摘 要

在复杂环境下进行隧道爆破开挖掘进工作，容易面临例如围岩变形、地面沉降、地下涌水等一系列的问题。本文针对湖北省谷城至竹溪高速公路大坪山隧道进行爆破掘进方案设计，依据爆破规程对不同围岩等级和工程地质状况提出不同的爆破方案。这项工作对于进一步的开展隧道掘进工作具有很大的实践意义，同时也为理论研究爆破机制提供了丰富的实践经验。

本文的主要内容是围绕地质环境复杂的大坪山隧道展开，针对当地不同等级的围岩进行了不同方案的爆破掘进，具体来说，Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩分别采用的爆破方法是全断面、正台阶法和上下预留核心土法，并且计算得到了相应的爆破过程中药包的不同排布和爆破参数设置.进而得到了在这种复杂环境下具体的爆破方案的流程。本文的特色在于：得出了不同围岩条件下所需要的爆破设计参数，为实践工作提供了很大的技术支持。

关键词： 隧道掘进爆破；围岩；钻爆设计；

Abstract

In the complicated situation, the driving blasting of tunnel would be susceptible to a series problem such as the rock deformation, land subsidence and water seepage et al. In this paper, the design on the driving blasting was conducted corresponding to the Dapingshan tunnel located on the Gucheng Zhuxi Expressway. The different blasting project was proposed depending on the variation of surrounding rock grade and geology. This project would not only play a significant role for the practical work, but also provide valuable experience for the research of blasting mechanism.

The research in this paper was based on the complex geology situation in Dapingshan tunnel and then developed by the conduction of different driving blasting project with the variation of surrounding rock grade. In particular, the blasting method for III, IV and V grade surrounding rock were full face excavation, bench excavation and pre-spit, respectively. Furthermore, the corresponding distribution pattern and other parameter in the blasting process was simulated also. As a result, the specific project on blasting was achieved in this complex situation. The feature in this paper is that the unique blasting project was achieved to satisfy the requirement of this specific situation with complex surrounding rock structure, which would provide a powerful technique support for practical work.

Key Words： Diriving blasting of tunnel; surrounding rock; drilling blasting

目录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 隧道掘进国内发展现状 1

1.2.1 爆破理论的发展 1

1.2.2 隧道爆破基本施工方法 2

1.2.3 隧道爆破发展历程 2

1.3本设计主要设计依据和工程目的 3

1.3.1 设计依据 3

1.3.2 工程要求和目的 3

1.3.3 爆破设计原则 3

1.4 主要内容安排 3

第2章 大坪山隧道概况 4

2.1工程简介 4

2.2工程自然条件 4

第3章 隧道爆破方案设计 5

3.1 Ⅴ级围岩开挖 5

3.2 Ⅳ级围岩开挖 7

3.3 Ⅲ级围岩开挖 9

3.4特殊地段开挖 12

第4章 钻爆设计 13

4.1设计原则 13

4.2 Ⅲ级围岩钻爆设计 13

4.2.1 爆破参数设计计算 14

4.2.2 爆破施工设计 17

4.3 Ⅳ级围岩钻爆设计 17

4.3.1 爆破参数设计计算 17

4.3.2 爆破施工设计 19

4.4 Ⅴ级围岩钻爆设计 19

4.4.1 爆破参数设计计算 19

4.4.2 爆破施工设计 21

第5章 爆破安全校核 22

5.1 爆破安全检测 22

5.2 爆破安全计算 22

5.3 爆破警戒布置 23

5.4 爆破安全措施 23

第6章 施工组织设计 25

6.1 施工机具人员配置 25

6.2 施工进度措施 25

6.3 质量保证措施 26

6.4 爆破安全措施 26

6.4.1 凿岩安全措施 26

6.4.2 爆破安全措施 27

6.5 爆破安全应急预案 27

6.5.1 总则 27

6.5.2 设立应急救援小组 27

6.5.2 爆破事故应急救援 27

结 论 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 概述

随着国内经济的快速增长，道路交通问题越来越成为制约经济发展的关键因素，为缓解这个现象，高速公路、高速铁路和城市地下交通成为我国交通事业的主要发展方向，而其中公路铁路隧道的建设将是关键的基础工程。明开挖、半明开挖、爆破和盾构是当前隧道开挖的主要方法。而相较于其他三种开挖方式，钻爆法具有开挖成本低，适应性强的特点，尤其是在地质条件较复杂的地区，例如岩石坚硬和岩体破碎的中长隧道施工中，不论从掘进效率，还是经济和技术的角度考虑，大部分公路和铁路隧道都会采用爆破的方式进行掘进开挖。

隧道掘进是一个高度专业化的施工作业，其主要的施工特点有：施工困难，劳动强度大，作业面狭小，不易展开作业；地质水文条件如果不能及时了解，极有可能发生塌方，涌水等现象；爆破方法不当时，掘进效果不理想；质量要求高，通风排烟和照明困难等。所以只有采用合理的爆破方案和正确的施工方法，才能确保隧道掘进施工任务的快速完成。而当在复杂环境下进行隧道爆破掘进设计时，不仅要控制地表沉降，围岩变形，还需要尽量减小爆破震动对地面建筑的影响，确保人员安全。对于不同的地质状况和围岩等级也应当设计出不同的掘进方案，采用控制爆破和光面爆破的方法，尽量减小炮孔深度，增加炮孔密度，降低单循环药量，采用多个台阶开挖。当两条相邻隧道同时施工时，控制好光爆层的厚度，炮眼之间的间距和单循环装药量，减少对地面建筑和周边地层的扰动，得到更安全的爆破掘进方案。

本设计根据湖北省谷城至竹溪高速公路大坪山隧道的工程地质条件和工程要求目的，综合分析，针对不同围岩提出不同的掘进方案，优化爆破参数，计算校核爆破振动对隧道周围的影响。

1.2 隧道掘进国内发展现状

1.2.1 爆破理论的发展

在岩石爆破当中，我们已经知道压力波和扩散气体会对岩石的损伤和分裂产生很大贡献。关于爆破过程中冲击波对气体的重要性已经讨论了将近40年。最近的研究趋向于支持支持一下的论点，由爆炸产生的压力波会对岩石损伤区的生长产生很大影响，而扩散的气体对于裂缝的分离是很重要的。

1987年，Smimha等人针对岩石破裂当中凿洞的用途进行了详细调研，发现即使在爆炸当中没有填充孔洞，在观察结果上也无差异。也就是说，冲击波似乎对坑的形成过程很关键。Hommert等人也研究了在坑形成过程中填充物所起到作用，结果发现无论有没有填充物，爆破产生的效果都是一致的。Brinkman曾经用一个爆破洞的衬垫区验证冲击压力波和扩散气体在岩石爆破当中扮演的角色。结果发现，由压力波带来的冲击能量对于凿洞附近的岩石分裂来说更有效。而分裂的形成相对于冲击压力波的传播过程来说更为缓慢。同时，有证据表明冲击波的通道决定了分裂的尺度。

对于很多人来说，爆炸极易带来突如其来的毁坏，甚至是不可估量的损失。因此我们在爆破作业中需要精密的地质测量，最大限度的减小损失。地质水文条件如果不能及时了解，极有可能发生塌方，涌水等现象；爆破方法不当时，掘进效果不理想；质量要求高，通风排烟和照明困难等。所以只有采用合理的爆破方案和正确的施工方法，才能确保隧道掘进施工任务的快速完成。而当在复杂环境下进行隧道爆破掘进设计时，不仅要控制地表沉降，围岩变形，还需要尽量减小爆破震动对地面建筑的影响，确保人员安全。对于不同的地质状况和围岩等级也应当设计出不同的掘进方案，采用控制爆破和光面爆破的方法。

1.2.2隧道爆破基本施工方法

隧道爆破基本的施工方法共分全断面开挖、台阶开挖、超前导坑开挖三类。如果工程地质条件允许，全断面掘进爆破的掘进效率最高，其次是半断面掘进爆破。

（1）全断面开挖法：全断面开挖即一次开挖成设计轮廓线的掘进方法，它适用于4m以下的小跨度隧道或岩石坚硬均匀，整体性好的中等跨度隧道。

（2）台阶开挖法：当隧道高度较高并且没有大型机械凿岩车，不方便钻孔爆破，可以将隧道分上下两层分别展开爆破，称这种方法就是台阶开挖法或称为半断面开挖法。

（3）导坑开挖法 ：在一些岩石松软，岩石破碎较严重或者地下水丰富的地区，多使用一种首先开挖一个小断面，然后逐步扩展到整个断面的掘进方式，此法也可用于跨度比较大的隧道中。根据导坑位置上下的不同，分中央下导坑和顶部导坑法。

1.2.3 隧道爆破发展历程

从新中国成立起，我国现代化建设就处于不断发展中，隧道爆破技术也随之不断发展，刚建国时还在使用黑火药进行爆破，人工打孔和运输，而现在已然发展到运用全断面机械化进行施工。

上世纪80年代初全断面深孔爆破逐渐发展，如在雷公尖隧道实现了深孔全断面一次爆破开挖，大瑶山隧道的全断面综合机械化施工。90年代特殊条件下爆破技术得到快速发展，20世纪爆破开挖已经可以在极端条件下展开， 目前我国铁路隧道不论是长度还是数量在世界上都是排名第一，不过与国外相比，我国在钻孔机械设施和爆破器材上仍然处于落后，虽然在光面爆破的基础上研发了中深孔周边定向断裂控制爆破技术，但是受限于大型凿岩机械经常容易发生故障并且修理成本过高等特点，国内的钻孔作业主要还是以人工凿岩为主。所以，发展钻孔、爆破、装药、运输等一系列机械一体化依然是今后爆破开挖的主要发展方向。

1.3本设计主要设计依据和工程目的

1.3.1 设计依据

（1）勘察单位提供的地质勘察资料；

（2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）；

1.3.2 工程要求和目的

（1）依据爆破安全规程，控制爆破冲击波和飞石对周围环境的影响，爆破飞石的安全距离应不小于100m，首选爆破位置满足一般要求。依据爆破掘进的施工工艺、爆破安全要求和首次爆破工期来确定本次爆破的具体规模。

（2）设计合理的施工方案和有力的技术措施，保证工程按时完工。爆破产生的地震效应不能影响工程正常进行，保证周边建筑的安全。

1.3.3 爆破设计原则

（1）依据方案要求合理选定爆破参数，保证爆破安全。

（2）经济上要求合理，在满足爆破效果的情况下，尽量做到降低投资，工程量小，进度快。

（3）根据当地地质状况和隧道设计要求，采取合理的爆破开挖方案和爆破参数，不给后期工程留下隐患。

（4）必须保证围岩稳定；必须保证周围环境的安全。