隧道爆破技术.ppt

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公路隧道爆破,第三部分,地下工程系刘勇,隧道施工爆破概述,炮眼的种类及作用,掏槽眼布置,隧道爆破参数及炮眼布置,周边眼的控制爆破,钻爆施工,一、隧道的基本概念,第一节隧道爆破施工概述,二、围岩分级,隧道的定义隧道的分类隧道施工方法,以围岩的稳定性为基础的分级方法岩石强度完整性,三、岩石隧道爆破特点,临空面少要求高地质条件复杂,第二节炮眼的种类及作用,掏槽眼辅助眼周边眼,图5-1炮眼布置图,一、掏槽眼,针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置（一般在中央偏下部）布置几个装药量较多的炮眼,如图5-1中的红色炮眼。

其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。

二、辅助眼,位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。

如图5-1中的黑色炮眼。

其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。

三、周边眼,周边眼（perimeterhole）。

沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。

如图5-1中的蓝色炮眼。

其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。

按其所在位置的不同，又可分为帮眼、顶眼、底眼。

一、斜眼掏槽,第三节掏槽眼布置,斜眼掏槽（inclinecut）的特点是掏槽眼与开挖断面斜交，它的种类很多，如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单向掏槽等。

隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。

单向掏槽,由数个朝同一方向倾斜的炮眼组成。

适用于隧道断面内有软弱夹层、层理、节理和裂隙时。

单向掏槽法可根据巷道断面大小或软夹层的厚度不同，布置一排或两排掏槽眼。

掏槽眼的倾斜角度一般为5070，岩石坚固程度高，角度取小值,

（一）斜眼掏槽布置形式,（a）顶部掏槽（b）底部掏槽（c）侧向掏槽（d）扇形掏槽,楔形掏槽,由两排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成一个楔形槽。

楔形掏槽的分类及适用条件,分为：

水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽水平楔形掏槽适用于岩层为水平层理时。

垂直楔形掏槽适用于中硬以上的均质岩石,（a）垂直楔形掏槽（b）水平楔形掏槽,垂直楔形掏槽爆破参数,掏槽数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出。

掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，岩堆分散。

楔形掏槽的特点,b,L=0.50.7B,B,为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽,复式楔形掏槽,锥形掏槽,这种炮眼呈角锥形布置，各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，眼底趋于集中，但互相并不贯通，爆破后形成锥形槽。

根据掏槽炮眼数目的不同分为三角锥、四角锥、五角锥等。

（a）三角锥（b）四角锥（c）五角锥,锥形掏槽,锥形掏槽爆破参数,斜眼掏槽具有操作简单，精度要求较直眼掏槽低，能按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，易把岩石抛出，掏槽眼的数量少且炸药耗量低等优点。

优点,眼深易受开挖断面尺寸的限制，不易提高循环进尺，也不便于多台凿岩机同时作业。

缺点,

（二）斜眼掏槽的优缺点,二、直眼掏槽,直眼掏槽（cylindercut）由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，掏槽深度不受围岩软硬和开挖断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业、深眼爆破和钻眼机械化，从而为提高掘进速度提供了有利条件。

（一）直眼掏槽的布置形式,柱状掏槽,（a）菱形布置（b）楔形布置（c）三角形布置,它是充分利用大直径空眼作为临空孔和岩石破碎后的膨胀空间，使爆破后能形成柱状槽口的掏槽爆破。

作为临空孔（freehole）的空眼（busterhole）数目，视炮眼深度而定:

一般当孔眼深度小于3.0m时采用一个；当孔眼深度为3.0m3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5m5.15m时采用三个。

试验表明：

第一个起爆装药孔离开临空孔的距离应不大于1.5倍的临空孔直径。

螺旋形掏槽,螺旋形掏槽是由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空眼，邻近空眼的各装药眼至空眼之间的距离逐渐加大，其连线呈螺旋形，并且由近及远依次起爆,a=（1.01.5）Db=（1.22.5）Dc=（3.04.0）Dd=（4.05.0）D,D为钻孔直径，一般不小于100mm,

（二）直眼掏槽的特点,适用于中硬岩层或坚硬岩层适宜采用中深孔爆破凿眼效率高炮眼利用率高抛掷距离短耗药量大要求严格,（三）影响掏槽效果的因素,眼距,最先一段起爆的炮眼与空眼的距离,空眼直径、眼距与岩石爆破效果关系,隧道局的建议公式,一般情况下不大于空眼直径的2倍常用的空眼直径为102mm，眼距采用1820cm,空眼数目,空眼数目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空眼数目越多。

装药,装药长度占全眼长的7090%,辅助抛掷,将空眼加深100200mm，并在空眼底部放12卷炸药。

钻眼质量,（四）直眼掏槽实例,雷公尖、大瑶山隧道,灰黑色厚层加中厚层隐晶质灰岩，级围岩。

开挖断面100m2左右，钻眼深度5.15m。

装药眼直径48mm，中空眼直径102mm,花果山隧道,致密块状的花岗岩，级围岩。

开挖断面100m2左右，钻眼深度3.9m和5.15m。

装药眼直径48mm，中空眼直径102mm,瑞典样板掏槽,三、混合掏槽,混合掏槽是指两种以上的掏槽方式的混合使用，一般在岩石特别坚硬或隧道开挖断面较大时使用。

四、减轻地震动掏槽,为了减少掏槽眼的爆破震动，经常采用特殊掏槽形式。

复式楔形掏槽,混合掏槽,直眼分层掏槽,增加空眼直眼掏槽,五、竖井掏槽爆破,圆锥形深眼掏槽,大直径空眼掏槽,一、隧道控制爆破的分类,第四节周边眼的控制爆破,光面爆破,预裂爆破,光面爆破是指延开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，已形成平整的轮廓面的爆破作业。

预裂爆破是指延开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，已形成平整的轮廓面的爆破作业。

二、光面爆破与预裂爆破的关系,相同点,区别,孔距必须与最小抵抗线相匹配采取不耦合装药或装填低威力炸药同组光爆孔（预裂孔）同时起爆,起爆顺序不同装药量不同,三、光面爆破与预裂爆破的成缝机理,爆炸后围岩的静压力场,应力集中的预裂效应,爆轰气体的楔入效应,四、隧道光面爆破,控制标准,开挖轮廓成形规则，岩面平整围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹无明显的爆破裂缝超欠挖符合规定要求,设计参数,周边眼间距,一般取Ki=1018,在不偶合装药的前提下，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。

即,光爆层厚度及炮眼密集系数,一般取K=0.8,所谓光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。

其厚度就是周边眼的最小抵抗线W。

周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系，通常以周边眼的密集系数K（K=E/W）表示，其大小对光面爆破效果有较大影响。

装药不耦合系数,一般取装药不耦合系数25,合理的不耦合系数应使爆炸后作用在孔壁上的压力低于岩石的动抗压强度，而高于其动抗拉强度。

装药量,在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15kg/m0.25kg/m,全断面一次起爆时，一般可达0.30kg/m0.35kg/m。

周边眼的装药量通常以线装药密度表示。

施工中应根据孔距、光面层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。

表5-6光面爆破一般参考数值,五、隧道预裂爆破,控制标准,不平整度不超过15cm保存有80%90%以上的半面炮眼痕迹无明显的爆破裂缝,设计参数,表5-8预裂爆破参数,一、隧道爆破参数的确定,第五节隧道爆破参数及炮眼布置,炮眼直径炮眼数目炮眼深度装药量,炮眼直径,炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。

加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善。

但炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩稳定性一般隧道的炮眼直径在32mm50mm之间,炮眼数目,炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。

炮眼数量应能装入设计的炸药量，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算,式中：

N炮眼数量，不包括未装药的空眼数；q单位炸药消耗量，一般取q=1.2kg/m32.4kg/m3；S开挖断面积，m2；装药系数每米药卷的炸药重量（kg/m）,第一种方法,第二种方法,首先计算周边眼数量N1和装药量Q1,式中：

Bl隧道开挖断面周长；B隧道开挖宽度a周边眼间距；L1周边眼钻孔平均深度1周边眼每米药卷的炸药重量（kg/m）,其次计算总的装药量,然后计算掏槽眼和辅助眼数量,式中：

L炮眼的平均深度L2辅助眼和掏槽眼的平均深度2辅助眼和掏槽眼每米药卷的炸药重量（kg/m）2辅助眼和掏槽眼的装药系数炮眼利用率，一般取0.80.95,第三种方法,首先计算掏槽眼数量N1和装药量Q1,其次计算周边眼数量N2和装药量Q2,然后计算周边眼数量N3和装药量Q3,最后计算炮眼数量N和装药量Q,一、隧道爆破参数的确定,第五节隧道爆破参数及炮眼布置,炮眼深度,炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。

合适的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。

对于斜眼掏槽，由于施工原因和岩石的夹制作用，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.50.7倍，当围岩条件好时，采用较小值。

按开挖断面跨度确定炮眼深度,L=（0.50.7）B,按每掘进循环的进尺数来确定,按每掘进循环中所占时间来确定,目前常用的炮眼深度为1.8m2.5m,装药量的计算,合理的药量应根据所使用的炸药的性能和质量、地质条件、开挖断面尺寸、临空面数目、炮眼直径和深度及爆破的质量要求来确定。

目前多采取先用体积公式计算出一个循环的总用药量，然后按各种类型炮眼的爆破特性进行分配，再在爆破实践中加以检验和修正，直到取得良好的爆破效果为止的方法。

式中：

Q个爆破循环的总用药量，kg;q爆破每立方米岩石所需炸药的消耗量，kg/m3;,二、炮眼的布置,布置原则,先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼,掏槽眼一般应布置在开挖面中央偏下部位，其深度应比其它眼深15cm20cm。

为爆出平整的开挖面，除掏槽和底部炮眼外，所有掘进眼眼底应落在同一平面上。

底部炮眼深度一般与掏槽眼相同。

周边眼应严格按照设计位置布置,断面拐角处应布置炮眼。

周边眼设计位置应考虑0.030.05的外插斜率。

保证光爆层的合理厚度,靠近周边眼的辅助眼分布均匀。

当炮眼的深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有相同的倾角。

层状岩层炮眼方向应尽量垂直于层理面。

布置方式,直线形布置,形式简单且易掌握，同排炮眼的最小抵抗线一致，间距一致，前排眼为后排眼创造临空面，爆破效果较好。

布置方式,多边形布置,这种布眼是围绕着掏槽部位，由里向外，将炮眼逐层布置成正方形、长方形、多边形等,弧形布置,顺着拱部轮廓线，逐圈布置炮眼。

此外，还可将开挖面上部布置成弧形，下部布置成直线形，以构成混合型布置,圆形布置,当开挖面为圆形时，炮孔围绕断面中心逐层布置成圆形。

这种布孔方式，多用在圆形隧道、泄水洞以及圆形竖井的开挖中,一、隧道开挖方法,第六节钻爆施工,全断面开挖法台阶开挖法导坑法分部开挖法,钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要环节，包括钻孔、装药、堵塞和爆破后可能出现的问题处理等,二、钻爆施工,钻眼,钻眼设备,气腿式凿岩机,三臂凿岩台车,支腿式全液压凿岩机,钻眼施工注意事项,

（1）必须标出掏槽眼和周边眼的位置，严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和眼径进行钻眼

（2）湿式凿岩,装药,装药前一定要清孔使用木质或竹制炮棍注意保护起爆装置,堵塞,禁止无堵塞爆破,堵塞材料,一般为砂子和粘土混合物，其比例大致为砂子50%40%，粘土50%60%。

堵塞长度,当炮眼直径为25mm或50mm时，堵塞长度不能小于18cm和45cm。

和最小抵抗线有关，通常取0.20.5W,起爆,注意爆破安全，发布三次信号,第一次：

清场第二次：

起爆第三次：

解除,起爆,爆后检查与处理,检查危石、塌方、盲炮、支护破坏情况,一、隧道爆破的设计程序,第六节隧道爆破设计,1、准备阶段,隧道开挖断面工程地质施工方案爆破技术要求,查阅相关设计图,了解工程概况,工期安排循环进尺施工机械,查阅并了解施工组织设计情况,实地考察,爆破器材的选型及订购,小型的爆破试验,2、设计阶段,确定开挖方案、循环进尺、炮眼直径查阅类似工程资料初步设计现场试爆修改设计,二、隧道爆破设计文件的编制,1、炮眼布置图,炮眼间距抵抗线总的断面尺寸起爆顺序掏槽眼要单独画图,2、装药参数表,3、设计说明,设计依据适用条件施工要求及注意事项机具及材料的有关说明安全要求,4、必要的附图,装药结构图爆破网路连接图钻眼分工顺序图装药分工顺序图,