隧道爆破施工技術(shù)(掏槽爆破光面爆破)講義

1、隧道爆破的基本概念CONTENTS一、 隧道爆破的基本概念二、 隧道爆破器材及起爆方法四、 隧道光面爆破技術(shù)三、 隧道掏槽爆破技術(shù)五、 隧道爆破設(shè)計(jì)一隧道爆破的基本概念一隧道爆破的基本概念隧道爆破的原則：先做出設(shè)計(jì)，在掌子面上布置炮眼，而后根據(jù)設(shè)計(jì)的炮眼深度和方向鉆眼，然后根據(jù)設(shè)計(jì)裝藥量及起爆順序?qū)⒄ㄋ幖安煌?jí)別的雷管裝入炮眼，待做好安全防護(hù)工作后，連接回路并起爆。一般要求：按照爆破順序，最初的幾個(gè)炮眼要形成一個(gè)槽腔，破巖深度取決于掏槽效果。理想的爆破：成功的隧道爆破，應(yīng)該是達(dá)到預(yù)定的進(jìn)尺，掌子面較平整，巖渣塊度適宜裝運(yùn)，輪廓壁面平順，超欠挖在預(yù)定的范圍之內(nèi)，圍巖穩(wěn)定。一隧道爆破的基本概念1

2、主要名詞解釋1.1 掏槽：在開(kāi)挖面的中部，鉆一定數(shù)量的眼，并且超量裝藥，以破碎拋擲巖石，首先形成一個(gè)槽腔，增加自由面，為其他炮眼的爆破增加條件。1.2 光面爆破：使巖體沿開(kāi)挖輪廓線爆除，最大限度少受損傷的爆破技術(shù)。1.3 預(yù)裂爆破：周邊眼在斷面上所有炮眼爆破前先起爆，其工藝與光面爆破基本一樣。1.4 循環(huán)進(jìn)尺：一次開(kāi)挖爆破的隧道進(jìn)尺。1.5 炮眼間距：同一并排同段號(hào)爆破兩相鄰炮眼的中心距離。1.6 抵抗線：通常將藥包中心或重心到最近自由面的最短距離，稱(chēng)為最小抵抗線，一般常用W表示。（最小抵抗線是爆破時(shí)巖石阻力最小的方向，在這個(gè)方向上巖石運(yùn)動(dòng)速度最高，爆破作用也最集中。因而最小抵抗線是爆破作用的

3、主導(dǎo)方向，也是拋擲作用的主導(dǎo)方向。）一隧道爆破的基本概念2 主要名詞解釋2.1 炸藥單耗：1m巖石所需要的炸藥量。2.2 炮眼利用率：實(shí)際循環(huán)進(jìn)尺與炮眼深度之比。2.3 掏槽眼：開(kāi)挖斷面中部，最先起爆的炮眼，可為崩下工作面的巖石為其它炮眼爆破創(chuàng)造條件。（掏槽眼深度應(yīng)比爆破挖掘預(yù)計(jì)工作面向前推進(jìn)距離的設(shè)計(jì)深度大150200毫米，其裝藥量比輔助眼加大15%20%。）2.4 輔助眼：指在掏槽眼與周邊眼之間鉆鑿的炮眼。2.5 周邊眼：布置于四周靠近巖壁的炮眼，其作用是形成輪廓斷面形狀。2.6 底板眼：隧道底邊上的炮眼。一隧道爆破的基本概念3 主要名詞解釋3.1 敏感度：炸藥在外能作用起爆的難易程度，簡(jiǎn)

4、稱(chēng)為敏感度，簡(jiǎn)稱(chēng)感度。3.2 爆力：炸藥爆炸后在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的對(duì)介質(zhì)整體的壓縮、破壞和拋移。其大小主要取決于炸藥爆炸時(shí)生成氣體量和熱量的多少。也是表示炸藥爆炸作功的一個(gè)指標(biāo)。3.3 猛度：炸藥爆炸后對(duì)與其相接觸的物體破碎的能力。炸藥的猛度大小與炸藥爆炸時(shí)能量是否集中釋放出來(lái)有關(guān)，炸藥爆炸完成的時(shí)間愈短，則能量就能集中釋放，對(duì)周?chē)臎_擊力量就愈大，破碎的作用也就愈大。炸藥爆炸完成的時(shí)間長(zhǎng)短，取決于炸藥的爆速。由此可知，影響炸藥猛度的主要是爆速。3.4 爆速：爆轟波在炸藥中穩(wěn)定傳播的速度，是衡量炸藥爆炸性能的重要示性數(shù)。爆速，是爆炸火焰或其化學(xué)反應(yīng)在藥?kù)膬?nèi)傳遞速度稱(chēng)為爆速，依炸藥成份不同而不同二隧

5、道爆破器材及起爆方法二隧道爆破器材及起爆方法起爆方法：火雷管起爆法電雷管起爆法塑料導(dǎo)爆管非電雷管起爆法混合起爆法常用起爆器材：火雷管導(dǎo)火索電雷管塑料導(dǎo)爆管非電雷管二隧道爆破器材及起爆方法1.導(dǎo)火索起爆法： 所需器材：雷管、主導(dǎo)爆索、炮眼導(dǎo)爆索。 原理：用雷管首先引爆主導(dǎo)爆索，然后引爆炮眼導(dǎo)爆索，引起炸藥的爆炸。2.電雷管起爆法： 所需器材：起爆電源、導(dǎo)線、電雷管。 原理：利用電能首先引起電雷管的爆炸，然后再引爆工業(yè)炸藥。 電雷管分為瞬發(fā)電雷管和延期電雷管，后者又分為秒延期電雷管和毫秒延期電雷管。二隧道爆破器材及起爆方法3.塑料導(dǎo)爆管非電起爆法： 所需器材：擊發(fā)元件、傳爆元件、起爆元件、連接元件

6、。 優(yōu)點(diǎn)：抗雜電、操作簡(jiǎn)單、使用安全可靠、成本較低等。 塑料導(dǎo)爆管常用的起爆網(wǎng)絡(luò)連接方式：簇聯(lián)法和并聯(lián)法。三隧道掏槽爆破技術(shù)三隧道掏槽爆破技術(shù)概 述 隧道爆破開(kāi)挖成敗關(guān)鍵是掏槽技術(shù)。掏槽的成功與否直接影響爆破效果，直接影響隧道掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺。 隧道開(kāi)挖時(shí)，只有一個(gè)臨空面，為給其它炮眼創(chuàng)造新的臨空面，必須先在開(kāi)挖面上炸出一個(gè)槽子，這個(gè)在開(kāi)挖面上炸出一個(gè)槽子的過(guò)程就叫做掏槽，這個(gè)槽子內(nèi)的炮眼就叫做掏槽炮眼。三隧道掏槽爆破技術(shù)1 楔形掏槽 由數(shù)對(duì)（一般為24對(duì)）對(duì)稱(chēng)的相向傾斜的炮眼組成，爆破后形成楔形的槽子。爆力比較集中，爆破效果較好，掏出的槽子體積較大，適應(yīng)各種不同堅(jiān)固程度的巖層。楔形掏槽根據(jù)巖層

7、層理不同，分成水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽兩類(lèi)。三隧道掏槽爆破技術(shù)1.1 水平楔形掏槽：適用于層理接近于水平或傾斜平緩層面、裂縫和夾層的圍巖或均勻整體的圍巖。水平楔形掏槽炮眼布置三隧道掏槽爆破技術(shù)1.2 垂直楔形掏槽：適用于層理大致垂直或傾斜的各種巖層。因?yàn)樗乃信谘鄱际墙咏降?，鉆鑿方便，利用和裝碴同時(shí)平行作業(yè)，應(yīng)用比較廣泛。其主要形式有普通、剪式和層狀三種， (a)普通 (b)剪式 (c)層狀三隧道掏槽爆破技術(shù)2 掏槽形式的選定 2.1 掏槽選定的條件 由以下幾方面條件考慮決定：（1）開(kāi)挖斷面的大小及寬度；（2）地質(zhì)條件；（3）機(jī)具器材條件；（4）鉆眼爆破技術(shù)水平；（5）開(kāi)挖技術(shù)要求等。

8、 2.2 直眼掏槽與斜眼掏槽的選用條件 根據(jù)以上條件把兩大類(lèi)掏槽適用條件加以對(duì)比，如下表。三隧道掏槽爆破技術(shù)序號(hào)直眼掏槽斜眼掏槽1大小斷面均可以，小斷面更優(yōu)越大斷面較適用2韌性巖層不適用對(duì)各種地質(zhì)條件均適用3一次爆破深度可以較大受隧道寬度限制，不宜太深（5m）4技術(shù)要求高，鉆眼精度影響大相對(duì)來(lái)說(shuō)可稍差些5炸藥用量較多相對(duì)較少些6需用雷管段數(shù)多需用雷管段數(shù)少7鉆眼互相干擾少鉆眼時(shí)，鉆機(jī)干擾大8渣堆較集中拋渣遠(yuǎn)，易打壞設(shè)備直眼掏槽與斜眼掏槽的適用條件 三隧道掏槽爆破技術(shù)3 大斷面中深眼掏槽爆破技術(shù) 大斷面的判別標(biāo)準(zhǔn)較多，目前主要按照國(guó)際隧道協(xié)會(huì)的判別標(biāo)準(zhǔn)為主，其判別標(biāo)準(zhǔn)如下：超小斷面（S100）、

9、 中深眼也沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，一般將炮眼深度1.53.5m定為中深眼。（其斷面積約在60m2的范圍內(nèi)）。大斷面中深眼隧道爆破有以下幾種掏槽類(lèi)型：四隧道光面爆破技術(shù)四隧道光面爆破技術(shù) 定義：光面爆破是指通過(guò)正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，分區(qū)分段微差爆破，達(dá)到爆破后輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，臨空面平整規(guī)則的一種控制爆破技術(shù)。（其特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線上鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的光爆孔，并采用不耦合裝藥或其他特殊的裝藥結(jié)構(gòu)，在開(kāi)挖主體爆破后，光爆孔內(nèi)的裝藥同時(shí)起爆，從而形成一個(gè)貫穿光爆炮孔且光滑平整的開(kāi)挖面。 ） 光面爆破（包括預(yù)裂爆破）區(qū)別于普通爆破的主要特點(diǎn)是： 輪廓成型規(guī)整，符合設(shè)計(jì)斷面的輪廓

10、要求， 圍巖保持穩(wěn)定，不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂隙。 創(chuàng)造舒適安全的施工條件，能加快施工進(jìn)度。四隧道光面爆破技術(shù) 1 光面爆破作用機(jī)理爆破時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓氣體作用在眼壁上，炮眼周?chē)膸r石受到強(qiáng)烈的壓縮而破碎，粉碎圈以外的巖石在壓縮波作用下產(chǎn)生徑向裂縫，當(dāng)壓縮波傳到自由面時(shí)，因彈性能的釋放又以拉伸波的形式向反方向傳播，此二拉伸波在其傳播過(guò)程中把巖石拉成切向裂縫，將巖體拉成巖塊，剩余氣體的壓力把巖塊從巖體中拋擲出去，形成相互作用的爆破漏斗。 四隧道光面爆破技術(shù) 2 預(yù)裂爆破成縫機(jī)理2.1 成縫機(jī)理 爆破時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波向眼壁四周傳播。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生以眼軸為中心的放射短裂縫，其

11、沖擊的高溫高壓氣體進(jìn)入裂縫內(nèi)，使它們擴(kuò)展。由于眼與眼之間存在的空眼導(dǎo)向作用，使眼中心連線方向的裂縫得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，最后形成貫通裂縫。 炮眼直徑、眼距、裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)等選擇適當(dāng)，爆破后就能沿炮眼中心連線方向形成一定寬度的裂縫。這就是應(yīng)力波和高溫高壓氣綜合作用的結(jié)果。預(yù)裂縫的形成過(guò)程如圖所示。 四隧道光面爆破技術(shù) 預(yù)裂縫形成過(guò)程 四隧道光面爆破技術(shù) 2.2基本技術(shù)要求（1）預(yù)裂縫應(yīng)達(dá)到一定的寬度，通常不宜小于1cm，以便在立體爆破時(shí)能有效地削減應(yīng)力波的強(qiáng)度，減少對(duì)保留區(qū)圍巖產(chǎn)生的破壞。（2）預(yù)裂壁面要求比較平整，有效地做到避免欠挖，控制超挖。（3）預(yù)裂壁面上應(yīng)完整地留下半個(gè)炮眼痕跡，炮眼壁上沒(méi)

12、有或很少出現(xiàn)爆破裂隙。炮眼痕跡保存率至少達(dá)到50%以上。 四隧道光面爆破技術(shù) 3 光面、預(yù)裂爆破的主要參數(shù) 普通光面爆破就是將周邊眼范圍內(nèi)的巖石爆下來(lái)，成型規(guī)整輪廓壁面并盡可能多保留半邊眼痕跡和減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。 “爆下來(lái)”主要與裝藥集中度（q）和最小抵抗線（W）有關(guān)； “成型規(guī)整”主要與炮眼間距（E）炮眼密集系數(shù)（mE/W）、最小抵抗線有關(guān)； “保留半邊眼痕跡和減少?lài)鷰r擾動(dòng)”主要與不偶合系數(shù)（D=d炮眼/d炸藥）有關(guān)。 影響光面爆破效果的主要參數(shù)應(yīng)是：炮眼間距（E）、周邊眼密集系數(shù)（m）、最小抵抗線（W）、不偶合系數(shù)（D）和裝藥集中度（q）。它們之間是相互有聯(lián)系的。四隧道光面爆破技術(shù) 預(yù)裂爆

13、破就是沿周邊眼先炸開(kāi)一個(gè)規(guī)整的裂縫面，主體爆破對(duì)減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，爆破后保留半邊眼痕跡。 “炸開(kāi)一個(gè)規(guī)整的裂縫面”主要與裝藥集中度（q）和炮眼間距（E）有關(guān)； “保留半邊眼痕跡和減小圍巖松動(dòng)”主要與不偶合系數(shù)（D）有關(guān)。 這樣，影響預(yù)裂爆破效果的主要參數(shù)應(yīng)是：炮眼間距（E）、不偶合系數(shù)（D）和裝藥集中度（q）。 四隧道光面爆破技術(shù) 4 光面、預(yù)裂爆破的設(shè)計(jì)方法 光面、預(yù)裂爆破的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該查閱工程圖紙及資料，如隧道地質(zhì)縱斷面圖，隧道施工設(shè)計(jì)文件，施工機(jī)具及爆破材料。而后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、施工要求綜合考慮，通過(guò)一兩次的試爆，確定光爆參數(shù)。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：周邊眼的間距E、炮眼密集系數(shù)（或稱(chēng)相對(duì)距離）

14、m、最小抵抗線W、不偶合系數(shù)D、裝藥集中度q、裝藥結(jié)構(gòu)及起爆方式等。 具體設(shè)計(jì)方法：工程類(lèi)比法、理論計(jì)算方法、半經(jīng)驗(yàn)半試驗(yàn)確定法等。四隧道光面爆破技術(shù) 4.1 工程類(lèi)比法 參照類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)其工程的具體條件，確定有關(guān)參數(shù)的方法。采用此法，應(yīng)根據(jù)具體工程條件，對(duì)照綜合考慮確定之。1、地質(zhì)條件；2、炸藥種類(lèi)；3、開(kāi)挖斷面的大小及形狀；4、鉆眼機(jī)具設(shè)備；5、開(kāi)挖方法（全斷面一次爆破成型，預(yù)留光面層）。爆破參數(shù)選出后，經(jīng)過(guò)兩三次試炮確定之。四隧道光面爆破技術(shù) 4.2 理論計(jì)算方法 光面爆破參數(shù)的計(jì)算，各個(gè)系統(tǒng)有其自己的經(jīng)驗(yàn)公式，但尚不夠系統(tǒng)化。有的是建立在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的，有的是在

15、臺(tái)階爆破的基礎(chǔ)上加以修正用于隧道爆破，但都有一些局限性。一般采用巖石爆炸力學(xué)計(jì)算方法。 基本思想是：炸藥在眼中爆炸時(shí)，使作用在眼壁的壓力小于其巖石的抗壓強(qiáng)度。4.3 半經(jīng)驗(yàn)、半試驗(yàn)確定法 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)爆破漏斗理論，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有限次數(shù)的單孔及三孔爆破漏斗試驗(yàn)確定光面、預(yù)裂爆破參數(shù)，是目前比較科學(xué)的有實(shí)用價(jià)值的光面爆破和預(yù)裂爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，即半經(jīng)驗(yàn)、半試驗(yàn)法。五隧道爆破設(shè)計(jì)五隧道爆破設(shè)計(jì) 概 述 隧道開(kāi)挖中，爆破包括有導(dǎo)坑爆破，分部開(kāi)挖爆破、軟巖隧道減輕地震動(dòng)控制爆破、斷層破碎帶控制爆破、中硬巖和硬巖全斷面深眼爆破等，它們的設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)文件的編制等是不盡相同的。五隧道爆破設(shè)計(jì) 1

16、爆破設(shè)計(jì)1.1 炮眼布置（1）炮眼數(shù)目的確定 計(jì)算確定炮眼數(shù)目：N=qS/(r) 查表確定炮眼數(shù)目N。（2）炮眼布置 先布置掏槽眼。然后根據(jù)地質(zhì)情況及開(kāi)挖斷面的大小均勻布置輔助眼和周邊眼。導(dǎo)坑斷面較大時(shí)，可根據(jù)上稀下密、周邊適當(dāng)加眼、中部均勻分布的原則布置輔助眼和周邊眼。五隧道爆破設(shè)計(jì) （3）炮眼直徑與炮眼深度的確定 炮眼直徑的確定 1）對(duì)大小直徑炮眼進(jìn)行試爆比較 2）對(duì)不同直徑藥卷與炮眼利用率及炮眼 裝填系數(shù)進(jìn)行試爆 3）確定炮眼直徑 合理炮眼深度的確定 研究對(duì)炮眼深度影響的相關(guān)因素，如巖石、 炸藥、炮眼深度與炮眼利用率 的關(guān)系等，采 用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值，試爆值和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。五隧道爆破設(shè)計(jì) 1.2 裝藥量 （1）單位炸藥消耗量的確定 考慮炮眼深度對(duì)單位炸藥消耗量的影響 、單位炸藥消耗量與炮眼利用率 ；參照國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的定額確定或根據(jù)單位耗藥量的計(jì)算。（2）總裝藥量的計(jì)算 Q=qLS（kg） 式中Q 一次（一個(gè)循環(huán)）爆破總裝藥量，kg； q 單位巖石爆破炸藥消耗量，kg/m； L 炮眼深度或循環(huán)設(shè)計(jì)進(jìn)尺，m； S 導(dǎo)坑斷面積，m2。 （3）炸藥