.施工注意事项
在施工过程中应及时进行掌子面地质素描，对结构节理面、出水点等特殊地质构造进行详细描素。
在掌子面有水时，炸药应改用乳化炸药等防水炸药，确保爆破效果。
在钻孔时，严禁在残孔中钻眼，可根据地质结构面进行及时调整。
确保爆破效果。
