隧道施工第四章隧道开挖作业施工技术PPT

1、第四章 隧道开挖作业本章学习的内容：了解隧道凿岩机具的特点，了解隧道炸药的性质，熟悉工程上常用炸药的性质和隧道采用的起爆方法，掌握隧道炮眼的种类和作用，熟悉隧道钻爆参数的选择，掌握光面爆破的定义和参数选择，了解隧道水压爆破。重难点：重点：炮眼的种类和作用，隧道钻爆参数，隧道光面参数选择。难点：隧道钻爆参数。1 凿岩2 炸药4 控制爆破3 隧道爆破设计5 水压爆破目 录4.1 凿岩一、风动凿岩机：（风钻）1、工作原理以压缩空气为动力，通过凿岩机内的活塞作往复运动冲击钻杆，通过回转机构使钻杆旋转，前端钻刃连续冲击旋转切削岩石成孔。重型：大于50kg中型：3050kg轻型：小于30kg风动气腿凿岩机

2、一、风动凿岩机：（风钻）2、气腿的作用平衡凿岩机的重量；对钻杆产生向前的推进压力；在工作面上就位和转移比较容易。一、风动凿岩机：（风钻）3、特点具有结构简单，使用灵活方便，制造维修简便，操作便利，造价较低，使用安全的优点。但压缩空气的供应设备比较复杂，工人劳动强度大，机械效率低，能耗大，噪声大。凿岩速度比液压凿岩机低。二、 液压凿岩机液压凿岩机1、工作原理是以电力带动高压油泵，通过改变油路，使活塞往复运动，实现冲击作用。二、 液压凿岩机2、液压凿岩机主要特点动力消耗少，能量利用率高。凿岩速度快。能自动调节冲击频率、扭矩、转速和推力等参数，适应不同性质的岩石。环境保护较好。液压凿岩机构造复杂，造

3、价较高，重量大，附属装置较多，多安装在台车上使用。三、凿岩台车将多台液压凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业，集中控制，称为凿岩台车。 凿岩台车(实腹、轮行)三、凿岩台车1、适用范围大断面和全断面施工工作范围： 宽1015m 高712m2、类型行走方式结构形式 轨道式 轮胎式 履带式 门架式（轨道式） 实腹式（轮胎式）新型凿岩台车三、凿岩台车三、凿岩台车二臂、四臂液压凿岩台车 四、钻头和钻杆 1、作用和材料钻头：直接破碎岩体（前端是硬质高强耐磨合金钢）钻杆：传递冲击功和扭矩（六边形空心钢）2、钻头直径38、40、42、45、48mm钻头直接连接在钻杆前端(整体式)或套装在钻杆前端

4、(组合式)，钻杆尾则套装在凿岩机的机头上。 四、钻头和钻杆 3、钻头型式 整体式 组合式宜采用材质强度高而较细的钎杆。钻杆钻头钎肩钎尾 四、钻头和钻杆 4、钻杆4.2 炸药一、爆破基本常识利用炸药爆炸对周围介质的作用达到预 期工程目的 的一门技术。需要爆破的岩体暴露于空间的面药包中心至临空面的最短距离爆破： 爆破的特征：临空面： 最小抵抗线： 反应过程的放热性反应过程的高速性反应过程中产生大量气体二、炸药的性能1、敏感度 炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应的难易程度 。 热敏感度：爆发点，炸药爆炸的最低温度。火焰感度：对火焰的敏感程度。机械感度：对机械能（撞击、摩擦）作用的敏 感程度。爆轰感度

5、：对爆炸能的敏感程度，用起爆药量表示。二、炸药的性能2、爆力炸药爆炸时对周围介质做功的能力,爆力越大，破坏能力越强，破坏的范围和体积越大。3、爆速衡量炸药的局部破环能力。 4、猛度炸药爆炸后对与之接触的固体介质的局部破坏能力称为猛度。炸药的爆速越高，其猛度越大。5、 殉爆距离一个药包爆炸后，能引起与它不相接触的邻近药包爆炸的最大距离称为殉爆距离。6、安定性是指其物理化学性质的安定性，主要表现为吸湿、结块、挥发、渗油、老化、冻结和化学分解等。三、炸药种类1、硝铵类炸药组成：硝酸铵为主，其次是梯恩梯或硝酸钠（钾）特点：价格低廉，安定性好、威力大、易潮解2、浆状炸药组成：由氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝

6、剂为基本成分组成的混合炸药。特点：抗水性强、密度高、爆炸威力较大、原料广、成本低和安全。三、炸药种类3、乳化炸药组成：硝酸铵、硝酸钠水溶液与碳质燃料通过乳化作用，形成的乳脂状混合炸药。特点：爆炸性能好、抗水性能强、安全性能高、环境污染小、原料来源广和生产成本低、爆破效率比浆状及水胶炸药更高。4、硝化甘油炸药组成：硝化甘油与二硝基乙二醇的混合物。特点：抗水性强、密度高、爆炸威力大，敏感度高，安全性差，价格昂贵。5、煤矿许用炸药在岩石炸药的基础上外加一定比例的食盐作为消焰剂的炸药。炸药的形式： 隧道爆破使用的炸药一般均由厂制或现场加工成药卷型式，可按爆破设计的炸药品种、装药结构和用药量来选择使用。

7、药卷直径有32mm、35mm、40mm等，长度为165500mm，而周边光爆炸药药卷直径一般为22mm、25mm，长度为200mm600mm。三、炸药种类四、起爆方法和起爆材料1、火雷管起爆法即发雷管（一点火，就爆炸）火雷管成本低，使用比较简单灵活，不受杂散电流的影响，应用广泛。隧道工程中常用的是8号和6号雷管借药芯燃烧传递火焰，引爆火雷管。它需借助点火器材点燃。燃烧速度一般在100125s/m。（2）导火索（1）火雷管利用点燃的导火索产生的火焰先使雷管爆炸，进而引起药包爆炸的起爆方法。不能很好的控制起爆顺序四、起爆方法和起爆材料（3）火雷管起爆法原理四、起爆方法和起爆材料2、电雷管起爆法（1

8、）电雷管起爆原理是在火雷管中加设电发火装置而成的，用导电线传输电流使装在雷管中的电阻发热而引起雷管爆炸的（2）电雷管类型即发电雷管：通电即爆破迟发电雷管：通电后延迟一段时间爆破（段数越大，延期时间越长）四、起爆方法和起爆材料3、塑料导爆管起爆（1）塑料导爆管起爆原理是在聚乙烯塑料管的内壁涂有一层高能炸药，管壁上的高能炸药在冲击波作用下可以沿着管道方向连续稳定爆轰，从而将爆轰传播到非电雷管使雷管起爆。（2）优点抗电、抗火、抗冲击性能好；起爆、传爆性能稳定。塑料导爆管的结构1-塑料管；2-炸药粉末四、起爆方法和起爆材料四、起爆方法和起爆材料3、塑料导爆管起爆（3）非电导爆管雷管非电导爆管雷管与塑料

9、导爆管配合使用段别越大，延发时间越长（4）组成起爆元件（8号火雷管和导火索、击发枪、专用激发器）传爆元件（导爆管）联结与分流元件末端起爆元件（导爆管雷管）非电导爆管四、起爆方法和起爆材料3、塑料导爆管起爆（5）导爆管起爆系统爆破过程是：击发起爆雷管，从而使传爆元件中的导爆管起爆传爆，当导爆管传爆到联结元件中的传爆雷管时，雷管起爆，再引起周围的导爆管起爆和传爆，这样连续传爆下去，进而使所有的炮眼炸药起爆。 炮眼旁数字为导爆管雷管的段别四、起爆方法和起爆材料3、塑料导爆管起爆（5）导爆管起爆系统四、起爆方法和起爆材料3、塑料导爆管起爆（1）塑料导爆管起爆原理导爆索是以单质猛炸药黑索金或泰安作为索芯

10、的传爆材料，它经雷管起爆后，可以直接引爆其他炸药（2）分类普通导爆索：具有一定的防水性能和耐热性能，但在爆轰传播过程中火焰强烈。（露天爆破）安全导爆索：普通导爆索的药芯或外壳内加了适量的消焰剂，使爆轰过程中产生的火焰小，温度低。（瓦斯或矿尘）四、起爆方法和起爆材料5、电子雷管起爆（1）电子雷管（数码智能雷管）采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管（2）优点具备起爆延期时间控制、起爆能量控制功能；能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试；并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信。四、起爆方法和起爆材料5、电子雷管起爆（3）电子雷管组成雷管：起爆炸药编码器：是在爆破现场对每发雷管设

11、定所需的延期时间起爆器：控制整个爆破网路编程与触发起爆。雷管编码器起爆器（4）起爆网络四、起爆方法和起爆材料4.3 隧道爆破设计一、炮眼布置1、炮眼的种类和作用掏槽眼增加临空面，提高爆破效果辅助眼扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面周边眼炸出较平整的隧道断面轮廓1-4：掏槽眼19、21周边眼其余炮眼：辅助眼一、炮眼布置2、炮眼的布置原则和方法布置原则：先布置掏槽眼，其次周边眼，最后辅助眼；方法：掏槽眼布置在中央偏下，比其他炮眼深15-20cm；周边眼严格沿设计开挖轮廓设置，尽量布置均匀；周边眼开眼位置硬岩在轮廓线上，软岩可向内偏移510cm。底眼和掏槽眼同深；在掏槽眼、周边眼之间布置辅

12、助眼，满足E/W=0.60.8。3、掏槽型式（1）斜眼掏槽一、炮眼布置3、掏槽型式（2）直眼掏槽一、炮眼布置一、炮眼布置（3）斜眼和直眼掏槽特点斜眼掏槽优点：可以按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度；容易把石渣抛出，掏槽眼的个数较少。缺点：眼深受到坑道断面尺寸的限制；不便于多台钻机同时钻眼；钻眼方向不够准确。直眼掏槽优点：便于多机同时钻眼；不受断面尺寸对爆破进尺的限制；可采用深孔爆破；石渣抛掷距离较短。缺点：炮眼个数较多，炸药单耗值较大。（1）计算公式 N 炮眼数量，不包括未装药的空眼数； K 单位炸药消耗量 ； S开挖断面积， ； 每米药卷的炸药重量 装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值。

13、二、隧道爆破设计1、炮眼数量炸药单耗K的确定二、隧道爆破设计（2）经验数值参考表（3）经验类比法确定根据类似工程爆破条件确定炮眼数目二、隧道爆破设计1、炮眼数量二、隧道爆破设计2、炮眼深度（1）定义眼口到眼底的垂直距离。（2）如何确定炮眼深度一般以循环进尺作为炮眼深度。软岩：循环进尺一般在0.81.5m左右。硬岩：35m（根据机械的最大钻进深度、钻眼的效率有关）二、隧道爆破设计3、装药量的计算及分配（1）总装药量采用体积公式计算：Q=kV（kg）K爆破每立方米岩石所需炸药的消耗量V一个循环进尺所爆落的岩石总体积，V=LS；L计划循环进尺 ；S开挖面积。二、隧道爆破设计3、装药量的计算及分配（2

14、）分配：原则：各炮眼的作用不同，因而各部位炮眼的装药量也不相同，掏槽眼的装药量最多，其次是底眼，然后是辅助眼，周边眼的装药量最少。分配：掏槽眼：最多； 中硬岩9095%辅助眼：次之周边眼：最少；软岩：40190g/m硬岩：300400g/m 底眼：单孔装药量q=qaWL单孔药卷量：单眼装药量为半卷，整卷计量为宜二、隧道爆破设计4、装药结构（1）定义：装药结构是指继爆药药卷和起爆药药卷在炮眼中的布置方法。（2）分类1）按起爆药卷的位置： 正向起爆和反向起爆：2）按装药的连续性： 连续装药；间隔装药。（1）正向装药(起爆)：是将起爆药卷放在眼口第二个药卷位置上，雷管集中穴能量向眼底传递，并用炮泥堵

15、塞眼口。（2）反向装药(起爆)：是将起爆药卷放在眼底第二个药卷位置上，保证最大限度的利用炸药能，既可保证不破坏眼底岩石，还因雷管集中穴朝外，可取得好的效果。（3）连续装药：这种装药方式就是把药卷一个紧接一个地装入炮眼，直至把该炮眼需用量装完。（4）半个药卷，在隔一定距离再装半个药卷直到预计药量装填完毕。二、隧道爆破设计二、隧道爆破设计二、隧道爆破设计采用导爆管起爆法。还应根据各种炮眼所起的作用来确定起爆顺序。一般是先掏槽眼、辅助眼、底板眼、周边眼。二、隧道爆破设计5、起爆方法和起爆顺序4.4 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

16、整个隧道爆破的成洞质量。隧道控制爆破是指光面爆破和预裂爆破。 通过一系列措施对开挖部位的周边实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破方法。一、光面爆破1、定义开挖轮廓成形规则，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、隧道光面爆破标准 一、光面爆破(1)周边炮眼间距E控制周边轮廓线，一般取E=（1018）d 完整性的岩石E宜取大值，坚硬和节理裂隙发育的岩石E宜取小值；也可以按照下表选取一、光面爆破3、隧道光面爆破的主要参数 (2) 光面层厚度及炮眼密集系数K=E/W 1；K=0.8左右较为适宜W=60 90cm(3)装药量

17、既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏 。软岩：40150g/m硬岩：250400g/m 一、光面爆破3、隧道光面爆破的主要参数 （1）使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力小的炸药。 （2）采用不偶合装药结构。 （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。（4）周边眼应尽量做到同时起爆。（5）严格控制装药集中度(装药量)。一、光面爆破4、隧道光面爆破的技术措施二、预裂爆破 1、定义让周边眼最先起爆，沿周边眼连线形成预裂面，最后在起爆其他炮眼，进而控制岩体的开挖轮廓。预裂面的存在，对后爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起反射和缓冲作用，可以减轻爆轰波对围岩

18、的破坏影响，保持岩体的完整性，爆破后的开挖面整齐规则。二、预裂爆破 2、区别（1）起爆顺序不同光面爆破先引爆掏槽眼，然后辅助眼，最后周边眼。预裂爆破先引爆周边眼，然后掏槽眼，最后辅助眼。（2）适用条件不同光面爆破适用围岩稳定性好的硬质围岩；预裂爆破适用稳定性较差软弱围岩（3）实施过程爆破技术较光面爆破更为复杂4.5 水压爆破一、水压爆破原理1、定义水压爆破是将药包置于注满水的被爆容器中的设计位置上，以水作为传爆介质传播爆轰压力使容器破坏，且空气冲击波、飞石及噪声等均可有效控制的爆破方法。利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，十分有利于岩石破碎。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎，炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。2、隧道水压爆破一、水压爆破原理3、钻孔水耦合装药爆破特