初级爆破工程师培训课件—隧道掘进控制爆破技术(讲座）

1、2022-3-61掘进控制爆破掘进控制爆破2022-3-62主要内容1 1概述概述2 2隧道开挖方法隧道开挖方法3 3地下硐库开挖方法地下硐库开挖方法4 4隧道掘进爆破技术隧道掘进爆破技术 炮眼布置及其作用炮眼布置及其作用 掏槽爆破掏槽爆破5 5隧道掘进爆破施工技术隧道掘进爆破施工技术2022-3-63概述概述孙钧（中国科学院院士，孙钧（中国科学院院士，1980）给出地下开挖工程分类如下：）给出地下开挖工程分类如下：A 临时性矿山坑用；临时性矿山坑用；B 竖井；竖井；C 永久性矿山坑硐，水电工程的引水隧洞（不包含高水头涵洞）永久性矿山坑硐，水电工程的引水隧洞（不包含高水头涵洞）导挖隧道，平巷和

2、大型开挖工程的导硐；导挖隧道，平巷和大型开挖工程的导硐；D 地下储藏室，污水处理站，公路和跌路支线隧道、水电工程的地下储藏室，污水处理站，公路和跌路支线隧道、水电工程的调压室及进出隧道；调压室及进出隧道；E 地下电站主硐室，公路和铁路干线的隧道、民防硐室、隧道入地下电站主硐室，公路和铁路干线的隧道、民防硐室、隧道入口及交叉点；口及交叉点；F 地下核电站，地铁车站，地下体育场及公共设施，地下厂房。地下核电站，地铁车站，地下体育场及公共设施，地下厂房。1 2022-3-64按照用途不同，地下工程可分为下列八类：按照用途不同，地下工程可分为下列八类：交通隧道：如铁路隧道，公路隧道，城市地铁及水底道路

3、交通隧道：如铁路隧道，公路隧道，城市地铁及水底道路隧道等；隧道等；水工隧洞：如水利发电站的各种输水隧洞，为农业灌溉开水工隧洞：如水利发电站的各种输水隧洞，为农业灌溉开凿的输水隧洞以及给排水隧洞等；凿的输水隧洞以及给排水隧洞等；矿山巷道：如各类矿山的运输巷道及开采井巷等；矿山巷道：如各类矿山的运输巷道及开采井巷等；地下仓库：食品的贮存库，鱼肉等的冷藏库，车库及核废地下仓库：食品的贮存库，鱼肉等的冷藏库，车库及核废碴封存库等；碴封存库等；地下工厂：如水力、火力发电站的地下厂房以及各种轻、地下工厂：如水力、火力发电站的地下厂房以及各种轻、重工业的地下厂房等；重工业的地下厂房等；2022-3-65地下

4、民用与公共建筑：如地下商店、图书馆、体育馆、展地下民用与公共建筑：如地下商店、图书馆、体育馆、展览馆、影剧院、住宅及综合建筑体系览馆、影剧院、住宅及综合建筑体系-城市地下街；城市地下街；人防工程：如人员掩蔽部、指挥部、疏散干道、连接通道、人防工程：如人员掩蔽部、指挥部、疏散干道、连接通道、医院、救护站及大楼防空地下室等，根据以战为主，平战医院、救护站及大楼防空地下室等，根据以战为主，平战结合的原则，这些建筑物平时可用作办公室、会议室、工结合的原则，这些建筑物平时可用作办公室、会议室、工厂仓库、食堂和招待所等；厂仓库、食堂和招待所等；国防地下工程：如飞机库，舰艇库，武器库，弹药库，作国防地下工程

5、：如飞机库，舰艇库，武器库，弹药库，作战指挥部、通讯枢纽、军医院和各类野战工事以及永备筑战指挥部、通讯枢纽、军医院和各类野战工事以及永备筑城工事等。城工事等。2022-3-662 隧道开挖方法 开挖方法：开挖方法： 全断面开挖法，全断面开挖法， 台阶开挖法（或半断面开挖法）台阶开挖法（或半断面开挖法） 导坑（硐）开挖法导坑（硐）开挖法2022-3-67 2.1 全断面开挖全断面开挖 实线表示在一个掘进循实线表示在一个掘进循环中，钻眼爆破工程是环中，钻眼爆破工程是沿整个断面一次完成的。沿整个断面一次完成的。 虚线表示永久支护的轮虚线表示永久支护的轮廓线（以下各图亦同）廓线（以下各图亦同）2022

6、-3-682.2 台阶开挖法（或半断面开挖法）台阶开挖法（或半断面开挖法）当隧道高度较高又无大型凿岩台车，当隧道高度较高又无大型凿岩台车，不便于钻眼爆破作业时，可将隧道分不便于钻眼爆破作业时，可将隧道分为上下两层，施工时形成台阶状。这为上下两层，施工时形成台阶状。这种开挖法称为台阶开挖法或半断面开种开挖法称为台阶开挖法或半断面开挖法。挖法。方法一（图方法一（图a）：当上半部断面超前）：当上半部断面超前下半部断面施工时，称为正台阶工作下半部断面施工时，称为正台阶工作面施工法。首先开挖上部断面面施工法。首先开挖上部断面1并完并完成拱圈衬砌。这种开挖方法用于不太成拱圈衬砌。这种开挖方法用于不太松软的

7、岩层中施工相当安全，并且效松软的岩层中施工相当安全，并且效率比较高，平均日进尺可达率比较高，平均日进尺可达10m左右。左右。2022-3-69方法二（图方法二（图b）：如果施工）：如果施工中遇到岩体比较松软的地段，中遇到岩体比较松软的地段，为了安全施工和不打乱原设为了安全施工和不打乱原设计配套的施工机具，可以改计配套的施工机具，可以改变其上部半断面开挖方法。变其上部半断面开挖方法。如图所示，首先开挖如图所示，首先开挖1，待，待拱圈衬砌完成后，再进行核拱圈衬砌完成后，再进行核心心2的开挖，然后按的开挖，然后按3、4顺顺序进行下部开挖与支衬。序进行下部开挖与支衬。2022-3-610上断面开挖尺寸

8、上断面开挖尺寸 台阶长度示意图台阶长度示意图 2022-3-6112.3 导坑（硐）开挖法导坑（硐）开挖法方法一、中央下导坑超前全断面开挖方法一、中央下导坑超前全断面开挖法：这一开挖方法可探测掘进前方法：这一开挖方法可探测掘进前方的地质情况，有利于进一步刷大断的地质情况，有利于进一步刷大断面时的围岩稳定和施工安全。这一面时的围岩稳定和施工安全。这一方法又分为两种。方法又分为两种。下导坑超前掘进，待其终止时，再下导坑超前掘进，待其终止时，再以全断面开挖方法赶上。也就是说，以全断面开挖方法赶上。也就是说，在导坑开挖期间，后方的全断面开在导坑开挖期间，后方的全断面开挖即需停止，两者不能平行作业。挖即

9、需停止，两者不能平行作业。下导坑超前掘进和后方的全断面开下导坑超前掘进和后方的全断面开挖之间保持一定的距离。挖之间保持一定的距离。2022-3-612方法二、中央下到坑超前半断面开方法二、中央下到坑超前半断面开挖法挖法中央下导坑超前半断面开挖方法虽中央下导坑超前半断面开挖方法虽然不如全断面开挖法那样快速，但然不如全断面开挖法那样快速，但对于围岩构造复杂的不良地质条件对于围岩构造复杂的不良地质条件最为适宜，而且也不致于施工过程最为适宜，而且也不致于施工过程干扰。首先开挖下导坑干扰。首先开挖下导坑1，然后开，然后开挖上半断面挖上半断面2及及3，待拱圈支衬完，待拱圈支衬完成后，再将下部半断面成后，再

10、将下部半断面4向上扩大，向上扩大，以及按以及按5、6顺序开挖，并完成边顺序开挖，并完成边墙的混凝土浇灌工作。墙的混凝土浇灌工作。2022-3-6133 地下硐库及其开挖方法 用途：贮存物质，人员掩体，贮存核废料等。用途：贮存物质，人员掩体，贮存核废料等。优点：隐蔽性好，不站地，火灾发生率小。优点：隐蔽性好，不站地，火灾发生率小。缺点：造价高缺点：造价高常见开挖工艺：常见开挖工艺：导坑法，留矿法，导坑法，留矿法，VCR法法。应当说明：地下硐室埋置深度必须慎重选择，埋浅了可能会因岩应当说明：地下硐室埋置深度必须慎重选择，埋浅了可能会因岩石强度交差而增加支护费用，埋深了则增加通道长度，通道太长石强度

11、交差而增加支护费用，埋深了则增加通道长度，通道太长无论对建设周期还是使用周期都可能引发出一系列问题。无论对建设周期还是使用周期都可能引发出一系列问题。地下工程爆破开挖步骤（循环）：打眼地下工程爆破开挖步骤（循环）：打眼-装药装药-爆破爆破-通风通风-装装碴碴-支护。支护。2022-3-614岩石硐室的开挖方法岩石硐室的开挖方法摘自：李夕兵等，岩石地下建筑工程，中南工业大学出版社，摘自：李夕兵等，岩石地下建筑工程，中南工业大学出版社，1999年。年。盾构法（盾构法（Shield）：用于岩质条件时常配合岩石掘进机进行，）：用于岩质条件时常配合岩石掘进机进行，适用于各类岩石条件：对于特别破碎的岩体，

12、如海底隧道，适用于各类岩石条件：对于特别破碎的岩体，如海底隧道，当有大断层和渗漏水压很大时，尚需配合以气压盾构和化学当有大断层和渗漏水压很大时，尚需配合以气压盾构和化学灌浆加固。灌浆加固。岩石掘进法岩石掘进法(TMB法法Tunnel Boring Machine)：最近十多年：最近十多年来，国外岩石掘进机械化发展很快，特别是用于长大隧道来，国外岩石掘进机械化发展很快，特别是用于长大隧道（长度（长度10km）的建设，效率提高明显。）的建设，效率提高明显。顶进结构法：适用于从已有建筑下的软岩中通过的隧道。顶进结构法：适用于从已有建筑下的软岩中通过的隧道。基坑法：适用于浅埋的地下硐室。基坑法：适用于

13、浅埋的地下硐室。矿山法：即为传统的钻爆法，仍是迄今为止最为广泛采用的矿山法：即为传统的钻爆法，仍是迄今为止最为广泛采用的岩层成硐方法。岩层成硐方法。2022-3-6153.1 导坑法导坑法1）导坑掘进：钻爆方法同一般巷道掘进，不用光面）导坑掘进：钻爆方法同一般巷道掘进，不用光面爆破。爆破。2）顶、帮扩大：钻爆方法可参照隧道掘进之辅助孔）顶、帮扩大：钻爆方法可参照隧道掘进之辅助孔爆破。顶眼爆破、侧眼爆破及光面爆破。爆破。顶眼爆破、侧眼爆破及光面爆破。3）水平台阶爆破：顶拱下第一个台阶因拱脚处无法）水平台阶爆破：顶拱下第一个台阶因拱脚处无法立钻，一般用水平孔爆破，台阶高度不超过立钻，一般用水平孔爆

14、破，台阶高度不超过8m时，时，一次进尺不超过一次进尺不超过4m，可参照辅助孔及侧孔穿爆参，可参照辅助孔及侧孔穿爆参数。数。4）台阶爆破：水平台阶之下，用一般台阶爆破。）台阶爆破：水平台阶之下，用一般台阶爆破。2022-3-616水电站机组大厅的掘进阶段水电站机组大厅的掘进阶段钻机钻机装载机装载机立井立井自卸车自卸车2022-3-6178.3.2 留矿法留矿法主要应用于矿山：如凡口铅锌矿、红透山铜矿和黄砂主要应用于矿山：如凡口铅锌矿、红透山铜矿和黄砂坪铅锌矿用浅孔留矿法开挖大断面硐室均取得了良好坪铅锌矿用浅孔留矿法开挖大断面硐室均取得了良好效果。这种方法要求围岩整体性好，穿孔爆破参数同效果。这种

15、方法要求围岩整体性好，穿孔爆破参数同一般浅孔爆破一般浅孔爆破 。2022-3-6181-向上炮孔向上炮孔2-作业空间作业空间3-顺路天井顺路天井4-主井联络道主井联络道5-副井联络道副井联络道6-下部储矿仓下部储矿仓7-主井主井8-副井副井2022-3-6198.3.3 VCR法法-Vertical Crater Retreat Mining如果硐室埋深不大，可以考虑在地表向下钻垂直孔，下部开如果硐室埋深不大，可以考虑在地表向下钻垂直孔，下部开挖出底部结构，用挖出底部结构，用CVR法开挖硐室。法开挖硐室。它的实质：在硐室的上部巷道内按一定孔距和排距钻凿大直它的实质：在硐室的上部巷道内按一定孔距

16、和排距钻凿大直径深孔到下部巷道，爆破时自底部平台装入长度不大于直径径深孔到下部巷道，爆破时自底部平台装入长度不大于直径6倍的药包，然后沿采场全长和全宽按分层自下而上崩落一倍的药包，然后沿采场全长和全宽按分层自下而上崩落一定厚度岩石，逐层将整个采高采完。这样下部巷道就成为出定厚度岩石，逐层将整个采高采完。这样下部巷道就成为出碴巷道。碴巷道。特点：主要特点是垂直炮孔的两端是敞开的，要求采用特殊特点：主要特点是垂直炮孔的两端是敞开的，要求采用特殊装置，将药包停留在预定位置上，所以装药就成为直接影响装置，将药包停留在预定位置上，所以装药就成为直接影响爆破效果的关键作业。可见，当球状药包埋置在采场顶底板

17、爆破效果的关键作业。可见，当球状药包埋置在采场顶底板之间的下部自由空间爆破，即倒置漏斗爆破，就成为之间的下部自由空间爆破，即倒置漏斗爆破，就成为VCR法球状药包爆破技术的主要特点。法球状药包爆破技术的主要特点。2022-3-6204.1 特点（与地下矿山常见的小断面水平巷道相比）特点（与地下矿山常见的小断面水平巷道相比）（1）隧道断面一般比较大，高度和跨度常达到）隧道断面一般比较大，高度和跨度常达到8m左右，特左右，特别是复线隧道，跨度可达到别是复线隧道，跨度可达到10m以外；以外；（2）隧道位置多处于复杂多变的地质条件下，尤其遇到浅埋）隧道位置多处于复杂多变的地质条件下，尤其遇到浅埋地段时，

18、岩体风化破碎，渗水、滴水严重，给钻眼爆破作业地段时，岩体风化破碎，渗水、滴水严重，给钻眼爆破作业增加了困难；增加了困难；（3）铁路隧道服务年限长，质量要求高，要求爆破时要尽量）铁路隧道服务年限长，质量要求高，要求爆破时要尽量减少对围岩的破坏，确保围岩完整。有时在爆破作业后及时减少对围岩的破坏，确保围岩完整。有时在爆破作业后及时进行有效的支撑、衬砌工作，致使爆破工作面受到限制，从进行有效的支撑、衬砌工作，致使爆破工作面受到限制，从而增加了爆破施工的难度。而增加了爆破施工的难度。4 隧道掘进爆破2022-3-6214.2 炮眼排列及作用炮眼排列及作用隧道掘进爆破时，一般只有一个自由面，爆破条件困难

19、。隧道掘进爆破时，一般只有一个自由面，爆破条件困难。分类：井巷掘进中的炮眼、按其作用的不同，可分为掏槽眼、分类：井巷掘进中的炮眼、按其作用的不同，可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。辅助眼和周边眼。对于平巷道和斜井而言，周边孔又可分为顶眼、底眼和帮眼。对于平巷道和斜井而言，周边孔又可分为顶眼、底眼和帮眼。作用：作用：掏槽眼：为辅助眼创造第二个自由面掏槽眼：为辅助眼创造第二个自由面辅助眼：为了进一步扩大掏槽的体积辅助眼：为了进一步扩大掏槽的体积周边眼：为形成正确的井巷断面形状周边眼：为形成正确的井巷断面形状2022-3-6228.4 隧道掘进爆破8.4.2 炮眼排列及作用1-顶眼顶眼 a-掏槽掏槽2-

20、帮眼帮眼 b-扩槽扩槽3-底眼底眼 c-形成巷道规格断面形成巷道规格断面2022-3-623隧道掘进与矿山建隧道掘进与矿山建设中的水平巷道掘设中的水平巷道掘进基本方式是相同进基本方式是相同的。的。隧道爆破一般也采隧道爆破一般也采用小直径钻眼爆破用小直径钻眼爆破法。法。2022-3-6244.3 掏槽爆破掏槽爆破 用途：掏槽爆破是为辅助眼爆破创造第二个自由面。用途：掏槽爆破是为辅助眼爆破创造第二个自由面。型式：型式：斜眼掏槽型式斜眼掏槽型式直眼掏槽型式直眼掏槽型式2022-3-6254.3.1掏槽爆破定义、特点、分类掏槽爆破定义、特点、分类1）定义：为了创造第二个自由面，可以在掘进工作面的某一适

21、）定义：为了创造第二个自由面，可以在掘进工作面的某一适当位置布置少量炮眼，爆破时首先起爆，在工作面形成一个槽口，当位置布置少量炮眼，爆破时首先起爆，在工作面形成一个槽口，为其余的炮眼爆破创造有利条件，这些炮眼就称为掏槽眼。为其余的炮眼爆破创造有利条件，这些炮眼就称为掏槽眼。2）特点：为了提高其他炮眼的爆破效果，掏槽眼应比其它炮眼）特点：为了提高其他炮眼的爆破效果，掏槽眼应比其它炮眼加深加深150200mm，装药量增加，装药量增加15%-20%。3）分类：根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼）分类：根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼的排列形式有很多种类，归纳起来可分为倾斜眼

22、掏槽和垂直眼掏的排列形式有很多种类，归纳起来可分为倾斜眼掏槽和垂直眼掏槽两大类，此外还有两者结合的混合式掏槽。槽两大类，此外还有两者结合的混合式掏槽。2022-3-6264.3.2 掏槽眼布置的原则掏槽眼布置的原则掏槽眼位置一般应布置在开挖断面的中部及中下部；掏槽眼位置一般应布置在开挖断面的中部及中下部；炮眼方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层炮眼方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面；理面；小型断面的掏槽眼一般为小型断面的掏槽眼一般为46个，大型断面要根据开挖个，大型断面要根据开挖方式的不同确定掏槽眼的部位和数量。方式的不同确定掏槽眼的部位和数量。2022-3-6278.4

23、.3.3 倾斜眼掏槽倾斜眼掏槽1、单向掏槽、单向掏槽a-顶部掏槽顶部掏槽b-底部掏槽底部掏槽c-侧向掏槽侧向掏槽d-扇形掏槽扇形掏槽2022-3-6284.3.4 锥形掏槽锥形掏槽a-三角锥形三角锥形b-正角锥形正角锥形c-圆锥形圆锥形2022-3-6298.4.3.5 楔形掏槽楔形掏槽类型：通常由两排性对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成楔形槽。类型：通常由两排性对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成楔形槽。楔形掏槽可分为垂直楔形和水平楔形掏槽两种。楔形掏槽可分为垂直楔形和水平楔形掏槽两种。应用：楔形掏槽常用于中硬以上的均匀岩石，且巷道断面大于应用：楔形掏槽常用于中硬以上的均匀岩石，且巷道断面大于4m2的

24、工作面。当巷道岩层有水平层理时，宜采用水平楔的工作面。当巷道岩层有水平层理时，宜采用水平楔形掏槽，以利于钻眼和爆破。形掏槽，以利于钻眼和爆破。特点：每对掏槽眼间距为特点：每对掏槽眼间距为0.20.5m，掏槽眼与工作面交角为，掏槽眼与工作面交角为55-75，眼底距离为，眼底距离为10-20cm优缺点：优缺点： 所需掏槽眼数较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利所需掏槽眼数较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它炮眼的爆破，掏槽眼深度受到巷道断面限制，因而于其它炮眼的爆破，掏槽眼深度受到巷道断面限制，因而影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛掷距离远，岩堆分散，影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛掷距离远，

25、岩堆分散，影响装岩效率。影响装岩效率。2022-3-630楔形掏槽型式楔形掏槽型式a垂直楔形掏槽垂直楔形掏槽b水平楔形掏槽水平楔形掏槽2022-3-6314.3.6 直眼掏槽特点，形式直眼掏槽特点，形式直眼掏槽也称直线掏槽直眼掏槽也称直线掏槽特点：所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较远且保特点：所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较远且保持互相平行，其中有一个或数个不装药的空眼。持互相平行，其中有一个或数个不装药的空眼。形式：垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽三种形式：垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽三种类型。类型。2022-3-632龟裂掏槽龟裂掏槽龟裂掏槽也称为线性

26、掏槽龟裂掏槽也称为线性掏槽8.4 隧道掘进爆破8.4.3 掏槽爆破 8.4.3.6 直眼掏槽特点，形式装药孔空孔2022-3-633龟裂掏槽特点：龟裂掏槽特点： 掏槽眼布置在一条直线上，彼此间严格平行，装掏槽眼布置在一条直线上，彼此间严格平行，装药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽线，故又药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽线，故又称缝形掏槽。称缝形掏槽。 掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比，掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比，通常为通常为37个眼。眼见距离一般取个眼。眼见距离一般取8-15cm 龟裂掏槽体积较小，故常被桶形掏槽所代替。龟裂掏槽体积较小，故常被桶形掏槽所代替。2

27、022-3-634 桶形掏槽桶形掏槽 又称角柱掏槽，各掏槽眼互相平行且呈对称形式。空又称角柱掏槽，各掏槽眼互相平行且呈对称形式。空眼直径可与装药眼相同，也可采用大直径空眼，以便眼直径可与装药眼相同，也可采用大直径空眼，以便增强自由面的作用。增强自由面的作用。 大直径空眼角柱形掏槽，为普通直径空眼桶形掏槽。大直径空眼角柱形掏槽，为普通直径空眼桶形掏槽。 桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子体积大，在中硬岩石桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子体积大，在中硬岩石中使用较为普遍。中使用较为普遍。2022-3-635桶形掏槽桶形掏槽-大直径空眼角柱形掏槽大直径空眼角柱形掏槽2022-3-636桶形掏槽的几种变形桶形掏

28、槽的几种变形图中数字表示起爆顺序图中数字表示起爆顺序2022-3-637 螺旋形掏槽螺旋形掏槽 它是由桶形掏槽发展而来的，其特点是各装药眼它是由桶形掏槽发展而来的，其特点是各装药眼至空眼的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近至空眼的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大沟槽效及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大沟槽效果，其扩槽原理如图。果，其扩槽原理如图。2022-3-638螺旋掏槽原理示意图螺旋掏槽原理示意图a-大直径空眼；大直径空眼；b-大直径空眼大直径空眼图中数字表示起爆顺序图中数字表示起爆顺序2022-3-639小直径空眼螺旋掏槽小直径空眼螺旋掏槽1-炸药

29、；炸药；2-炮泥炮泥图中数字表示起爆顺序图中数字表示起爆顺序2022-3-640大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置图中数字表示起爆顺序图中数字表示起爆顺序2022-3-6414.3.7 直眼沟槽与倾斜沟槽对比直眼沟槽与倾斜沟槽对比优点：优点：眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破，加大一个掘进循环的进尺；掏槽体积里爆破，加大一个掘进循环的进尺；掏槽体积里外大小一致，因而相邻炮眼的最小抵抗线里外外大小一致，因而相邻炮眼的最小抵抗线里外也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作

30、面附近，有利于装岩。太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩。缺点：缺点：掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行，要求有较高的的间距不能太大且需相互平行，要求有较高的钻眼技术。钻眼技术。2022-3-6424.3.8 混合掏槽混合掏槽 混合掏槽是指两种以上的混合掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用。在遇到掏槽方式混合使用。在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用如图的复式大时，可以采用如图的复式楔形掏槽或桶形或锥形混合楔形掏槽或桶形或锥形混合掏槽。掏槽。2022-3-643三层楔形掏槽眼示意图三层楔形掏槽眼

31、示意图图中图中ho、h1、h2均为炮孔均为炮孔底至自由面的垂直线底至自由面的垂直线R0掘进工作面（自由面），掘进工作面（自由面），R1、R2分别为每层掏槽孔分别为每层掏槽孔底深度（自由面）底深度（自由面）2022-3-6445 隧道掘进爆破施工技术隧道掘进爆破施工技术2022-3-6452022-3-646第五章 隧道爆破施工技术 隧道(tunnel)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，在国民经济建设中起着重要的作用。八达岭高速公路山羊洼二号隧道光面爆破2022-3-647 目前，钻爆法(drilling blast method)由于对地

32、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。2022-3-648 虽然我国也在引进全断面隧道掘进机(tunnel boring machine)，但是根据我国的国情，钻爆法与掘进机在相当长的时间内将同时并存和使用，而且在隧道掘进机及高压射流等新的岩石开挖技术进一步发展的同时，隧道爆破技术也会随着钻孔机具的不断改进、爆破器材的日益发展而不断进步。2022-3-649 爆破开挖(excavation by blasting)是以钻孔、爆破工序为主，配以装运机械出碴，完成隧道施工的方法，是建设隧道的主要工序，它的成败与好坏直接影响

33、到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度，是隧道建设非常重要的组成部分。2022-3-650 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；加之它与支护、出碴运输等工作交替进行，致使爆破工作面受到限制，增加了爆破的施工难度，必须合理爆破施工，保证爆破循环的正常进行。2022-3-651 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；又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不能超挖过大。爆

34、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。 2022-3-652 4.由于隧道一般断面较大，造价昂贵，服务年限长，且维修和养护时常需中断、停止隧道的使用，这对运营是很不利的，因此在施工中必须确保良好的工程质量。 5.随着以新奥法为理论基础设计的隧道越来越多，为充分利用围岩自承力，要求施工中尽量减少爆破对围岩的扰动，确保围岩完整。 2022-3-653 6.隧道爆破的施工方法、施工机具和设备的选择主要取决于开挖断面的大小和隧道所处的山体位置，此外，变化复杂的围岩及围岩的结构、强度、松动程度、耐风化性、初始地应力方向、隧道的跨度和地下水活动情况对其也有较大的影响

35、。2022-3-654 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。 第一节 隧道爆破设计2022-3-655 一、炮眼的一、炮眼的种类种类和和作用作用 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：2022-3-656 1.掏槽眼(cut hole)。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

36、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1#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(reliever)。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2#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。2022-3-657 3.周边眼(perimeter hole)。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。如图5-1中的3#、4#、5# 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（3#眼）、顶眼（4#眼）、底眼（5#眼）。2022-3-658 爆破的关键是掏槽眼和周边眼的

37、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。 2022-3-6592022-3-660 二、掏槽二、掏槽形式形式和和参数参数 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:2022-3-661 斜眼掏槽 斜眼掏槽（incline cut）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、单斜式掏槽等。隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。 2022-3-662 (1)垂直楔形掏

38、槽（vertical wedge cut）。掏槽眼水平成对布置（图51），爆破后将炸出楔形槽口。炮眼与开挖面间的夹角、上下两对炮眼的间距a和同一平面上一对掏槽眼眼底的距离b，是影响此种掏槽爆破效果的重要因素，这些参数随围岩类别的不同而有所不同。表5-1列出一些经验数据供参考。 2022-3-663围岩类别（）斜度比a(cm)b(cm)炮眼数量（个）类以下类类类70807580707555701:0.271:0.181:0.271:0.181:0.371:0.271:0.471:0.3770806070506030503030252044666表表5-1 垂直楔形掏槽爆破参数垂直楔形掏槽爆破参数

39、2022-3-664 (2)锥形掏槽(pyramidal cut)。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，它常用于受岩层层理、节理、裂隙影响较大的围岩。其有关参数见表5-2。 2022-3-6652022-3-666 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。但是， 眼深易受开挖断面尺寸的限制，不易提高循环进尺(cycle length)，也

40、不便于多台凿岩机同时作业。 2022-3-667围岩类别（）a(cm)眼数（个）类以下类类类706865601009080703456表表5-2 5-2 锥形掏槽爆破参数锥形掏槽爆破参数2022-3-668 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。2022-3-669 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

41、要增多，对眼距、装药等要求严格，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。2022-3-670 1直眼掏槽形式 直眼掏槽形式很多，过去常用的有：龟裂掏槽，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：2022-3-671 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(free hole）的空眼(buster hole) 数目，视炮眼深度而定，一般当孔眼深度小于3.0m时采

42、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：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。2022-3-6722022-3-673 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。2022-3-674 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、

43、4由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。2022-3-6752022-3-676 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：2022-3-677 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。 2022-3-678 空眼。空眼不仅

44、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“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。2022-3-679 辅助抛掷。直眼掏槽的关键是把槽内已破碎岩石抛出槽腔，当炮眼较深时仅利用爆炸产生气体的余能抛出岩石是很难达到预计的掏槽效果的，所以当眼深在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

45、起爆。2022-3-680 钻眼质量。要保证钻眼的准确性，使各炮眼之间保持等距、平行是极为重要的。如果两眼钻穿，易造成爆生气体过早损失，降低槽内岩石抛出率或使岩石再生。 如果距离过大或钻眼偏斜，易发生单个炮眼直径扩大或单个炮眼爆炸，炮眼间的岩 石不易崩落。2022-3-681 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。2022-3-682 （1）复式掏槽 严格地说，复式掏槽(double cut)也属于斜眼掏槽，它是在浅眼楔形掏槽的基础上发展起来的，在大断面隧道掘进中，为加大掏槽深度，可采用两层、三层或四层楔形掏槽眼，每对掏槽眼呈完全对称或

46、近似对称，深度由浅到深，与工作面的夹角由小到大。复式掏槽也叫多重楔形掏槽或V形掏槽(V-cut)。 2022-3-683 复式掏槽的爆破角(掏槽眼与工作面的夹角） 与掏槽眼深度的相互关系，应使从每个眼底所作 的垂线恰好落在开挖断面两壁与开挖面相交的临 空面上；最深掏槽眼眼底的垂直线也必须落在隧 道内，即与已爆出的工作面相交；在每一掏槽眼 眼底所作的垂线必须与隧道壁面相交。2022-3-6842022-3-685 （2）升级掏槽 升级掏槽系采用逐级加深的炮眼布置，按掘进方向平行钻孔，把全部掏槽深度分阶段达到爆破的目的，如图5-6所示。2022-3-6862022-3-687 由于升级掏槽将常用掏

47、槽方法在爆破技术上的优点和直眼掏槽在钻眼技术上的优点结合起来，因此，其适应能力强，可对各种不同的条件和岩石状况采用不同的方法加以处理，掏进深度可以根据炮眼的级数来确定。实践表明，用这种方法进行爆破是很有成效的。2022-3-688 （3）分段掏槽 为克服深眼爆破中装药底部仅产生挤压破碎作用和弱抛掷，可将掏槽炮眼分次起爆，这样可以有利于槽腔形成，提高掏槽腔的有效深度，便于机械化作业。2022-3-689 图5-7给出了南昆线米花岭隧道采用的直眼二次掏槽的示意图，炮眼利用率在90%以上。实践表明，对于斜眼分段掏槽循环进尺可达隧道开挖宽度的76%，炮眼利用率可在95%以上。 2022-3-69020

48、22-3-691 除此之外，其它混合掏槽还有角锥与直眼、楔形与直眼(图5-8）等形式组合。这些一般用在比较坚硬的岩石中。2022-3-692 三、隧道爆破的参数设计三、隧道爆破的参数设计 炮眼直径 炮眼直径(bore hole diameter）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、2022-3-693 洞壁平整程度和围岩稳定性。因此，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。一般隧道的炮眼直径在32mm50mm之间，药卷与眼壁

49、之间的间隙一般为炮眼直径的10%15%。2022-3-694 炮眼数量 炮眼数量（number of holes）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，其公式为：1-5 qSN 2022-3-695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；2022-3-696 围岩类

50、别炮眼名称 、 掏槽眼辅助眼周边眼0.50.40.40.550.450.450.600.500.550.650.800.550.700.600.75表表5-3 5-3 装药系数装药系数 值值2022-3-697 药卷直径（mm）32353840444550（kg/m）0.780.961.101.251.521.591.90 表表5-4 2号岩石铵梯炸药每米重量号岩石铵梯炸药每米重量值值2022-3-698 炮眼深度 炮眼深度（hole depth）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。随着凿岩、装碴运输设备的改进，目前普遍存在加长炮眼深度以减少作业循环次数

51、的趋势。一般根据下列因素确定炮眼深度： 2022-3-699 开挖面积 炮眼量岩石等级 开挖面积4679101213154043软石（）次坚石（）坚石（）特坚石（）1013111612181825151616201724283317191825213037422024233027354338759080100表表5-5 炮眼数量参考值炮眼数量参考值 2022-3-6100（1）围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；（2）凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和 钻眼技术水平。（3）掘进循环安排，保证充分利用作业时间。 2022-3-6101 确定炮眼度的常用方法有三种。一种是采用斜眼掏槽时，炮眼深度受开

52、挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大。一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.50.7倍，即L=（0.50.7）B。当围岩条件好时，采用较小值。 2022-3-6102 另一种方法是利用每一掘进循环的进尺数及实际的炮眼利用率来确定。即 L炮眼深度（m）； 2-5 lL l每掘进循环的计划进尺数（m）； 炮眼利用率（efficiency of bore hole）， 一般要求不低于0.85。 2022-3-6103 第三种方法是按每一掘进循环中所占时间确定，即 式中：m钻机数量； v钻眼速度（m/h）； t每一掘进循环中钻眼所占时间(h)； N炮眼数目。 3-

53、5 mvtL2022-3-6104 所确定的炮眼深度还应与装碴运输能力相适应，使每个作业班能完成整数个循环，而且使掘进每米坑道消耗的时间最少，炮眼利用率最高。目前较多采用的炮眼深度为1.2m1.8m，中深孔2.5m3.5m,深孔3.5m5.15m。2022-3-6105 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。 2022-3-6106 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

54、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。2022-3-6107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,见表5-6； 4-5 qVQ2022-3-6108 V一个循环进尺所爆落的岩石总体积，且 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，通常按装药系数进行分配

55、，值可参考表5-3取值。2022-3-6109开挖部位和开挖面积（m2）围岩类别一个自由面的水平和倾斜隧道467910121315162040431.51.31.21.21.11.81.61.51.41.32.32.01.81.71.61.12.92.52.252.12.01.4多个自由面部位扩大挖底0.60.520.740.620.950.791.21.0表表5-6 爆破岩石所需的单位耗药量（爆破岩石所需的单位耗药量（kg/m3）（）（2号岩石铵梯炸药）号岩石铵梯炸药）2022-3-6110 四、炮眼的布置四、炮眼的布置 隧道内布置炮眼时，必须保证获得良好的爆破效果，并考虑钻眼的效率。在开挖

56、面上除出现土石互层、围岩类别不同、节理异常等特殊情况外，应按实际需要布置炮眼，一般应按下述原则布置炮眼：2022-3-6111 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。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。 2022-3-6112 2.周边眼应严格按照设计位置布置。断面拐角处应布置炮眼。为满足机械钻眼需要和减少超欠挖，周边眼设计位置应考虑0.030.05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

57、，最大也不应大于15cm。 2022-3-6113 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号岩石铵梯炸药时，W值一般取0.6m0.8m。 4.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。2022-3-6114 5.当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面。如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。 2022-3-6115 隧道开挖面的炮眼，在遵守上述原则的基础 上，可以有以下几种布置方式： 1.直线形布眼：将炮眼按垂直方向或水平方向，围绕

58、掏槽开口呈直线形逐层排列，如图5-9a、b所示。这种布眼方式，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。 2022-3-6116 2.多边形布眼：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，如图5-9c所示。 3.弧形布眼：顺着拱部轮廓线，逐圈布置炮眼，如图5-9d所示。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。 4.圆形布孔：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。 2022-3-61172022-3-6118第

59、二节 周边眼的控制爆破 在隧道爆破施工中，首要的要求是开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小。所以，周边眼的爆破效果，反映了整个隧道爆破的成洞质量。实践表明，采用普通爆破方法，不仅对围岩扰动大，而且难以爆出理想的开挖轮廓，故目前采用控制爆破(controlled blasting)技术进行爆破。隧道控制爆破是指光面爆破和预裂爆破。 2022-3-6119 一一、隧道的光面爆破、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

60、性的爆破技术。2022-3-6120 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。2022-3-6121 光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩壁面平整，减少了应力集中和局部落石现象，增加了施工安全，减少了超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省大量混凝土，降低工程造价，加快施工进度；因光面爆破可减轻振动和保护围岩，所以它是在松软及不均质的地质岩体中较为有效的开挖方法。2022-3-6122 2.隧道光面爆破的主要参数 光面爆破的成功与否主要