[PPT]隧道爆破施工

1、隧道爆破施工 第一节 概述 钻爆法目前仍是我国隧道施工中开挖的主要方法，与机械开挖相比，适用地质条件广、费用低、设备简单，但对围岩的扰动大、开挖面成形质量差，主要表现在超欠挖量上。 1、超欠挖的定义：以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。 2、严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度，主要表现在以下几方面：弃渣量增加，需多装多运；超挖空间回填，增加混凝土材料的消耗；欠挖清除，造成人工、器材的超额消耗；超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造成困难。 3、严重的超欠挖会影响施工质量，主要从以下几方面认识： 超欠挖造成开挖轮廓（

2、形状和尺寸）与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相差很大，使支护受力状态与设计不符；超挖形成的凹角处存在应力集中，岩块易损坏；欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出； 4、对隧道轮廓控制爆破的初步评价 隧道轮廓控制爆破两种技术光面爆破与预裂爆破的比较。 英国人认为在有显著节理裂隙的地层中，岩体经常沿节理面破碎爆落，不完全按预裂方向开裂，应普遍采用光面爆破； 我国隧道工程实践也表明，裂隙发育程度及倾角对预裂爆破后形成平滑壁面有很大影响，当裂隙与裂面斜交或几组裂隙相交，则易于造成岩石沿节理面脱落。应根据不同地质条件采取不同的爆破方法及相应的钻爆参数。 隧道轮廓控制爆破的经济价值。 瑞士经验

3、表明，光面爆破减少20cm超挖，节省各种费用是爆破成本的4倍； 前苏联资料显示，光面爆破可使超挖减少到510cm，使圬工消耗量降低3050，减少装载、运输费用57； 日本试验表明，采用光面爆破后，超挖率由23.77降低到8.46，混凝土超灌量由77.25减少到27.5。 国内对光面爆破的经济评价，概括为：超挖量由20降低到10，衬砌速度加快30，开挖进度提高12.6，炸药消耗量减少19.5。 隧道轮廓控制爆破的技术价值。主要表现在： 围岩炮震裂缝减少，保护了围岩自身的承载能力，为锚喷支护提供有利的基础。特别在软弱岩层更显示出这一作用； 避免围岩裂隙扩大，提高了坑道的稳定性，减少落石伤人事故；

4、极大减少超挖量，减少出渣量，节约衬砌材料，提高施工进度； 隧道成形规整，凹凸减小，有利于围岩稳定，喷层易平顺，有利于防水板铺挂。第二节 岩石爆破机理与地质影响作用 1、炸药的爆炸作用 (1)炸药的爆炸反应极为迅速，瞬间产生大量的高温、高压的爆生气体。1kg炸药爆炸，爆温可达20004000，爆压可达数十万个大气压，反应时间为十万百万分之一秒。 (2)药包爆炸的瞬间，在周围岩石中激起一个强烈的冲击波，较高的波头压力具有很大的摧毁力，向外传递，随传播距离增加而逐渐衰减，称为冲击作用。属于动力作用，表现为炸药的猛度作功形式，其大小主要取决于炸药的爆炸速度。 (3)同时爆生气体的膨胀也对周围岩石施加巨

5、大压力，但传播速度较低，随传播距离增加而脱离冲击波，称为爆生气体的膨胀作用。被视为静力作用，表现为炸药的暴力作功形式，其大小主要取决于炸药的爆热。 (4)一般工程爆破，冲击作用与爆生气体的膨胀作用是同时存在的，只是气体膨胀作功的时间比冲击作用长。从岩石致碎原因讲，岩性不同，两种作用占的地位也有所不同。在松软的岩层，爆生气体起主要破坏作用；在坚硬的岩层，冲击作用起主要破坏作用。为充分利用炸药的能量应根据岩性选用不同品种的炸药。 2、爆破破岩过程(1)从破岩的角度考虑，将爆破后由药包中心向外，分成爆破粉碎区和爆破破碎区。 (2)靠近药包周围的岩石直接受到巨大爆轰压力的作用，被击的粉碎，形成粉碎区。

6、 (3)破损区的形成是两个过程： 在爆轰压力作用下，岩石质点向外做径向位移，产生径向压缩应力，在切向引起拉应力，因岩石的抗拉强度远小于抗压强度，岩石被拉裂，在药包周围断产生一系列放射状的径向裂缝，直到拉应力小于岩石抗拉强度处为止。被压缩的岩石内储存了弹性能。 当爆生气体的温度和压力迅速下降，导致岩石的弹性能释放，岩石质点向内做径向位移，产生切向压缩应力，在径向引起拉应力，岩石被拉裂，在药包周围断产生环状的裂缝。3、爆破漏斗 当药包处于临空面附近（其最短距离称为最小抵抗线），压缩应力波到达临空面，被反射成拉伸波，当拉伸应力大于岩石抗拉强度，在临空面附近形成一系列张拉裂缝，当最小抵抗线合适时，与药

7、包周围的裂缝贯通，在爆生气体膨胀作功的作用下，将破碎的岩石抛出，形成爆破漏斗。4、地质条件对隧道爆破作用的影响(1)岩体层理的影响 层厚0.5m，节理不发育的完整岩体对爆破作用的影响不大。 层厚0.5m，节理裂隙极为发育的岩体，爆破易引起垂直层理方向的掉块或塌方。在易坍塌之处均采用密钻眼、弱装药的爆破技术。 (2)破碎岩体的影响 断层破碎带的岩体破碎、有时软硬间隔，处理不当会引起严重塌方。除采用隧道减轻振动控制爆破技术外，还应采取台阶法或分部法开挖，并严格控制循环进尺在12m内。(3)非均质岩体的影响 非均质岩体对爆破作用的影响十分明显。分部开挖时应将石质差的一侧先开挖或掏槽区设在该侧；爆破参

8、数应根据两种岩体的特性分别采用。为防止掉块、坍塌，开挖后及时支护。(4)人字形节理的影响节理发育、成人字形，隧道拱部易出现坍塌，爆破时应控制药量，加密炮眼。第三节 隧道爆破的掏槽技术 影响隧道爆破开挖的质量，关键在掏槽爆破技术和周边成型控制爆破技术。掏槽爆破的目的在于为后续炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间。1、半断面开挖中深眼掏槽爆破技术 半断面的开挖面积约2050m2，中深炮眼深度为1.53.5m。有以下几种掏槽类型。(1)V形掏槽，适用于中硬岩、硬岩的中深眼隧道爆破。只要钻眼精确（达到深度、保证角度），按设计装药，一般均能取得良好的效果。 三级复式楔形掏槽 上下排距用5090cm，硬岩

9、取小值、中硬岩取中值、软岩取大值。硬岩爆破时最好全部采用高威力炸药；排数通常上下两排即可，十分坚硬岩石可用三排或四排。二级复式楔形掏槽 几个关键技术技术： 开挖断面较宽时，尽量缩小掏槽角，因而要尽量加大第一级掏槽眼的水平间距。 掏槽炮眼深度2.5m，其底部加强装药应占1/3炮眼长度，前部装药集中度可减为底部装药集中度的4050，留出20的炮眼程度不装药，并装填不少于40cm长的炮泥。 掏槽眼应每级均尽量同时起爆，级间间隔时差以2550ms为宜，以保证前段爆破的岩石破碎与抛掷。(2)大直径中空直眼掏槽 由中空眼逐步扩大形成槽腔。常用的有单螺旋、双螺旋掏槽，对称掏槽。要求钻孔方向精确；减少眼位偏差

10、值；使用毫秒雷管按设计起爆顺序起爆；控制掏槽眼间距，防止殉爆；控制掏槽眼的炸药用量，防止拒爆。2、全断面深眼掏槽爆破技术 在掌子面中下部钻大直径中空炮眼，周围配合一些逐渐最大间距的小炮眼进行掏槽。一般有菱形、螺旋、对称等掏槽。设计时要考虑以下几个问题：(1)影响直眼掏槽的最重要的因素是岩石特性。主要有三个方面： 在塑性岩石中直眼掏槽比脆性岩石直眼掏槽困难的多。 岩石结构是中空直眼掏槽必须考虑的因素。 岩体的结构面或不均质性是设计时的特殊问题。(2)空眼的直径与数量构成的容积至少满足破碎岩石的膨胀余量要求，否则爆碎抛不出，导致掏槽失败。目前国内采用空眼直径75100mm，空眼个数24个。(3)在

11、装药眼条件及装药密度一定时，根据装药眼与空眼间距，其间岩石可发生四种情况： 塑性变形。眼间岩石被剪切到空眼，大部分岩石密实、变质固结在空眼中，不增加槽口。破碎。岩石被破碎，大部分残留或挂在槽腔内。对脆性岩石大多可达到掏槽；但塑性岩石的碎屑在槽腔内重新固结，掏槽失败。完全抛出。理想的间距必须处于完全抛出带，不仅岩石破碎，且抛出槽腔之外。两眼贯穿。槽口并无增大。 实践证明，空眼直径102mm，装药眼直径40mm，空眼到装药眼岩壁间距1820mm，掏槽爆破效果非常好。(4)炸药的性质和装药量对掏槽影响很大，其中爆速最具决定性。中硬岩选用爆速3000m/s，硝铵类炸药；坚硬岩选用爆速4000m/s，乳

12、胶、乳化类炸药。 装药量往往采用把炮眼基本填满，浅眼留出1020cm的炮眼，深眼留出2040cm的炮眼装填炮泥。(5)起爆顺序和段间隔时差。距空眼最近的炮眼最先起爆、后续炮按此确定。段间隔时间50100ms，效果较好，开始几段一定要跳段使用，以免串段。(6)除第一段顺向起爆外，其余眼均反向起爆，以便破碎岩石、抛出槽外。第四节光面爆破效果的提高途经 1、影响光面爆破效果的主要因素 根据对276各开挖循环的统计、研究和调查的结果分析，将影响超欠挖的因素和影响程度列于下表出。这种分析与当前的施工实际是符合的。 钻孔精度 爆破技术 施工管理 测量放样 地质变化 其他发生次数 122 56 49 21

13、17 11发生频率 0.442 0.203 0.176 0.076 0.061 0.040累计坡率 0.442 0.645 0.822 0.899 0.960 1.000 上述六个影响因素中，钻孔精度、爆破技术、施工管理对超欠挖的影响占82，因此这三项影响因素应作为对超欠挖的控制重点。 2、降低超欠挖的方法与途径 改变“宁超勿欠”的观念，树立“少欠少超”的观点。日本隧道施工中，在断面上取100个点，有不超过16个点的欠挖就可以，避免开挖轮廓线无谓扩大，使超挖得以减少。我国铁路隧道施工规范规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度

14、的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌应不大于5cm。 提高钻孔技术。周边炮孔的外插角、开口位置和钻孔深度,与超挖高度有关。 开口位置取正值（在设计线以外），超挖高度随增加而增大； 开口位置取负值（在设计线以内），超挖高度随减小而减少。 如容许一定欠挖，对减少超挖是有效的。 再者，要解决开眼位置误差，采用掌子面标出炮眼位置，或设炮眼排距标尺，或实行领杆工制度。 钻孔深度是一个设计指标，在其他条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。一般情况下采用3.5m左右的孔深即可。但施工中应注意检查每循环的各炮孔底在同一平面上，使下一循环开眼有一整齐的掌子面。 炮孔的外插角的最小值受钻孔机具的外缘高度控

15、制，凿岩台车为57cm，故最小平均超挖约为7cm。如取钻孔深度为3m，则外插角为1.34,一般人工操作水平难以达到。需培训熟练的司钻工，或先钻一个标准眼插入炮棍，其他眼平行钻进；最好采用有控制钻眼角度装置的凿岩台车钻眼。 (3)提高爆破技术。这里的爆破技术包括光面爆破方式以及各种爆破参数。 不同爆破方式及减少超挖效果的比较，见下表。爆破方式超挖值(cm)欠挖值(cm)炮孔残留率(%)全断面或台阶法10.814.53136080预留光面法12.882775导洞先行扩大法7.210.50.30.68186 影响光面爆破效果的主要技术参数：炮眼间距、最小抵抗线、周边孔密集系数、周边眼装药集中度、不耦

16、合系数。光面爆破效果与技术参数的关系，见下表。爆破效果爆的下来成形规整炮眼残留率有关的技术参数最小抵抗、周边眼装药集中度炮眼间距、周边孔密集系数不耦合系数 技术参数之间是相互关联的，共同起作用，只有都在某一正确的范围内，爆破效果才能理想。其中周边眼装药集中度是最重要的参数。 合理采用爆破器材和装药方法，可以减少由于爆破产生的振动和应力波对围岩的破坏作用，有利于提高轮廓质量。测试表明： 同等条件下，等差雷管爆破效果最好、振动最小；毫秒雷管跳段使用也可获得较好效果。 小药包连续装药对控制超挖效果最好，比间隔装药和集中装药分别减少超挖16和28。 4）加强现场施工管理。通过人员组织、作业安排、技术交底与指导、质量检查及反馈、制定规章