公路隧道開挖爆破設(shè)計方案

公路隧道開挖爆破

設(shè)計方案

目錄

1概述...................................................1

1.1隧道設(shè)計要點......................................1

1.2隧道開挖施工概述..................................4

1.2.1露天開挖....................................7

1.2.2V級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖....................7

1.2.3IV級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖....................8

1.2.4IV級圍巖環(huán)形開挖留核心土法開挖..............8

2露天開挖...............................................9

2.1露天開挖的推進形式................................9

2.2露天開挖中的臺階爆破.............................11

2.2.1爆破參數(shù)...................................12

2.2.2裝藥結(jié)構(gòu)及爆破網(wǎng)路.........................14

3V級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖..............................18

3.1開挖毛斷面及其分部開挖劃分.......................18

3.1.1開挖毛斷面.................................18

3.1.2毛斷面分部開挖范圍劃分.....................18

3.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工簡述........................20

3.3側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工.................................21

3.3.1施工準(zhǔn)備...................................22

3.3.2爆破參數(shù)...................................22

3.3.3炮孔裝藥結(jié)構(gòu)...............................30

3.3.5爆破網(wǎng)路...................................32

3.4上臺階開挖施工...................................34

3.5下臺階開挖施工...................................36

4IV級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖..............................38

4.1開挖毛斷面及其分部開挖劃分.......................38

4.2導(dǎo)坑開挖施工.....................................40

4.2.1爆破參數(shù)...................................41

4.2.2爆破網(wǎng)路...................................43

4.3上臺階開挖施工..................................44

5IV級圍巖環(huán)形開挖留核心土法開挖........................47

5.1開挖毛斷面及其分部開挖劃分.......................47

5.2環(huán)形開挖留核心土法施工簡述......................48

5.2.1開挖參數(shù)..................................48

5.2.2施工工序簡述..............................50

5.3上部環(huán)形土開挖爆破工藝..........................50

5.3.1爆破參數(shù)..................................50

5.3.2炮眼布置..................................53

5.3.3炮孔裝藥結(jié)構(gòu)..............................54

5.3.4爆破網(wǎng)路連接及其起爆......................55

5.4下部環(huán)形土開挖爆破工藝...........................57

5.5上部核心土與下部臺階開挖爆破工藝.................59

6總結(jié)與建議............................................61

6.1本設(shè)計要點總結(jié)...................................61

6.1.1內(nèi)容回顧......................................61

6.1.2相關(guān)說明......................................61

6.2相關(guān)建議............................................62

6.2.1爆破震動監(jiān)測................................62

6.2.2施工中異常現(xiàn)象應(yīng)對措施......................63

附圖1

附圖2

附圖3

1概述

本設(shè)計以中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司的《肖家山隧道設(shè)計》

說明書及相關(guān)圖紙（2008年11月）（以下稱《設(shè)計》）作為原始資料，

依據(jù)隧道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定，對隧道的開挖做出設(shè)計說明。

1.1隧道設(shè)計要點

據(jù)《設(shè)計》說明，肖家山隧道全長172m；隧道進口隧線分界里

程DK12+502,進口里程DK12+510,明暗分界里程DK12+525；隧道出

口里程DK12+682,出口隧線分界里程DK12+690。

隧道內(nèi)采用有昨軌道，軌道結(jié)構(gòu)高度為76.6cm,左線內(nèi)軌頂面

標(biāo)高二路肩設(shè)計標(biāo)高+0.922。隧道全程直線，隧道內(nèi)設(shè)單面下坡，坡

度為-5%。。隧道進口端出洞方向為上坡，洞外路墊側(cè)溝做成2%。反坡，

并在洞門外1?2.0m處設(shè)橫向截水盲溝一道，以攔截洞外水流入隧道。

隧道內(nèi)設(shè)雙側(cè)救援通道，采用雙側(cè)水溝排水，每側(cè)一溝兩槽，隧道內(nèi)

前進方向的左側(cè)設(shè)置電力電纜槽及通信'信號電纜合槽，右側(cè)設(shè)信號

電纜槽及通信電纜槽。隧道進出口里程處軌下結(jié)構(gòu)預(yù)留與剛性路基銜

接設(shè)置變形縫的條件?！对O(shè)計》指出，為確保施工順利進行，在進行

暗洞開挖前，對洞口襯砌外的邊仰坡進行錨噴（網(wǎng)）加固，然后開挖

進洞。具體設(shè)計要點詳見《設(shè)計》及其相關(guān)圖紙。

《設(shè)計》推薦，隧道進口至DK12+525采用明挖法開挖；DK12+525

至DK12+555采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖；DK12+555至DK12+650采用環(huán)

形開挖留核心土法開挖；DK12+650至隧道出口采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開

挖。本設(shè)計遵循《設(shè)計》所推薦的開挖法。

按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003-2005),本隧道圍巖所在地

層分IV級、V級兩種。其中DK12+545至DK12+660之間屬于IV級圍巖，

其余屬于V級圍巖?！对O(shè)計》對不同圍巖級別的隧道段，采用不同的

臨時支護方式和襯砌厚度。圖17至1-3為各隧道段的斷面形狀及結(jié)

構(gòu)。

圖1-1明洞襯砌

圖1-2V級偏壓襯砌

圖1-3IV級加強襯砌

1-2隧道開挖施工概述

對于隧道開挖施工，首先需要說明的是，為了施工過程的安全及

隧道日后使用過程的穩(wěn)定性，盡可能不采用爆破的方式進行開挖掘進,

避免保留圍巖受爆破震動損傷，影響整體穩(wěn)定性。

前已述及，在不同圍巖級別的隧道段中，設(shè)計采用的臨時支護方

式及襯砌厚度有所差別，且在不同級別的圍巖中，預(yù)留變形量也不盡

相同（圖17至1-3所示的斷面未考慮預(yù)留變形量）。這導(dǎo)致了在不

同級別的圍巖中，隧道的開挖毛斷面有所不同。同時，《設(shè)計》對不

同的隧道段，推薦使用不同的開挖法。因此，在隧道的現(xiàn)場掘進中，

就產(chǎn)生了多種具體的隧道開挖方式。

如圖1-4所示。根據(jù)圍巖的不同級別和推薦的不同開挖法，將具

體開挖方式分成以下四類，每一類具體開挖方式的現(xiàn)場施工后續(xù)內(nèi)容

詳細(xì)說明。

高程

6o

1

Z

1

o

g

+

Z

W

Q睥

5o

el——

Bk

w

?

4O建

囤魯級別

」

20

_

_

—,

.

推開挖方式:

蓍

環(huán)

形開挖留核心土法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

明挖法

I5y

9m

30-

-（S）

32m)

(

T5ST

T

10

天開挖|

露

N級巖環(huán)形開

留核心土法開挖

露天開挖

困挖

具體開挖方式：

（并挖長度須

謔

（開挖長度95m）

（開

挖長度約50m）

\IV級惘巖雙

側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

N級圍巖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

一步測量而定）

級圍巖

側(cè)壁導(dǎo)坑法開座

雙

（開挖長度10m）

）

（開挖長度10m

級圍巖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

開

（挖長20m）

度

（開挖

長22m）

度

道

圖1-4肖家山隧

具體開挖方式說明圖

1.2.1露天開挖

（1）適用范圍

隧道進口段，從表土剝離至明暗分界線（里程DK12+525）,開挖

長度約50m；隧道出口段，從表土剝離至隧道出口（里程DK12+682）,

開挖長度須經(jīng)進一步測量而定。

（2）初擬施工方法

按圖17所示的斷面，以臺階方式向前推進，兩旁及前方邊坡坡

角控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

1.2.2V級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

（1）適用范圍

隧道進口段，從明暗分界線（里程DK12+525）至V級圍巖與IV

級圍巖交界（里程DK12+545）,開挖長度20m；隧道出口段，從隧道

出口（里程DK12+682）至IV級圍巖與V級圍巖交界（里程DK12+660）,

開挖長度22m。

（2）初擬施工方法

按圖1-2所示的隧道斷面，考慮一定預(yù)留變形量，確定隘道開挖

毛斷面，并對斷面劃分分部開挖范圍。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對隧道斷面

分部開挖。

1.2.3IV級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

(1)適用范圍

隧道進口段，從V級圍巖與IV級圍巖交界(里程DK12+545)至

兩種暗洞開挖法交界(里程DK12+555),開挖長度10m；隧道出口段，

從IV級圍巖與V級圍巖交界(里程DK12+660)至兩種暗洞開挖法交

界(里程DK12+650),開挖長度10m。

(2)初擬施工方法

按圖1-3所示的隧道斷面，考慮一定預(yù)留變形量，確定隧道開挖

毛斷面，并對斷面劃分分部開挖范圍。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對隧道斷面

分部開挖。

1.2.4IV級圍巖環(huán)形開挖留核心土法開挖

(1)適用范圍

《設(shè)計》推薦的環(huán)形開挖留核心土法所在的隧道段，里程范圍為

DK12+555至DK12+650,開挖長度95m。

(2)初擬施工方法

按圖1-3所示的隧道斷面，考慮一定預(yù)留變形量，確定隧道開挖

毛斷面，并對斷面劃分分部開挖范圍。采用環(huán)形開挖留核心土法對隧

道斷面分部開挖。

2露天開挖

《設(shè)計》中，有如下工程地質(zhì)：剝蝕丘坡，自然坡度較陡，表層

為（T，黏土，厚約0.5?3m,下伏志留系下統(tǒng)粉砂巖，褐黃色間褐紅

色，全弱風(fēng)化，圍巖以強風(fēng)化層為主。由此可知近地表巖層強度較低，

可用挖掘機械直接開挖部分表土。

在前述露天開挖適用范圍內(nèi)，對于表土和風(fēng)化破碎軟巖，可用挖

掘機開挖；遇較硬巖石，若巖體整體性差，塊狀分明，可對個別大塊

實施鉆孔裝藥爆破方式，使其破碎至較小塊度，便于搬運；若巖體整

體性較好，機械無法直接挖掘，采用普通露天臺階爆破方式開挖。

2.1露天開挖的推進形式

無論是采用機械挖掘還是露天臺階爆破，露天開挖都應(yīng)遵循一定

的推進形式，以在開挖中形成特定的邊坡形式，確保邊坡穩(wěn)定，保證

施工過程的安全。

《設(shè)計》中，明挖部分永久邊坡坡度大都為1：0.75,可取露天

開挖的推進邊坡平均坡度為1：0.75。下面以隨道進口露天開挖為例，

敘述露天開挖的推進形式。

如圖27為隧道進口開挖境界，即隧道進口開挖到如圖所示的邊

坡后，應(yīng)對邊坡進行永久加固，開始施工暗洞部分。邊坡臺階高度

6m,臺階平面寬度3.5m,臺階坡角81。（選擇臺階高度為6m的目的

是：當(dāng)開挖到達明暗交界時，恰有一6m高的臺階作為暗洞施工的平

臺，可在臺階上施工暗洞管棚鉆孔、對隧道頂板進行超前注漿等；小

型挖掘機的工作寬度約為3.5m,選擇3.5m作為臺階寬度，便于小型

挖掘機輔助邊坡開挖）。圖中正視圖所示的開挖線可作為露天開挖的

推進邊坡。II-II剖面是邊坡正前方的臺階形式。

隧道出口的露天開挖與進口的露天開挖相似，不同點不過是出口

段的邊坡左邊高于右邊。隧道出口段的露天開挖所取的邊坡參數(shù)與進

口段相同。

I

in

限一一當(dāng)

“71111n”?川口11p?口?光

單ffr:an

俯視圖

圖2-1露天開挖邊坡示意圖

2.2露天開挖中的臺階爆破

按設(shè)計臺階剝離表土，出露風(fēng)化巖石，若巖石硬度較大，且整體

性較好,挖掘機難以施工。應(yīng)采用普通臺階爆破方式對邊坡進行開挖。

2.2.1爆破參數(shù)

(1)底盤抵抗線嗎

Wi常取0.4?1.0倍臺階高度H,這里取WFO.5H=3m。臺階不高,

打垂直中深孔。根據(jù)坡角及臺階高度，可算得外排鉆孔口到臺階邊緣

的距離為2m。

(2)鉆孔直徑d

鉆孔直徑與現(xiàn)場施工的鉆孔機械相關(guān)，參照相關(guān)工程數(shù)據(jù)，在臺

階高度為6m時，一般取鉆孔直徑d=76mm(若無匹配鉆機和鉆頭，可

取70?80mm之間的孔徑也可滿足要求)。

(3)炮孔深度L和超深h

超深h一般取臺階高度H的10%?15%。由于巖石硬度不高，本

設(shè)計取h=10%H=0.6mo

炮孔深度為臺階高度與超深深度之和，即L=6.6m。

(4)炮孔間距a

常取a=(1.0?2.0)W,,這里取a=1.0W尸3m。

(5)炮孔排距b

常取b=(0.8?0.9)a,這里取b=2.5m。

(6)炸藥單耗q

炸藥單耗q與巖石堅固性系數(shù)千有關(guān)，如下表所示。

表27中深孔臺階爆破單位炸藥消耗量q值

0.83?

f5681012141620

?24

q/kg-m0.40.40.50.50.50.60.60.60.7

0.40

3360360470

本設(shè)計所開挖巖石屬于強風(fēng)化巖體，堅固性系數(shù)較小，屬于表中

0.8~2—列，故取q=0.4Okg/n?。

(7)每孔裝藥量Q

單排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔裝藥量按下式計算:

Q=q-a-W,■H

將數(shù)據(jù)代入上式得第一排孔每孔裝藥量Q=21.6kgo

多排孔爆破時，從第二排孔起，以后各排孔的每孔裝藥量按下式

計算：

Q=k,q■a,b■H

k為考慮受前面各排孔的巖石阻力作用的增加系數(shù)，常取1.1?

1.2,這里取1.10將數(shù)據(jù)帶入上式得，非第一排炮孔每孔裝藥量

Q=19.8kgo

(8)炮孔填塞長度I

炮孔填塞長度應(yīng)大于最小抵抗線，以避免炮轟壓力從孔口沖出,

形成“沖天炮”。根據(jù)底盤抵抗線及臺階形狀，可計算出第一排炮孔

最小抵抗線約為2.6m。取填塞長度1=2.8m

將以上爆破參數(shù)進行匯總，如表2-2所示。

表2-2爆破參數(shù)表

參數(shù)項目單位數(shù)值備注

底盤抵抗線Mm3

孔徑dmm76

孔深Lm6.6

孔距am3

排距bm2.5

單耗qkg■m30.4

第一排炮孔單孔裝藥kg21.6

非首排炮孔單孔裝藥kg19.8

填塞長度Im2.8

2.2.2裝藥結(jié)構(gòu)及爆破網(wǎng)路

(1)炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

為保證爆炸網(wǎng)路安全起爆，炮孔起爆雷管應(yīng)盡可能裝在孔內(nèi)，且

均用雙雷管起爆。由于炮孔深部不大，故可不在孔內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索，避

免爆炸產(chǎn)生更大聲響。

假設(shè)所用炸藥密度為1.2g/cm3(如散裝乳化炸藥)，根據(jù)孔徑大

小，可計算出：21.6kg炸藥的裝藥長度為4m,19.8kg炸藥的裝藥長

度為3.6m。兩種裝藥長度與堵塞長度之和，恰好均接近炮孔長度,

故炮孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。可用散裝乳化炸藥。由于乳化炸藥較為鈍

感，故設(shè)計在孔內(nèi)裝入起爆彈，起爆彈用雙導(dǎo)爆管雷管起爆。圖2-2

為炮孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。

炮孔深度：6.6m；

填塞長度：2.8m

裝藥長度：第一排炮孔

埴塞長度:4m

第二排及以后各排炮孔3.6m；

也

J伏

火炸藥：孔聯(lián)合裝藥，炸藥為散裝乳化炸藥；

gk起爆器材：采用孔內(nèi)雙導(dǎo)爆管雷管加起爆彈起爆，

k起爆彈反向裝于孔底

軟K

，

裝藥長度:

圖2-2炮孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

（2）爆破網(wǎng)路及其起爆

爆破網(wǎng)路采用非電起爆方式。如圖2-3所示。炮孔內(nèi)雙導(dǎo)爆管雷

管加起爆彈起爆，每個炮孔引出兩根導(dǎo)爆管。一個爆區(qū)的所有導(dǎo)爆管

（稱一級導(dǎo)爆管）捆扎在兩發(fā)搭橋雷管上［若爆區(qū)引出的導(dǎo)爆管數(shù)太

多（在40根以上時），應(yīng)適當(dāng)增加搭橋雷管數(shù)］,將各爆區(qū)的搭橋雷

管的導(dǎo)爆管（稱二級導(dǎo)爆管）捆扎在總起爆雷管上，總起爆雷管引出

導(dǎo)爆管到達避炮點，用激發(fā)槍或其它起爆器（如高壓脈沖起爆器等,

2009年起，國家明令禁止使用火雷管，故不采用火雷管起爆）引爆

爆破網(wǎng)路。

依據(jù)相關(guān)干擾降震研究成果,當(dāng)微差起爆時間間隔在50?70ms,

即兩個雷管段位時間間隔時，前后兩次爆炸引起的爆轟波峰值能夠很

好的錯開，實現(xiàn)波峰與波谷的疊加，從而減小爆破震動，有效降低爆

破對保留邊坡的損傷。因此，本設(shè)計的爆破網(wǎng)路（包括后續(xù)部分的爆

破網(wǎng)路）微差間隔定位50ms,即前后兩次爆炸的微差時間為兩個毫

秒雷管段位。此外，爆破網(wǎng)路中，除了總起爆雷管外，其它起爆雷管

均不許使用即發(fā)雷管。

說明：圖中標(biāo)注單位為cm；

圖中僅以三排炮孔、每排炮孔數(shù)為6作為例子,

實際爆破可根據(jù)現(xiàn)場具體情況擬定更多排、更

多炮孔數(shù)、更多爆區(qū)的爆破；

圖2-3爆破網(wǎng)路示意圖

3V級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

3.1開挖毛斷面及其分部開挖劃分

3.1.1開挖毛斷面

《設(shè)計》中的相關(guān)圖紙的隧道斷面尺寸均為考慮預(yù)留變形量，如

圖1-2所示的V級偏壓襯砌為未考慮預(yù)留變形量情況下的斷面尺寸。

根據(jù)相關(guān)預(yù)留變形量的規(guī)定，在V級圍巖中，隧道開挖毛斷面應(yīng)考慮

10?15cm的預(yù)留變形量。本設(shè)計考慮13cm預(yù)留變形量，得如圖3-1

所示的開挖毛斷面。

3.1.2毛斷面分部開挖范圍劃分

(1)斷面分布開挖原則

依據(jù)隧道施工方法，當(dāng)隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖時，將斷面分

成4塊，即左'右側(cè)壁導(dǎo)坑1、上臺階2和下臺階3。如圖37所示。

導(dǎo)坑尺寸擬定的原則是，導(dǎo)坑寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3,高

度以到起拱線為宜，這樣，導(dǎo)坑可分二次開挖和支護，不需要架設(shè)工

作平臺，人工架立鋼支撐也較方便。導(dǎo)坑與臺階的距離沒有硬性規(guī)定,

但一般應(yīng)以導(dǎo)坑施工和臺階施工不發(fā)生干擾為原則。

(2)分部開挖結(jié)果

本設(shè)計取導(dǎo)坑寬度為斷面最大跨度的1/3,即導(dǎo)坑寬度為1442

X1/3=480.67cm,取480cm。

導(dǎo)坑高度定為804cm,導(dǎo)坑頂點為起拱線。

用光滑弧線將導(dǎo)坑頂點、最大寬度點及底點連接起來，便得到導(dǎo)

坑的斷面形狀。

斷面上下臺階高度的劃分沒有硬性規(guī)定，一般情況下，上臺階的

高度應(yīng)形成合適的工作高度空間，方便工作人員站在下臺階上施工。

本設(shè)計取上臺階高度為540cm,下臺階高度704cmo

隧道開挖毛斷面分部開挖劃分結(jié)果如圖3-1所示。

480

圖3-1隧道開挖毛斷面及其分部開挖劃分

3.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工簡述

一般情況下，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中左右兩導(dǎo)坑不能同時開挖，避免圍

巖應(yīng)力重分布過于嚴(yán)重，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)垮塌。左右導(dǎo)坑通常錯開開挖,

以避免在同一斷面上同時開挖不利于圍巖穩(wěn)定，錯開的距離應(yīng)根據(jù)開

挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)

坑的原則確定，亦可工程類比確定，一般取7?10m。本設(shè)計定左右

導(dǎo)坑開挖錯開距離為10m,先開挖左導(dǎo)坑，后開挖右導(dǎo)坑。

根據(jù)雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法常用施工順序，將本設(shè)計導(dǎo)坑法作業(yè)順序

作如下敘述：

(1)明洞開挖完畢后，對暗洞部分進行管棚施工；

(2)對即將開挖的導(dǎo)坑進行超前加固(如小導(dǎo)管超前注漿等);

(3)開挖左側(cè)導(dǎo)坑，及時將其初期支護閉合；

(4)相隔10m后開挖右側(cè)導(dǎo)坑，將其初期支護閉合；

(5)開挖上臺階，施作拱部初期支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑

的初期支護上；

(6)開挖下臺階，施作底部初期支護，使初期支護全斷面閉合；

(7)拆除導(dǎo)坑臨空部分的初期支護；

(8)待隧道周邊變形基本穩(wěn)定后，施作二次模注混凝土襯砌。

3.3側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工

為減小施工對圍巖整體穩(wěn)定性的影響，隧道的開挖施工盡可能不

采用爆破方式。施工中可用風(fēng)鎬等破巖機械進行開挖,遇到堅硬巖體,

機械無法直接開挖，才考慮使用爆破法。下面僅敘述用爆破法開挖的

施工方法，對機械開挖不做敘述。