隧道光面爆破施工作业指导书

1.目的

了解和掌握隧道开挖光面爆破作业的设计，光面爆破施工作业工艺流程、操作要点、质量标准，安全环保要求，指导、规范光面爆破作业。

2.编制依据

⑴《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》(TZ231-2007)；

⑵《铁路隧道施工技术指南》TZ204-2008；

⑶《铁路隧道工程施工质量检验验收标准》TB10417-2003；

⑷《铁路工程施工安全技术规程》TB10401.1-2003；

⑸《铁路工程施工技术手册.：隧道》；

⑹《隧道爆破现代技术》；

⑺《民用爆炸物品安全管理条例》中的有关条例；

⑻《爆破安全规程》GB6722-2003；

⑼ 相关设计文件；

⑽ 现场调查的相关资料；

⑾ 以往工程中积累的施工经验以及现有的施工人员、机械设备等资源情况。

3.适用范围

光面爆破是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。光面爆破广泛应用于公、铁路隧道、地下洞室的开挖施工中。

4.施工准备

4.1技术准备

4.1.1内业准备

⑴ 开工前组织技术人员认真审核施工设计图纸和有关设计资料，重点核对地质资料，进行工程类比，设计爆破参数。

⑵编制实施性爆破施工组织设计，制定施工安全保证措施，提出应急预案。

⑶对从事光面爆破的作业人员进行岗前技术培训。

4.1.2外业准备

对爆破设计参数进行现场试验。

4.2 工程准备

根据工程需要，结合现场实际，进行施工总体平面布置、修建空压机房、配电房、炸药库、高山水池，铺设供水、供气、供电线路和修建进场道路。

4.3爆破材料准备

⑴火雷管

选用8号或6号火雷管，8号火雷管对5mm厚铅板穿孔直径不应小于雷管外径，火雷管振动试验符合部颁标准WJ231—77的规定，不许出现爆炸、撒药和加强帽松动。

⑵导火索

选用普通导火索，按WJ ** 1—83部颁标准规定，普通导火索外径5.2mm～5.8mm，药芯直径不小于2.2mm，燃速100～125m/s，喷火长度不小于50mm，耐水时间不低于4h。

⑶导爆管

外径2.95±0.15mm，内径1.4±0.1mm，有一定抗拉强度，在50～70N拉力作用下不会变细，每米涂炸药量为14～16mg，混合炸药中含91%的奥克托金或黑索金，9%的铝粉，国产导爆管传爆速度是1950±50m/s。

⑷非电导爆管雷管

选用非电毫秒雷管，共选用1、3、5、7、9、11、12、13、15、17等10个段别的雷管。

⑸炸药

选用爆速为4000m/s的低爆速防水乳化炸药。

用于隧道光面爆破的常用的爆破器材见表 1。

5.劳力组织

为确保钻爆施工顺利进行，应根据施工现场实际情况，设置爆破开挖工班。隧道全断面开挖时每工班人员安排见表2。

6.施工设备准备

隧道全断面开挖时每工班所配备的机械设备详见表3。

7.光面爆破施工工艺流程

光面爆破施工工艺流程见图1。

8.光面爆破设计

隧道开挖的光面爆破设计，主要对其炮眼(掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼)的布置、数量、深度和角度，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序等进行设计。爆破设计主要由爆破设计图(包括炮眼的布置图、炮眼装药结构图)，钻爆参数表，主要技术经济指标及必要的说明组成。

图1 爆破施工工艺流程图

进行隧道开挖光面爆破设计前，认真收集、研究隧道的地质资料和总体施工安排以及类似工程的施工资料。根据工程的地质条件，施工进度、开挖质量的要求，结合开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆炸材料等进行爆破设计。爆破设计主要通过工程类比、经验公式计算和现场试验来确定各项爆破参数。在工程实施中不断进行优化。

8.1光面爆破参数设计

8.1.1经验公式计算

(1)光面爆破不偶合系数

不偶合系数是指炮孔半径与药卷半径的比值，采用公式(1)进行计算。

D=dk/di=

(1)

式中：D——不耦合系数；

dk——炮眼直径，cm；

di——炸药直径，cm；

a——爆生气体分子余容系数；

ρ0——爆生气体的初始压力，MPa；

[σc]——岩石的三轴抗压强度，MPa；

r——绝热指数；

对于二号岩石炸药，相应数据代入：

(2)周边眼间距E

在不耦合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件，如图8-2所示，见算式(2)。

图2 光面爆破参数示意图

[σP]·E·L≤F≤[σC]·d·L (2)

E≤[σC]/ [σP] ·d =Ki·d

式中： E ——周边眼间距，mm；

[σP]——岩体的极限抗拉强度，MPa；

[σC]——岩体的极限抗压强度，MPa；

F ——炮孔内炸药爆炸静压力合力，N；

d ——炮眼直径，mm；

L ——炮眼深度，mm；

Ki ——孔距系数，Ki= [σC]/ [σP]。

从式中可以看出，周边眼间距与岩体的抗拉、抗压强度以及炮眼的直径有关。一般根据经验确定Ki=8～16，即E =(8～16)·d；如果光面爆破药卷采取Φ32乳化(硝铵)炸药时，开挖机具选用YT-28型风枪，采用Φ42钻头钻孔，因此E=336～672mm。

周边眼间距E也采用公式(3)计算：

E=54.2976Kpdi (3)

式中： E--—周边眼间距，cm；

di ————炸药直径，cm；

Kp————岩石抗破坏屈服系数，见表4。

(3)光面爆破抵抗线W

所谓光面爆破抵抗线就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石的厚度。常以周边眼的密集系数K(K=E/W)表示，其大小对光面爆破有很大影响。理论和实践均证明，周边眼的密集系数K取0.8时爆破效果为好。从K=E/W，可知W=E/K，当K=0.8时，

W=1.25E (4)

式中： W——抵抗线，cm；

E--—周边眼间距，cm。

(4)光面爆破炮眼装填系数β

光面爆破炮眼装填系数β采用公式(5)计算。

式中： β——光面爆破炮眼装填系数；

[σP]——岩体的抗拉强度，Pa；

[σC]——岩体的抗压强度，Pa；

［τ］——岩体的抗剪强度，Pa；

W——抵抗线，cm；

E--—周边眼间距，cm；

dk——炮眼直径，cm；

L ——炮眼深度，mm。

(5)光面爆破单孔装药量

光面爆破单孔装药量采用公式(6)计算

Q =0.25πdi2βLρ0 (6)

式中： Q——单孔装药量，g；

di——炸药直径，cm；

β——光面爆破炮眼装填系数；

L ——炮眼深度，mm；

ρ0——炸药的密度，g/cm3。

8.1.2 工程类比法

参照类似工程的经验数据，根据其工程的具体条件，确定有关参数的方法称为工程类比法。除参照类似工程外，《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》(TZ231—2007)推荐了光面爆破的参数，可供设计光面爆破参数时选用。其光面爆破参数详见表5。

单位岩体炸药消耗量：取0.5～2.0kg/m3。

8.7炮眼装药及起爆法

周边眼装药采用反向间隔不偶合装药，药卷之间采用竹条绑绳加固，注意炸药的殉爆距离，一般控制在3cm左右，若间隔距离太大，则必须采用导爆索与炸药连接。其余炮眼采用反向连续装药。采用塑料导爆管非电孔内延期起爆法，起爆顺序按照掏炮眼—辅助眼—周边眼—底眼的顺序起爆，起爆点采用瞬发火雷管引爆。底板眼和边墙脚部应采用双导爆管引爆，保证底板和边墙脚部顺利起爆。

9.光面爆破施工操作要点

9.1测量放线

由测量人员定出隧道中线和开挖轮廓线，用红油漆按钻爆设计图画出炮眼位置，经检查合格后方可进行钻眼。为减少测量时间和提高测量精度，在直线地段应安设激光导向仪。激光定向：用极坐标APS断面检测及炮眼定位，按不同的围岩断面尺寸，炮眼布置图输入仪器，台车钻臂以投射激光及孔位为依据，按孔位钻进并控制好方向，确保钻孔质量。爆破后输入相应的里程、断面，仪器通过光束自动检测断面超欠挖，用油漆按投影布点。

9.2钻眼

定位：采用钻孔台车钻孔时，钻孔作业前，根据钻爆设计划定台车臂作业区域，各臂钻孔的顺序，规定作业时间和周边眼、底眼、掏槽眼开孔偏角及插入角，使钻孔不发生相互干扰而有序进行。钻孔时严格按操作规程作业，力求钻孔方向、位置满足设计要求，准确控制周边眼外插角。对使用作业台架施作的钻孔作业应定人定岗，尤其是左右侧周边眼司钻工不宜变动。

钻孔标准：达到准、平、直、齐。

准：钻孔按设计布眼钻孔，当受节理、裂隙影响时稍稍移动孔位，但顶眼只能左右移动，帮眼只能上下移动，周边眼轮廓的放线误差控制在±1cm，眼口开眼误差：Ⅴ级围岩深眼可从轮廓线偏内5cm，Ⅳ级围岩可从轮廓线偏内3cm，周边眼外插角的角度以0.03的斜度外插，方向与轮廓线法线方向一致。

直：直线段上，炮眼先钻上方标准孔，插上炮杆，使边墙孔在同一条垂线上。

平：周边炮眼要相互平行。

齐：各炮眼底落在垂直隧道轴线的同一平面上，掏槽眼加深10～20cm，钻孔深度根据掌子面的起伏“凸”加，“凹”减。

此外，瓦斯工区钻孔作业还应符合下列规定：

a.开挖工作面20m风流中瓦斯浓度必须小于1.5%；

b.必须采用湿式钻孔；

c.炮眼深度不小于0.6m。

9.3清孔、装药

清孔:装药前用高压风清孔，吹干净孔内积水及碴粒。

装药:装药前核对雷管段数，使之与设计相符，同时按钻爆设计的装药结构及药卷规格、药量装药。装药时，药装到孔底，起爆药包用炮棍缓慢送入，防止拉雷管或破损导爆管。

装药检查:装药时，将雷管段数标于孔外导爆管上，由检查人员对雷管段数进行复核，确保准确无误，同时核对药卷规格及装药长度，使每孔装药符合设计要求，检查后做好记录。

堵塞:所有炮眼装药后，用炮泥进行堵塞，其长度为30cm。炮泥用机械加工，用炮棍顶进，堵塞做到封孔严密。

9.4 连网爆破

连结网络:对装药检查无误，机械设备撤离爆破面之后，开始连结网路。连结时尽可能靠近眼孔，孔外网路尽量短，使连结整齐，便于直观检查网路。连结系统尽量短，但不拉细、打结，避免导爆管、联连结块受损。网路连结好后，认真检查每个眼孔的起爆药卷连结是否正确，保证每个簇联或连结块内都有引爆雷管。

对爆破网络检查合格后，撤离受爆破影响范围内所有设备和非爆破作业人员，设好防护哨、发出起爆信号后，由爆破工起爆。

9.5 爆后检查及瞎炮处理

爆破完成15min后，检查人员带防护器材进入爆破地点，检查通风、瓦斯、粉尘、瞎炮、残炮等情况，遇有危险立即处理。在瓦斯浓度小于1%，二氧化碳浓度小于1.5%，解除警戒后，工作人员方可进入开挖面工作。发现瞎炮时，先查明原因，因孔外导爆管损坏引起的瞎炮，切去损坏部分，重新连接导爆管，再行起爆。此时，接头尽量靠近孔眼位置。因孔内导爆管损坏或是导爆管本身问题引起的瞎炮处理办法按照国家标准《爆破安全规定》中有关规定进行。

9.6 钻爆效果检验

通风排烟后，值班技术和质检员进入掌子面，对钻爆效果进行检查。对炮孔利用率，炮痕存有率、平均掘进长度，碴体的破碎程度，抛掷距离，围岩的损坏程度等进行记录，作为不断优化钻爆设计的依据。对围岩地质状况进行观察记录，分析确定围岩级别和岩层走向，根据围岩实际情况，修改完善开挖、支护设计，预测围岩变化趋势，为采取预防措施提供依据。

10.质量控制标准及保证措施

10.1质量控制标准

⑴开挖轮廓符合设计要求，开挖面平整，隧道允许超挖值见表7。

表7 隧道允许超挖值(cm)

⑵采用风钻打眼，炮眼深度在3m以内时，两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm；采用台车打眼，接茬处的台阶高度应按机型而定，但不得大于25cm。

⑶ 隧道开挖不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌(每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm)。拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。

⑷ 隧道周边炮眼痕迹保存率是衡量开挖面平整度的一个指标，炮眼痕迹保存率应满足表8的规定：

注：炮眼痕迹保存率＝(残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数)×100％

⑸ 爆破进尺达到设计要求，爆出的块度满足装碴要求。

10.2质量保证措施

⑴ 提高光面爆破的设计质量。选取的爆破参数，选用的爆破材料，装药及联网等符合工程实际，才是保证爆破质量的基础。

⑵ 凿孔宜采用凿岩台车，有条件时优先选用由计算机导引的凿岩台车，以提高凿孔精度(包括炮眼的开孔位置、角度、深度)。

⑶ 周边轮廓线和炮眼的放样宜采用隧道激光断面仪或其次类似的仪器，尽量减少人工操作。周边轮廓线的放样误差应不大于±2cm。

⑷ 周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深10～20cm。

⑸ 隧道爆破应根据地质、水文条件选择适当的炸药品种和型号；宜采用导爆管毫秒雷管起爆，光面爆破宜选用低密度、低爆速、低猛度或高爆力的炸药。

⑹ 炮眼的深度和斜率应符合钻爆设计。掏槽眼眼口间距误差不大于3cm，眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm；周边眼眼口位置误差不得大于3cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线3～5cm/m(深眼取大值，浅眼取小值)。

⑺ 当采用凿岩机钻眼时，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；辅肋眼眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。

⑻ 当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。

⑼ 减少周边眼开眼误差，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。

⑽ 应减小外插角的误差，一般小于3m时外插角的斜率宜为0.05；大于3m时外插角的斜率宜为0.05～0.03；外插角的方向应与该点轮廓线的法线方向相一致

⑾ 所有装药的炮眼应采用炮泥堵塞，炮泥宜采用炮泥机制作的粘土炮泥，堵塞前应事先将炮泥制成比炮孔直径稍小一点的炮泥条备用，堵塞长度应通过计算确定；浅孔应将余孔全部堵塞。不得采用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞。

11.安全控制要点及措施

11.1爆破安全一般规定

⑴ 爆破作业必须按国家现行的《爆破安全规程》的有关规定执行。

⑵ 加强管理，洞内爆破作业必须统一安排指挥。爆破作业各环节均须由经过专业培训并取得上岗证的爆破作业人员操作作业。

⑶ 为确保钻爆施工所产生的地震效应不影响周围环境，施工期间，尤其是钻爆初期，每炮必进行爆破振速监测，以反馈信息及时调整钻爆参数，减轻地面振动，确保施工安全及地面建筑物安全。

⑷ 放炮前，所有人员都必须撤至指定的安全地点，用口哨警告和小红旗作为安全警戒标志。

⑸ 遇有下列情况时，严禁装药爆破：

① 工作面照明不足；

② 工作面岩石破碎尚未及时支护；

③ 工作面发现流砂、流泥未经妥善处理；

④ 工作面可能有大量、高压水涌出的地段。

⑹ 隧道通风采用压入式通风系统，爆破后必须经过通风排烟，才准检查人员进入工作面，且其相距时间不得少于15min，并经过以下各项检查和妥善处理后，其他工作人员才准进入工作面。

① 有无盲炮及可疑现象；

② 有无残余炸药或雷管；

③ 顶板两帮有无松动石块；

④ 支护有无损坏与变形。

⑺ 当发现盲炮时，必须由原钻爆人员按规定处理。处理方法如下：

① 经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆；

② 打平行眼装药爆破，平行眼距盲炮孔口不得小于0.5m。为确定平行炮眼的方向允许从盲炮孔口起取出长度不超过20cm的填塞物；

③ 严禁用风镐、铁铲等从炮眼中原放置的引药中拉出雷管，严禁将炮眼残底(无论有无残余炸药)继续加深；

④ 处理盲炮的炮眼爆破后，放炮员和清理工必须详细检查碴堆，收集未爆雷管炸药；

⑤ 在盲炮处理完毕以前，严禁在50米范围内进行同盲炮处理无关的工作；

⑥ 盲炮应在当班处理，当班不能处理或未处理完毕，应将盲炮情况(盲炮数目、炮眼方向、装药数量和起爆药包位置，处理方法和处理意见)在现场交接清楚，由下一个班继续处理。

⑻ 为防止点炮中途突然发生照明熄灭，爆破工应随身带手电筒，并设事故照明灯。

⑼ 爆破作业附近严禁火种，装药时无关人员与机具等均应撤至安全地点。

⑽ 钻孔与装药不得平行作业，严禁残眼套打。

⑾ 在施工现场设爆破器材加工房，爆破器材的加工严禁在加工房以外的地方进行。

⑿ 进行爆破器材加工和爆破作业的人员，必须戴安全帽、穿工作鞋、严禁穿化纤衣服。

11.2爆破警戒和安全防护措施

⑴ 爆破警戒和安全防护措施

各爆破作业班组必须根据需要安排足够的警戒员，每次爆破作业由领工员或班长负责总体警戒工作。

⑵ 起爆前爆破指挥员发出警戒信号，由警戒人员在警戒范围内疏散工作人员和检查工作，确保无人处于警戒区。

⑶ 爆破指挥员收到警戒人员可以起爆破的通知后，发出起爆破信号，无异常情况，可以指挥起爆。

⑷ 起爆后15min，爆破指挥员确认安全后，方可通知各警戒人员撤消警戒。

⑸ 根据《爆破安全规程》规定及爆破工程的实际情况，确定爆破警戒范围。

12.环境保护

⑴ 采用湿式钻眼，加强通风管理。

⑵ 使用的各种机械设备和运输车辆的废气排放量符合《铁路工程环境保护设计规范》(TB10501)或地方政府的有关规定。

⑶ 施工现场产生的污水和废水，应集中处理，符合排放标准时才能排放。