隧道开挖专项施工方案
牡绥铁路工程III标
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单位:中铁三局集团有限公司牡绥铁路工程三标项目经理部
日期:二00一年六月二十五日
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目 录
1 适用范围 ........................................................... - 1 - 2 作业准备 ........................................................... - 1 - 2.1内业准备 .......................................................... - 1 - 2.2 外业准备 ......................................................... - 1 - 3 主要开挖方案及施工方法 ............................................. - 2 - 3.1 明挖法 ........................................................... - 2 - 3.2 台阶法开挖施工 ................................................... - 2 - 3.2.1施工作业流程 .................................................... - 2 - 3.2.2施工注意事项 .................................................... - 3 - 3.3 弧形导坑预留核心土法开挖施工 ..................................... - 3 - 3.3.1施工作业流程 .................................................... - 3 - 3.3.2施工注意事项 .................................................... - 4 - 3.4 三台阶临时仰拱法开挖施工 ......................................... - 5 - 3.4.1施工作业流程 .................................................... - 5 - 3.4.2施工注意事项 .................................................... - 6 - 4 钻爆设计 ........................................................... - 6 - 4.2爆破方案设计 ...................................................... - 7 - 4.2.1爆破器材选用 .................................................... - 7 - 4.2.2装药结构 ........................................................ - 7 - 4.2.3爆破方案 ........................................................ - 7 - 4.3光爆质量标准 ..................................................... - 10 - 5 隧道开挖主要工序及施工组织 ........................................ - 10 - 5.1开挖工序流程 ..................................................... - 10 - 5.2开挖各工序施工方法 ............................................... - 11 - 5.2.1测量放样 ....................................................... - 11 - 5.2.2钻眼 ........................................................... - 11 - 5.2.3装药连线与起爆 ................................................. - 11 - 5.2.4通风、找顶、出渣 ............................................... - 11 - 5.2.5断面检查及爆破效果评定 ......................................... - 12 -
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5.3各主要工序循环作业时间 ........................................... - 12 - 6 施工要求及技术措施 ................................................ - 12 - 6.1施工主要技术措施 ................................................. - 12 - 6.2施工要求 ......................................................... - 12 - 6.3施工安全、环保措施 ............................................... - 14 - 6.3.1隧道开挖作业安全规程 ........................................... - 14 - 6.3.2环保措施 ....................................................... - 15 -
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隧道开挖专项施工方案
1 适用范围
本标段设计共有四种隧道开挖施工方法: ⑴明挖法,适用于明洞地段; ⑵台阶法,适用于III级围岩地段;
⑶弧形导坑预留核心土法,适用于IV级围岩地段;
⑷三台阶临时仰拱法,适用于V级围岩浅埋、断层破碎带地段。 2 作业准备
2.1内业准备
⑴在施工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计,阅读、审核施工图纸,澄清有关技术问题。
⑵熟悉规范和技术标准,查阅相关施工案例,认真调查隧道围岩地质情况、了解施工条件、技术水平和设备装臵的施工参数。
⑶制定施工安全保证措施,对施工人员进行技术交底,对参加施工人员进行上岗前技术培训,考核合格后持证上岗。
⑷做好超前地质预报,与设计进行核对,如有问题及时上报监理单位。 ⑸钻爆设计。岩石隧道开挖前,应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计。其内容为:炮眼的布臵、数目、深度和角度,装药量和装药结构,起爆方法和爆破顺序,凿岩机的台数安排等。设计图应包括:炮眼布臵图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指标及必要的说明。
2.2 外业准备
⑴钢筋、水泥、砂石料等施工材料的采购,钻孔、注浆、喷混凝土等设备的选用与采购。
⑵原材料的试验,喷混凝土及注浆配合比的设计。
⑶材料加工场地符合安全规程要求,各种机械设备性能良好,生产区各种安全、文明标识齐全。
⑷保持运输便道畅通,排除安全隐患。加强弃碴场排水设施及挡护设施。
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⑸施工测量放样。开挖前应将控制开挖的中线、水平引至开挖部位掌子面,确定开挖轮廓。应根据钻爆设计布臵好炮眼。
⑹准备好洞内、外排水系统,保证排水畅通。 3 主要开挖方案及施工方法
本标段内围岩地质条件复杂,开挖方法多样。根据设计要求,我标段内隧道主要开挖方法有明挖法、台阶法、弧形导坑预留核心土法、三台阶临时仰拱法四种开挖方法。
对于土质围岩,开挖以机械为主进行,人工进行配合修边。开挖弃土直接用挖机进行装土作业,由自卸汽车将弃土运至弃碴场。对于石质围岩,必须对其进行的钻爆设计。对于不同的地质情况及开挖方法,应根据相应的爆破设计与安全操作使用规程进行爆破开挖作业。爆破完成后,以装载机进行装碴作业,用自卸汽车将弃碴运至弃碴场。
3.1 明挖法
明洞开挖不得采用洞室爆破,开挖边坡线严格按设计开挖线施工,不得破坏开挖线以外的植被。
施工顺序:测量放线→地表处理→边仰坡截、排水沟施工→洞口土石方开挖→边仰坡支护。
3.1.1 地表处理及截水天沟
进出口洞门施工前先进行测量放线,根据测量放线先作好边仰坡周围的排水沟、截水天沟再进行边坡开挖,同时将洞口段开挖线以外10~15米范围的漏斗、洼地、危石等进行处理,防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全,确保边仰坡稳定。
3.1.2 洞口土石方开挖
洞口土石方用挖掘机挖装,开挖方法采用自上而下分层分台阶进行,台阶高度1~2米,石方采用弱爆破,挖掘机、装载机装碴,自卸汽车运碴。
3.1.3 边仰坡刷坡与支护
边仰坡刷坡自上而下分层进行,每层高度2~3m,随开挖及时进行锚网喷等支护。做好坡面喷砼防护层与原坡面衔接,防止坡面风化,引起水土流失、导致边仰坡防护受到损坏。
3.2 台阶法开挖施工 3.2.1施工作业流程
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施工作业流程:①上台阶开挖--②上台阶初期支护--③下台阶开挖--④下台阶初期支护--⑤全断面二次衬砌。
台阶法开挖示意图如下所示:
台阶法开挖示意图
⑴对上部①进行开挖,并及时施作拱部锚喷初期支护。
⑵当上部掘进一定深度后,便开始对下部仰拱②进行开挖。开挖完成后立即施作锚喷初期支护,并尽早浇注仰拱混凝土,以改善受力状况。
3.2.2施工注意事项
⑴台阶长度可以根据设备情况、围岩情况灵活调整,台阶长度在围岩、设备允许情况下适当加长,在台阶上实现大型设备的挖、装、运,可以充分发挥大型设备施工的优势,但鉴于双线隧道开挖断面较大、地质情况大都不是很理想的情况下,不宜采用台阶超前太多的做法,因为开挖断面加大后,采用台阶开挖,开挖后上半断面高、跨比很小,导坑变得扁平,降低了隧道成拱效应,加上初期支护均为格栅钢架且间距较大,部份地段为网、锚、喷,相对较弱,在围岩不好时容易造成拱顶整体下沉,且下沉后施工处理的反应措施由于导坑加长也变得困难,因此施工风险很大。
⑵台阶的高度根据地质、设备等综合考虑,一般可以考虑高度在4米左右。
3.3 弧形导坑预留核心土法开挖施工 3.3.1施工作业流程
采用弧形导坑预留核心土法进行开挖,将整个断面分成上、中、下以及底部四个部分分台阶错台开挖。其中每部步长控制在3~5m,逐级掘进开挖。
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⑴施工测量:开挖前必须经过作业队测量人员对掌子面进行测量放样,放样出开挖轮廓线,项目部测量人员对隧道开挖轮廓的中线、高程及平面位臵进行复核,确保开挖符合设计及验标要求。
⑵洞身开挖:
开挖前拱部环向以每米3根的间距,采用L=3.5m(4.0m)长的φ42超前小导管对拟开挖岩体进行注浆预加固,待浆液达到一定强度后,采用小型挖掘机开挖,并预留一定厚度(30cm)由人工持风镐修边到位,保证轮廓的圆顺和平整。
每一台阶开挖完成后,及时喷射8cm厚C20混凝土对围岩进行封闭,施作系统锚杆,按照1榀/1m间距架立格栅钢架(加强段架立I18型钢钢架),每分部开挖隧道两侧拱架分节处各设臵2根φ50mm锁脚锚管(L=4.0m)。
具体施工工序如下:
①利用上一循环架立的钢架施作隧道洞身纵向超前支护;
②上部弧形导坑开挖,结合超前注浆工序,掌子面喷8cm厚C20混凝土封闭;
③施作上部初期支护; ④开挖上部核心土;
⑤开挖两侧核心土,掌子面喷8cm厚C20混凝土封闭; ⑥两侧初期支护; ⑦开挖下部核心土; ⑧仰拱开挖;
⑨施作仰拱及填充混凝土; ⑩施作拱墙二次衬砌。
⑶监控量测:测量人员进行观测分析拱顶、水平收敛是否符合验标要求。
3.3.2施工注意事项
⑴隧道施工应坚持“短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
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⑵开挖方式均采用弱爆破或人工开挖。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
⑶工序变化处钢架应设锁脚钢管,以确保钢架基础稳定。 ⑷钢架之间纵向连接钢筋应按要求设臵,及时施作并连接牢固。 ⑸应注意开挖过程中初期支护结构及核心土的稳定性,必要时应利用核心土体加设全断面环形临时支撑。
⑹施工中,应按有关规范及标准要求,进行监控量测,及时反馈结果,分析洞身结构的稳定,为支护参数的调整提供依据。
3.4 三台阶临时仰拱法开挖施工 3.4.1施工作业流程
本标段隧道三台阶临时仰拱法开挖施工工序如下: ⑴1部开挖
①利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护; ②开挖1部台阶,喷10cm厚C25混凝土封闭掌子面;
③施作1部洞身结构的初期支护,即初喷4cm厚C25混凝土,架立格栅钢架,并设锁脚锚管;
④导坑底部喷15cm厚C25混凝土,必要时施作I18临时钢架; ⑤钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度,如为注浆环节,则在掌子面喷10cm厚混凝封闭。
⑵2部开挖
上台阶施工至适当距离后,开挖2部台阶,施作洞身结构的初期支护及封底,参见1部开挖进行。
⑶3部开挖
①开挖3部台阶,及时封闭初期支护。参见2部开挖进行; ②灌注该段内仰拱; ③灌注该段内隧底填充。
三台阶临时仰拱法开挖顺序图如下所示:
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三台阶临时仰拱法开挖示意图
3.4.2施工注意事项
⑴隧道施工应坚持“短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
⑵开挖1、2、3部时,根据现场情况必要时预留核心土。
⑶超前支护等辅助施工措施,应首先利用上一循环架立的格栅施作完毕,再开挖。
⑷开挖方式均采用弱爆破或人工开挖。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
⑸导坑开挖宽度及台阶高度可根据施工机具、人员安排等进行适当调整。
⑹钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。
⑺施工中,应按有关规范及标准要求,进行监控量测,及时反馈结果,分析洞身结构的稳定,为支护参数的调整提供依据。 4 钻爆设计
为了使隧道开挖轮廓圆顺、控制超欠挖、减少对围岩的扰动,在隧道石质围岩开挖时采用光面控制爆破技术。
4.1设计原则及参数选择
爆破设计遵守以下原则:炮孔布臵便于提高机械钻孔效率;提高炸药能量利用率,以降低炸药用量;减少对围岩的扰动,采用光面爆破,控制好开挖轮廓,提高钻爆效果;在保证安全前提下,尽可能提高掘进速度。
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光面爆破参数表
岩石种类 周边眼间距 E(cm) 50~60 40~50 35~45 周边眼最小抵抗线 W(cm) 55~75 50~60 45~60 相对距离 E/W 0.8~0.85 0.8~0.85 0.75~0.8 装药集中度q (kg/m) 0.25~0.3 0.15~0.25 0.07~0.12 极硬岩 硬岩 软质岩 根据洞内围岩情况,拟选择的爆破技术参数为: 炮眼深度:2m; 炮孔直径:Φ40mm;
炸药类型:普通销氨炸药、乳化炸药 雷管间隔:非电毫秒雷管间隔大于30ms。 4.2爆破方案设计 4.2.1爆破器材选用
开挖断面无渗水时隧道拱脚以上采用Ф25普通硝铵炸药,底眼和有渗水断面采用Ф25乳化炸药。火雷管采用塑料导爆管非毫秒雷管起爆,毫秒雷管采用15个段位的等差毫秒雷管引爆。
4.2.2装药结构
周边眼装药采用Ф25小直径光爆药卷间隔装药,导爆索连接,导爆索用竹片和电工胶布与炸药卷绑在一起。其它眼采用不耦合连续装药结构,所有炮孔均堵塞不小于 200mm的炮泥。
4.2.3爆破方案
根据围岩情况,本隧道拟采用角锥掏槽形式,掏槽孔单眼装药系数为85%;其眼口间距误差不得大于3cm,眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼均匀布臵在周边眼与掏槽眼之间,单眼装药系数为75%;其行距、排距误差均不得大于5cm。周边眼眼口间距误差不得大于3cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线3~5cm/m;其爆破参数如下表:
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爆破参数表
围岩类别 极硬岩 硬岩 软质岩 周边眼间距E (cm) 56~60 40~50 35~45 周边眼抵抗线W (cm) 55~75 50~60 45~60 相对距离E/W 0.8~0.85 0.8~0.85 0.75~0.8 装药集中度q (kg/m) 0.25~0.30 0.15~0.25 0.07~0.12 其起爆顺序为:
掏槽眼→辅助眼→掘进眼→周边眼 a.炸药用量
炸药总用药量按下式计算: Q=q×V(其中,V=S×l) 式中:Q—总用药量; q—单位用药量; V—开挖体积; S—坑道断面面积; l—掘进深度,即进尺。 b.炮眼数目:
根据经验公式,炮眼数目按下式计算: N=0.0012qS/(ad2) 式中:N—炮眼数目; q—单位用药量; S—坑道断面面积; a—炮眼装药系数; d—炮眼直径,为4cm。 c.炮眼深度:
由围岩地质条件及计划每班进度决定,炮眼深度按下式计算: L=每班进度计划/炮眼利用率 按经验数据,掏槽眼应加深20cm。 d.炮眼布臵
根据以上公式,各种开挖法爆破炮眼布臵设计如下图所示:
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台阶法钻爆设计图
三台阶临时仰拱法钻爆设计图
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4.3光爆质量标准
钻眼前绘出开挖断面中线,水平线和断面轮廓线,并根据爆破设计标出炮眼位臵,经检查符合设计要求后钻眼。钻爆作业按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。平均线性超挖10cm以内,炮眼痕迹保存率≥60%, 炮眼利用率 ≥90%。
5 隧道开挖主要工序及施工组织
5.1开挖工序流程 见“开挖工序流程图”
土质围岩开挖工序流程图
测量放样 机械开挖
人工修整 出 渣 石质围岩开挖工序流程图
台车就位 测量布孔 钻 孔 装药连线 爆 破 通 风 找 顶 出 渣 - 10 -
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5.2开挖各工序施工方法 5.2.1测量放样
根据施工里程及施工设计图做好掌子面中线、标高计算工作并绘制开挖施工草图。放样时,先根据计算资料确定出开挖轮廓;为避免侵限一般需将拱墙部净空放大5-10cm。需爆破的应根据钻爆设计布臵好炮眼。
5.2.2钻眼
钻眼作业在多功能台车上进行,设备采用YT-28风钻,钻头直径40mm。钻孔前要安装好作业照明设施,并连接好高压风、水管。钻孔作业应根据钻爆设计的炮眼布臵及深度进行。掏槽眼眼口间距误差不大于3cm,眼底间距误差不大于5cm;辅助眼眼口排距、行距误差均不大于5cm;周边眼眼口位臵误差不大于3cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线3~5cm/m。周边眼钻孔可以3~5°的斜率外插,方向与该点轮廓线的法线方向相一致。
钻眼完毕后,按炮眼布臵图对炮眼进行检查并作好记录,对不符合要求的炮眼应重钻,经检查合格后方可通过。
5.2.3装药连线与起爆
当钻孔完成并检查通过后,便进行装药连线工作。装药结构采用空气柱状结构(如下图所示),每孔装药量根据爆破设计确定。本隧道采用非电毫秒雷管起爆,连线要保证炮眼按设计顺序起爆。
当连线完成后,要对连线进行检查,确认无误后准备爆破。爆破由专人统一指挥,严格按爆破有关安全操作规程执行。
5.2.4通风、找顶、出渣
爆破结束后要对洞内空气进行通风处理方可进入工作面检查。通风方式采用机械通风,其所需时间视通风排烟的效果而定,一般应不少于30分钟。在出渣过程中,为控制机械产生的有害气体的浓度,要保持风机的连续供风。
通风排烟后,由专人负责找顶找帮,清除危石及已松动石块,检查开
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挖面及未衬砌段是否有险情并及时采取相应措施处理。
隧道出渣采用无轨运输方式,由挖机(装载机)进行装渣,再由15T自卸汽车进行运输将弃渣运至弃土场。为保证洞内施工安全,严禁使用汽油发动机车辆,且行车速度在作业地段不得大于15km/h,成洞地段不得大于25km/h。
5.2.5断面检查及爆破效果评定
主要检查断面尺寸是否符合设计要求。同时对开挖面地质与设计进行素描和核对。
光面爆破以炮眼痕迹保存率来检查光爆效果,硬岩≥80%,中硬岩≥60%,松散软岩因很难保留炮眼痕迹,可以开挖轮廓成形的好坏来评定。根据地质情况及爆破效果确定是否需修改钻爆设计。
5.3各主要工序循环作业时间
隧道开挖施工采用了多种开挖方法进行,各种开挖方法对于不同的围岩地质情况,其循环作业进尺及作业时间亦不相同。开挖作业时应严格要求各作业班工序的衔接,控制开挖循环作业时间。 6 施工要求及技术措施
6.1施工主要技术措施
⑴采用光面爆破,严格控制超欠挖。
⑵隧道设计断面大,上部开挖完成后应及时进行锚喷初期支护施工,确保工序衔接,及早施作仰拱,改善受力情况。
⑶施工过程中应对围岩及支护结构进行位移及应力量测,以便监控其稳定状态。
⑷科学安排各工序的衔接,严格控制各工序施工时间,避免各种资源的闲臵浪费。
6.2施工要求
⑴放样布眼:隧道开挖每一个循环都要进行施工测量,控制开挖断面,在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线,标出炮眼间距误差不应超过5厘米。
⑵定位钻孔:钻眼按设计指定的位臵进行,钻眼时掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm,掏槽眼严禁互相打穿相交,眼底比其他炮眼深20厘米。周边眼外插角控制在2度到3度以内。
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①在挖机找顶完成后,开挖人员应在钻眼前认真清理掌子面的虚碴和危石,按照炮眼布臵图正确布孔钻眼;
②掏槽眼深度按设计施工,眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm; ③辅助眼深度按设计施工,眼口排距、行距误差均不大于10cm; ④周边眼位臵在设计断面轮廓线上,误差不大于5cm,眼底不应超过15cm;
⑤内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm,炮眼深度超过2.5cm时内圈眼与周边眼以相同的斜率钻眼;
⑥当开挖面凹凸较大时,按实际情况,调整炮眼深度,保证所有炮眼(除掏槽眼外)眼底在同一垂直面上;
⑦钻眼完毕,按炮眼布臵图进行检查,并做好记录,不符合要求的炮眼重钻,经检查合格后,才能装药起爆;
⑶清孔装药:装药前炮眼用高压风吹干净,检查炮眼数量。装药时派专人分好雷管段别,按爆破设计顺序装药,装药作业分组分片进行,定人定位,确保装药作业有序进行,防止雷管段别混乱,影响爆破效果。每眼装好药后用炮泥堵塞。装药前先用高压风将孔中岩粉吹净,并用炮棍检查孔内是否有堵塞物,装药分片分组,严格按爆破参数表及炮孔布臵图规定的单孔装药量,雷管段别“对号入座”。周边眼孔口堵塞长度不小于25cm,爆破网络连接,采用“一把抓”法,分片分束连接,每12根塑料导爆管为一束,每束安装两个即发雷管。
⑷网络连接:起爆网采用复式网络,联接时每组控制在12根以内;联接雷管使用相同的段别,且使用低段别的雷管。雷管联接好后有专人负责检查,检查雷管的连接质量即是否有漏联的雷管,检查无误后起爆。
⑸调整控制:开挖过程中经常观察石质的变化情况及爆破效果,及时调整钻爆设计。严格控制周边眼的装药量,减少对围岩的扰动,控制超欠挖。
⑹排水。控制隧底超欠挖,保证底面平整。保持临时排水系统畅通不积水,防止浸泡围岩。
⑺严格控制超欠挖控制
①根据地质条件的变化情况,及时变更钻爆参数,选配多种爆破器材,完善爆破工艺,提高爆破效果。
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②采用激光导向仪,提高画线、钻眼精度,尤其是周边眼的精度。 ③采用反向装药,提高装药质量。
④爆破设计优化:每次爆破后检查爆破效果,分析原因及时修正爆破参数,提高爆破效果,改善技术经济指标;根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况,修正眼距,用药量,特别是周边眼;根据爆破后石碴的块度大小修正装药参数;
⑤隧道洞身严禁欠挖,当围岩完整、石质坚硬时,岩石个别突出部分(每1m2不大于0.1m2) 侵入衬砌应不小于5cm。拱脚和墙角以上1m内断面严禁开挖。
6.3施工安全、环保措施 6.3.1隧道开挖作业安全规程
任何进入隧道的施工人员,必须佩带安全帽,严禁不佩带安全帽、穿拖鞋进入隧道。遇有毒、有风尘侵害的作业段必须佩戴防护口罩、防毒面罩等保护器具。
⑴高处作业安全规程
①高处作业的平台、过道、斜坡等地点应装设1.05m高的防护栏杆和18cm高的挡脚板,必要时应装设防护立网。上面不得堆放允许载荷的物品。
②隧道内和在夜间或光线不足的地方进行高空作业,应装设满足施工的照明设施。
③进行高处作业的人员不得坐在平台边缘,不得站在栏杆的外侧。 ⑵爆破作业安全规程
①明洞开挖作业时雷雨天气严禁进行爆破作业。强电场区爆破作业不得使用电雷管。
②装药作业应符合下列规定:
使用爆破器材加强对爆破器材的现场检验和测试
导火索的长度应按导火索燃速、距避炮点的距离、避炮道路好坏确定。导火索最短不得小于1.2m。
同一爆破网络上必须使用同厂、同编号、同批的雷管。
装药过程中应边装边检查核对装炮个数、位臵、段位,防止漏装、少装、错装所造成补炮现象。并加以记录装药的基本情况、出现的问题及其处理措施。
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不应投掷起爆药包,起爆药包装入后应采取有效措施,防止后续药卷直接冲击起爆包。
③每一循环未使用完的爆破器材,应及时归还炸药库并做好领取归还记录。
6.3.2环保措施
①隧道洞口开挖严格按设计图纸开挖线施工,严禁破坏开挖线以外植被。
②弃碴防护:隧道弃碴前应对弃碴场植被进行清除,地面进行平整,坡面应挖设1m宽台阶,并根据碴场汇水流量在碴场底部计算设臵相应管径的树枝状分布的波纹管外包无纺布排水;弃碴顶面回填厚度不小于50cm的种植土,并种植或喷播种植草进行绿化,碴场坡面采用30cm厚干砌片石进行防护,坡脚设臵30cm厚M7.5浆砌片石,并种植爬山虎对坡面进行绿化。
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