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1、隧道是人们利用地下空间的一种形式，被广泛应用于铁路、公路、水利、水电、矿山、市政、人防等部门，在国家经济建设中起着重要的作用。,隧道爆破施工技术,目前，钻爆法由于对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工。钻爆法仍是隧道掘进的主要手段。,隧道爆破一般采用小孔径的钻眼爆破，其钻眼、装药、堵塞、爆破等施工操作具有以下特点：1.由于滴水、潮湿空气、照明、通风和洞内气温、噪音、粉尘等的影响，钻眼爆破作业条件差；,2.爆破的临空面少，岩石的夹制作用大，耗药量大，不能充分发挥爆破效果。3.对钻眼爆破质量要求较高。既要使隧道方向正确，满足精度要求；又要使爆破后隧道
2、断面达到设计标准，不能超挖过大。爆破时要预防飞石崩坏支架、风管、水管、电线等，爆落岩石块度要均匀，便于装碴运输。,第一节 隧道爆破设计,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、钻眼机具和爆破器材等做好钻爆设计。合理地确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序，安排好循环作业等，以正确指导钻爆施工，达到预期的效果。,一、炮眼的种类和作用 隧道开挖爆破的炮眼数目，与隧道断面的大小有关，多在几十至数百范围内。炮眼类型按其所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可分为如下几种：掏槽眼、辅助眼、周边眼,1.掏槽眼。在开挖断面的适当位置（一般在中
3、央偏下部)布置几个装药量较多的炮眼,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。,2.辅助眼。位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。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。,3.周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。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（3#眼）、顶眼（4#眼）、底眼（5#眼）。,爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条件，直接影响循环进尺和掘进效果；周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。,二、掏槽形式和参数 掏槽效果的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败。根据掏槽
4、眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类:,斜眼掏槽 斜眼掏槽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、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等。,(1)楔形掏槽。掏槽眼水平成对布置（图51），爆破后将炸出楔形槽口。表5-1列出一些经验数据供参考。,表5-1 楔形掏槽爆破参数,(2)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。图5-2所示为四角锥形掏槽。,斜眼掏槽具有操作简单，精度要求较直眼掏槽低，能按岩
5、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。但是，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。,斜眼掏槽的特点,表5-2 锥形掏槽爆破参数,直眼掏槽 直眼掏槽(cylinder cut)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。,由于直眼掏槽凿岩作业较方便，不需随循环进尺的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼的深度，且石碴的抛掷距离也可缩短，目前现场多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量要增多，对眼距、装
6、药等要求严格，往往由于设计或施工不当，使槽内的岩石不易抛出或重新固结而降低炮眼利用率。,1直眼掏槽形式 直眼掏槽形式很多，过去常用的有：菱形掏槽，五眼梅花掏槽和螺旋掏槽。近年来，由于重型凿岩机械的使用，尤其是能钻大于100mm直径炮孔的液压钻机投入施工以后，直眼掏槽的布置形式有了新发展，目前常用的形式有：,柱状掏槽。如图5-3所示。,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。作为临空孔的空眼数目，视炮眼深度而定，一般当孔眼深度小于3.0m时采用一个；0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
7、：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，其联线呈螺旋形状，如图5-4所示。,装药眼与空眼之间的距离分别为a=(1.01.5)D；b=(1.22.5)D；c=(3.04.0)D；d=(4.05.0)D.D为钻孔直径，一般不小于100mm，也可用60mm70mm的钻头钻成8字形双空。爆破按1、2、3、4由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。,2影响直眼掏槽效果的因素 直眼掏槽以空眼作为增加的临空面，利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎，并借助爆破产生气体的
8、余能将已破碎的岩石从槽腔内抛出，在直眼掏槽中应注意以下几点：,眼距。空眼与装药眼之间的距离。当用等直径炮孔时，此距离一般随岩性不同而变动，变动范围为炮眼直径的24倍；当采用大直径空眼时，眼距不宜超过空眼直径的两倍。由于掏槽效果对眼距变化很敏感，往往眼距稍大会造成掏槽失败或效果降低，而眼距过小不仅钻眼困难，还容易发生槽内岩石被挤实现象。,空眼。空眼不仅起着自由面和破碎岩石发展的导向作用，同时为槽内岩石破碎提供一个膨胀的空间。所以，增加空眼数目，能获得良好的效果，一般随眼深加大，空眼数也相应增多。装药。直眼掏槽一般都是过量装药，装药长度占全眼长的70%90%，如果装药长度不够，易发生“挂门帘”和“
9、留门坎”现象。当眼深大于2.5m 时易产生沟槽效应，应采取相应措施防止爆轰中断。,辅助抛掷。直眼掏槽的关键是把槽内已破碎岩石抛出槽腔，当眼深在2.0m以上时，可采用辅助抛掷措施。一般是将空眼加深100200mm，并在眼底放一卷炸药，在掏槽眼全部起爆后接着起爆。,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。,三、隧道爆破的参数设计 3.1炮眼直径一般隧道的炮眼直径在32mm50mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%15%。必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等综合分析，合理选用孔径。,3.2炮眼数量 炮眼数量主要与开挖断面、炮眼
10、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，其公式为：,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，即装药长度与炮眼全长的比值，可参考表5-3；每米药卷的炸药重量（kg/m）,2号岩石铵梯炸药的每米重量 见表5-4；,表5-3 装药系数值,表5-4 2号岩石铵梯炸药每米重量值,3.3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。目前较多采用的炮眼深度为1.2m1.8m，中
11、深孔2.5m3.5m,深孔3.5m5.15m。,3.4装药量的计算及分配 眼装药量的多少，是影响爆破效果的重要因素。药量不足，会出现炸不开，炮眼利用率低和石碴块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和机械设备，使抛碴过散，对装碴不利，且增加了洞内有害气体，相应地增加了排烟时间和供风量等。,计算总用药量Q的公式为：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,V一个循环进尺所爆落的岩石总体积，见表5-6；,V=lS,m3；l计划循环进尺m；S开挖面积,m2。总的炸药量应分配到各个炮孔中去，由于各炮眼的作用及受到岩石夹制情况不同，装药数量亦不同，通常按
12、装药系数进行分配，值可参考表5-3取值。,表5-6 爆破岩石所需的单位耗药量（kg/m3）（2号岩石铵梯炸药）,四、炮眼的布置 布置原则：1.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。,2.周边眼应严格按照设计位置布置。周边眼设计位置应考虑3%5%的外插斜率。并应使前后两排炮眼的衔接台阶高度（即锯齿形的齿高）最小为佳。此高度一般要求为10cm左右，最大也不应大于15cm。,3.辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题，这可以由施工经验决定，一般抵抗线W约为炮眼间距的60%80%，并在整个断面上均匀排列，当采用2
13、号岩石铵梯炸药时，W值一般取0.6m0.8m。,第二节 周边眼的控制爆破,一、隧道的光面爆破 1.隧道光面爆破的特点与标准 光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后，才爆周边孔，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。,其主要标准为：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，围岩壁上无危石等。,2.隧道光面爆破的主要参数 光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括：周边炮眼的间距，光面爆破层的厚度，周边眼密集系数和装
14、药集中度等。影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备等。,其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，通常是采取简单的计算并结合工程类比加以确定，在初步确定后，一般都要在现场爆破实践中加以修正改善。(1)周边炮眼间距E。,一般周边炮眼间距E=（1018）d；当炮眼直径为32mm40mm时，E=320mm700mm。一般情况软质或完整的岩石E宜取大值，隧道跨度小、坚硬和节理裂隙发育的岩石E宜取小值，装药量也需相应减少。,(2)光面层厚度及炮眼密集系数E/W。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
15、抗线W（如图510）。,必须保证周边炮眼间距E最小抵抗线W。实践表明，K=0.8左右较为适宜，光面层厚度W一般取50cm80cm。,(3)装药量。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏。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。,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，为尽量减少残眼，需适当增加，一般可达0.30kg/m0.35kg/m。,3.隧道光面爆破的技术措施 为了获得良好的光面爆破效果，可采取以下技术措施：(1)使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好
16、、爆炸威力大的炸药。,(2)采用不偶合装药结构。光面爆破的不偶合系数最好大于2,但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。,(3)严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。(4)严格控制装药集中度。为克服眼底岩石的夹制作用，通常在眼底需加强装药。,表5-7给出了光面爆破一般参考数值和国内部分隧道光面爆破设计参数（表5-7、5-9适用于炮眼深度1.03.5m，炮眼直径4050mm，药卷直径2025mm）。,表5-7 光面爆破一般参考数值,二、隧道预裂爆破 预裂爆破是由于
17、首先起爆周边眼，在其它炮眼未爆破之前先沿着开挖轮廓线预裂爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝而得名。预裂爆破的爆破目的同光面爆破，只是在炮眼的爆破顺序上，光面爆破是先引爆掏槽眼，再引爆辅助眼，最后引爆周边眼；而预裂爆破则是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面。,光面爆破 预裂爆破,由于成洞过程和破岩条件不同。在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好一些。所以预裂爆破很适用稳定性较差而又要求控制开挖轮廓的软弱围岩，但预裂爆破的周边眼距和最小抵抗线都要比光面爆破的小，相应地要增多炮眼数量，钻眼工作量增大。,理想的预裂效果应保证在炮眼连线上产生贯通裂缝，形成光滑的岩壁。
18、但由于预裂爆破受到只有一个临空面条件的制约，因此，其爆破技术较光面爆破更为复杂，影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、地质构造、炸药品种、装药结构及施工因素等，而这些因素又是相互影响的。,表5-8 预裂爆破参数,四、堵塞及起爆 隧道内所用的炮眼堵塞材料，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%。堵塞长度视炮眼直径而定。当炮眼直径为25mm或50mm时，堵塞长度不能小于18cm和45cm。堵塞长度也和最小抵抗线有关，通常不能小于最小抵抗线。堵塞方法可采用分层捣实法进行。,第三节 钻爆施工,一、开挖方法 隧道施工方法的选用，应根据工
19、程地质条件和水文地质资料，结合断面大小、支护类型、隧道长度、工期要求等因素综合研究确定。当采用钻爆法施工时，一般可选用全断面开挖法、台阶法、分部开挖法和导坑法等。,当隧道高度较大而又无大型凿岩台车时，可用台阶开挖法施工。该法将隧道分为上下两层掘进，当上半断面掘进施工超前下半断面时，称为正台阶法开挖(图5-11b），反之则为反台阶法开挖。在不太松软的岩层中采用正台阶法施工，相当安全并且效率较高，平均日进尺可达10m。由于台阶法的特点全断面法和导坑法之间，对地质适应性较强，变更容易，目前，我国约有70%的隧道开挖采用此法，多用于围岩能短期内处于稳定的地层。,二、钻眼 目前，在隧道开挖爆破过程中，广
20、泛采用的钻孔设备为凿岩机和钻孔台车。为保证达到良好的爆破效果，施钻前，应由专门人员根据设计布孔图现场布设，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，如出现偏差，由现场施工技术人员确定其取舍，必要时应废弃重钻。,三、装药 隧道爆破中常采用的装药结构有连续装药、间隔装药及不偶合装药等。不偶合装药系数指爆破工程中炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取25。,连续装药结构按照雷管所在位置不同又可分为正向起爆、反向起爆和双向起爆三种起爆形式。,实践表明，反向起爆有利于克服岩石的夹制作用，能提高炮眼利用率，减小岩石破碎块度，爆破效果较正向起爆为好。但
21、反向起爆较早装入起爆药卷，会影响后续装药质量，在有水情况下，起爆易受潮拒爆，还易损伤起爆引线，机械化装药时易产生静电早爆。,隧道周边眼的装药结构常用小直径连续装药、间隔装药、导爆索装药和空气柱装药。一般宜选用小直径连续装药或间隔装药结构；当岩石很软时，可用导爆索装药结构；眼深小于2m时，可采用空气柱装药结构。,四、隧道爆破质量检验标准 隧道爆破质量直接影响隧道施工的安全、掘进速度以及经济效益。爆破时，围岩的破坏范围过大，将威胁到施工安全；石碴块度过大，将会影响装运速度；眼底不平，炮眼利用率不高，会影响掘进速度；光爆效果不好，超挖过大，则是造成经济效益不好的直接原因。根据长期总结的经验，并考虑到
22、隧道施工的现状，一般采用表5-9所示的质量检验标准：,表5-9 隧道爆破质量检验标准,五、爆破震动安全允许药量,隧道进口段及沿线多为砖房，现以一般砖房为保护对象，计算其在不同距离情况下，爆破振动的允许药量。允许用药量按下式计算 Q=R3(V/K)3/Q一次(响)爆破振动允许药量(kg)R自爆源中心至被保护建筑物的距离(m)V保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s），市区爆破允许振动速度一般为：V2cm/s。K介质系数，取决与传播爆炸波的介质性质，中硬岩石K=150250;软岩石K=250350;衰减系数，与传播距离有关，近距离为2.0,远距离为1.5。按照上式和爆破安全允许标准，今取V=2.0cm/s，K=250,=2.0。,
