兰新铁路第二双线工程LXSQZ-1标徐家庄隧道爆破方案
1工程概况
1.1 工程地理位置及概况
隧道地处低中山区，进口位于王家庄村西南方向的山坡上，坡度较缓，隧道出口位于小峡水库东南方G109旁一陡壁上。冲沟发育，洞身地形呈波状起伏，进口地表自然坡度30°～40°，出口为一近于垂直的陡壁。分布有众多“V”型侵蚀谷，且延伸变化较快，沟内基本无水，多覆盖着黄土。洞身最大埋深154m,洞身穿越的各沟埋深最浅约23.9米。隧道起点DK177+604,终点DK179+968，全长2364米。全隧道除进口端376.16m位于直线上以外，其余均位于R-7000m的曲线上。纵坡为4.5‰端的单面上坡。
1.2 工程地质概况
隧道工程区主要为闪长岩、砂岩、泥岩，山坡坡面及冲沟内分布有第四系上更新统风积砂质黄土，冲积卵石土等。
2总体方案设计
2.1 爆破特点及要求
（1）属于山岭隧道，爆破条件较好。
（2）隧道地质除洞口段外岩石坚硬，完整，整体性好。
（3）隧道断面大，要求对爆破方法选择合理，便于实施。炮眼利用率在90%以上；光面爆破炮眼残痕率在85%以上；平均线性超挖不大于7cm，最大不超过10cm，相邻两循环炮眼台阶不大于10cm，局部欠挖小于0.1m2；最大欠挖小于5cm。
2.2 钻爆设计原则
根据工程实际、设计程要求、地质地形条件，确定设计原则为：
（1）确保现场施工人员的安全。要严格按照《爆破安全规程》GB6722-2003进行设计和施工，要有具体的安全施工措施。
（2）严格控制掏槽爆破、光面爆破、预裂爆破的单段起爆药量，尽可能多的创
1
兰新铁路第二双线工程LXSQZ-1标徐家庄隧道爆破方案
造爆破临空面，尽可能减小爆破振动对围岩的扰动深度。
（3）根据隧道洞口段所处围岩比较破碎、整体性及自稳性差的特点，采用三台阶临时仰拱法，对软弱岩层采用缩短台阶距离，及时支护等手段，保证顶板安全。
（4）对设计确定的钻爆参数进行现场爆破试验，以取得合理的爆破参数。爆破参数应根据地质地形条件及相应的爆破效果，适时调整、动态管理。
考虑以上设计原则，该工程应按总体施工组织分期实施。不同阶段对应不同的工作内容和施工方法。本设计主要针对适合采用钻爆法施工的主洞Ⅱ～Ⅳ级围岩地段进行爆破设计。
2.3 爆破施工方案比较与选择
隧道施工方法应根据施工条件、围岩类别、埋置深度、断面大小以及环境条件等，并考虑安全、经济、工期等要求选择。选择施工方法时，应以安全为前提，综合考虑上述条件。当隧道施工对周围环境产生不利影响时，应把环境条件作为选择施工方法的重要因素。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加不必要的投资。
依据设计要求本隧道采用的方法有全断面法、台阶法、短台阶预留核心法、三台阶临时仰拱法和CRD法。
2.3.1 全断面法
全断面法用在Ⅱ级硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度。该法可采用深孔爆破。该法控制重点是：常规布孔，孔内按常规布设微差毫秒雷管，孔外采用毫秒导爆管雷管串联技术，此法可以大大减小爆破振动。
2.3.2 台阶法
台阶法分2步开挖，Ⅲ级围岩上台阶高度约7m，下台阶高度约3.4m，台阶长度30～50m；下台阶施工可分左右幅开挖，交替进行，以保证上台阶施工车辆通行。
2.3.3 短台阶预留核心土法。
上下台阶法，上台阶预留核心土施工，开挖后及时进行初期支护封闭岩面。开挖支护过程中重点进行隧道的周边位移、拱顶下沉等量侧项目的工作，根据量测数据，及时调整施工方案，必要时上半断面设临时仰拱。上半断面开挖约15~20m后，开挖下部。
2
兰新铁路第二双线工程LXSQZ-1标徐家庄隧道爆破方案
2.3.4 三台阶临时仰拱法
三台阶临时仰拱法分3步开挖，第一步挖上台阶，上台阶分左右开挖，安设Ⅰ18钢架横撑；第二步挖中台阶，安设Ⅰ18钢架横撑；第三步滞后一段距离开挖下台阶。
2.3.5 爆破施工方案选择
根据本工程的特点，具体的施工方案按围岩级别及相应的施工工法分别进行设计，共分3个方案，Ⅴ级围岩CRD法、Ⅳ级围岩三台阶七步法、Ⅲ级围岩台阶法、Ⅱ级围岩全断面法。
3钻爆设计
采用理论计算、工程类比与现场试爆相结合的方法确定爆破参数。计算依据如下： ① 炸药与岩石的匹配
炸药与岩石的匹配实际是根据波阻抗理论而来，当炸药的波阻抗VrPr与岩石的波阻抗VePe相等时，爆炸波能量完全传入岩体内，从而达到最大限度的破碎岩石。 Ⅳ、Ⅴ级围岩需爆破段一般岩石抗压强度在Rc＜20MPa，岩石坚固性系数f＜Rc/10=3。岩石纵波速度Ve＜2000m/s，岩石密度Pe≈2000kg/m3,岩石波阻抗VePe≈4*106kg/m2.s，2#岩石硝铵炸药爆速Vr≈3600 m/s，炸药密度Pr≈1000kg/m3, VrPr≈(3.6~4)*106kg/m2.s，岩石与炸药匹配系数Ker=VePe /VrPr≈1，根据f及K值判定Ⅳ级围岩岩石可爆性好，岩石能够得到充分破碎。徐家庄隧道当掌子面干燥无水时选用硝铵炸药，有少量滴渗水时选用乳胶炸药
Ⅱ、Ⅲ级围岩Ker=VePe /VrPr≈2，岩石可爆性差，应当用高密度、高爆速炸药，同时加大装药密度，加强堵塞质量。
②标准抛掷爆破单位耗药量K（ kg/m3）
根据岩石容重γ用经验公式K=1.3+0.7（γ/1000-2）2计算, Ⅴ级围岩岩石γ≈2000 kg/m3，计算得K≈1.3 kg/m3。
Ⅳ级围岩岩石γ≈2300 kg/m3，计算得K≈1.36 kg/m3。 Ⅲ级围岩岩石γ≈2600 kg/m3，计算得K≈1.55 kg/m3。 Ⅱ级围岩岩石γ＞2700 kg/m3，计算得K＞1.64 kg/m3。 ③爆破作用指数
3
兰新铁路第二双线工程LXSQZ-1标徐家庄隧道爆破方案
我国普遍采用鲍列斯科夫公式，f(n)=0.4+0.6n3 当n=1时为标准抛掷爆破 当n＞1为加强抛掷爆破 0.75＜n＞1为加强松动爆破 n＜0.75为松动爆破
根据各部位炮眼所承担的任务不同，爆破作用指数也不相同。具体为：掏槽眼采用加强抛掷爆破，崩落眼采用松动爆破，内圈眼采用弱松动爆破，底板眼采用加强松动爆破。
3.1Ⅴ级围岩开挖
3.1.1 炮眼深度与循环进尺
炮眼深度是指炮眼眼底至开挖面的垂直距离。炮眼深度一般根据围岩的稳定性、凿岩机的钻凿能力和掘进循环安排。根据现场考察和以往工程经验，取循环进尺为1m，炮眼深度1.2m。
3.1.2 炮眼直径
本设计选用手持式风动凿岩机，常规土岩爆破钻头直径为38~42mm，为减小钻孔数量，提高掘进速度，炮眼直径取d=42mm。
3.1.3 炮眼布置
（1）掏槽眼
掏槽眼爆破时在围岩中形成空腔，为后续炮孔爆破创造良好的临空面，一般为强抛掷爆破，本工程一律采用复式楔形掏槽，优点是钻眼工作量小，容易形成较好的临空面，Ⅴ级围岩段掏槽眼开口宽度为3m，排距0.6m。
（2）周边眼
周边眼沿隧道开挖轮廓线布置。具体的炮孔间距根据经验公式和工程类比确定。 根据经验，炮眼间距E与炮眼直径d之间的关系为E=(10~18)d。取d=42mm，则E=420~756mm。考虑到洞口段岩石相对比较软，对于光面爆破取E=50cm
周边眼的炮眼密集系数m与最小抵抗线W之间的关系为m=E/W。一般E＜W，结合洞口段爆破一般不易形成大块的特点，m取较小值， m=0.625，则对于光面爆破取W=80cm。
4
兰新铁路第二双线工程LXSQZ-1标徐家庄隧道爆破方案
周边眼采用导爆索将药卷串联间隔装药结构，使炮孔内炸药爆炸围岩受力均匀，可以减小对围岩的扰动深度。
周边眼同段起爆规模不易过大，如周边眼数量大，易采用孔内或孔外微差爆破技术将齐爆孔数控制在8~10个左右。
（3） 内圈眼
内圈眼的间距a、排距b应大于或等于周边眼的最小抵抗线W，而且a、b的取值与炮眼的单孔装药量有关。本设计取a=100cm、b=80cm。
（4） 崩落眼
崩落眼间距a=120cm、排距b=100cm。
3.1.4 单孔装药量
（1）见Ⅴ级围岩炮孔布置中装药参数表。 （2）炮眼填塞
炮眼填塞的目的是保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率。填塞材料采用炮泥，炮泥由砂子和黏土混合配置而成，其重量比为3：1，再加上20%的水。填塞应采用分层捣实法进行，不得有空隙或间断。各炮眼应填塞足够长度的炮泥，除周边眼根据光面爆破，其他各炮眼填塞炮泥的长度不得小于30cm。
（3）爆破器材的选择
炸药：采用2号岩石乳化炸药，规格为Φ32mm×200mm，每卷200g。 雷管：雷管选用第一系列毫秒导爆管雷管。起爆选用普通瞬发电雷管或导爆管激发针起爆。
（4）装药结构
掏槽眼采用正向起爆。光面爆破炮眼采用空气间隔不偶合装药结构。为保证炮孔内各间隔药卷同时起爆，所有空气间隔装药均使用导爆索连接各药卷。
3.2Ⅳ级围岩开挖
3.2.1 炮眼深度与循环进尺
炮眼深度是指炮眼眼底至开挖面的垂直距离。炮眼深度一般根据围岩的稳定性、
5