隧道光面爆破

1、隧道光面爆破目前，全局在建隧道80.5座，总长度185.53km，绝大部分隧道是需要爆破作业的石质隧道。做好隧道的光面爆破，对隧道施工的安全、质量、工期及经济效益都具有重大的意义。为了节省时间，本课不多讲爆破的理论，也不面面俱到，仅针对隧道的光面爆破技术重点谈一点意见。要谈光面爆破，必须首先要了解爆破的一些基础知识。一、爆破器材（一）炸药。工业炸药共分三类：煤矿许用炸药、岩石炸药、露天炸药（见下表）。隧道工程常用的炸药、性能及适用范围序号炸药名称药卷规格药卷性能适用范围优缺点比较直径（mm）长度（mm）质量（g）密度g/cm3爆速m/s猛度mm爆力ml殉爆距离cm有害气体l/kg保存期月12号

2、岩石硝铵炸药（标准型）351651500.953050123207436适用于一般岩石隧道，40mm以下的炮眼爆破；大口径光爆。22号岩石小药卷222701050.8422003203436适用于一般岩石隧道的周边眼光爆。31号抗水岩石硝铵425004500.9538501432012456适用于一般有水岩石隧道，42mm深孔爆破。41号抗水岩石硝铵（小25165800.962400123206456适用于一般有水岩石隧道的周边中）眼光爆。适用于坚硬岩石RJ-2:乳胶13隧道，48mm的5炸药（大403304901.241001634013426深孔爆破；防水中）炸药。适用于一般有水RJ-2乳

3、L胶的岩石隧道，6炸药（标准322001901.2360012340942640mm以下的炮型）孑L;大口径光爆。粉状硝化380适用于一般涌水7甘油炸药322001701.142001641015406量大的隧道、竖（标准型）井、斜井爆破。粉状硝化甘油炸药2300适用于岩石隧道8（2号光225001521.1270013.741010408的周边眼光爆。爆）适用于48mmSHJ-K型水1.0532009胶炸药354006501.30350034035的深孔岩石隧道爆破。EJ-102乳1.1515适用于一般有水10化炸药（标322001701.354000198814310122229岩石隧道的

4、爆准型）破。EJ-102乳1.1515适用于一般有水11化炸药（小205001901.354000198814322229岩石隧道的周边直径）眼光爆。瞬发导爆管雷管毫秒导爆管雷管半秒导爆管雷管秒延期导爆管雷管（二）起爆材料：r导爆管雷管1、火雷管火雷管是最简单的一种雷火雷管：j用本低索连用灵活不复杂，不受散电流影响，使用广泛，但受撞击、磨擦和火花能引起爆炸，火雷管全是即发雷管。我们目前常用的毫秒导爆雷管共分三个系列：第一系列20段，分别相距25-300ms；第二系列分21段；第三系列分30段。每段里面段数越大，相隔爆破的时间就越长；雷管按起爆能量大小分为10个等级（号数），号数愈大，起爆能力也

5、愈强，常用的是6号和8号雷管。瞬发电雷管2、电雷管J（秒延期雷管正辛舎J毫秒延期雷管毫秒延期电雷管的延期材料为缓燃剂毫秒雷期时间较长，精确度不高；所有电雷管抗静电等杂散电流、雷电、射频辐射不强，安全性不高，属于隧道限制使用产品，多用于有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中，它是目前能采用的唯一起爆方法。3、导火索用来传递火焰给火雷管，配合火花起爆法使用。导火索的燃速一般在110-130m/s范围内；缓燃导火索则为180-210m/s或200-350m/s，具有一定的防潮耐水性能。普通导火索不能在有瓦斯或有矿山类爆炸危险的场所使用。目前，隧道施工中已基本不再使用导火索加火雷管的起爆系统，而使用非电起爆系统

6、。4、导爆管塑料导爆管是用来传递微弱爆轰力，给非电雷管使之爆炸的传爆器材。塑料制成外径3.0mm，内径1.5mm的半透明管，内壁涂有高性能炸药。其传爆速度可达1900-2000m/s，其本身须使用非电雷管起爆。导爆管本身比较安全，扭曲、打结、水下（8om均能正常起爆，在火焰和机械的作用下不能燃烧和起爆。在导爆管出口端喷出的爆破药可以引爆火雷管，但不能引爆炸药，其本身只能用火雷管、导爆索、击发枪、专用激发器发爆。其连接和分枝可集束捆扎雷管继爆，也可以用连通器连接继爆。5、导爆索与继爆管导爆索为红色的高压聚乙烯塑料管，采用高级烈性炸药为索芯，可直接引爆炸药。对导爆索可理解为“细长连续的小号雷管”。

7、其本身须用雷管起爆。导爆索为普通导爆索和安全导爆索两种。切割导爆索应使用锋利刀具，不应使用剪刀剪断。安全性能同上条。普通导爆索是目前使用较多的一种，它具有防水和耐热性能，但在爆轰传播过程中火焰强烈，故只能在没有瓦斯的爆破环境中使用，其爆速6500m/s。由于导爆索可直接引爆炸药，故在隧道光爆中广泛使用于周边眼的光面爆破，从而减少了雷管数量，实现了少装药量，达到有控制的弱爆破的目的。继爆管是一种专门与导爆索配合使用的传爆器材，具有毫秒延期作用和具有抵抗杂散电流及静电引起爆炸危害能力，因此，导爆索-继爆管起爆系统得到了广泛的应用。其缺点是成本比毫秒电雷管系统高，在有瓦斯的环境不能使用，起爆网络中的

8、导爆索不能交叉，如果周边眼为一个起爆时间，可不用继爆管。有资料表明，以上三种起爆系统的费用比为：导爆管系统：电力系统：导爆索系统=1.0:123.0二、炮眼的种类和作用（一）种类，炮眼按其所在开挖断面的位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同，大致分为三种：1、掏槽眼，在开挖断面的适当位置，先行爆破，炸出一个槽腔，为后续的炮眼爆炸创造一个新的“临空面”。2、掘进眼，位于掏槽眼与周边眼之间的所有炮眼，都称掘进眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造更大的“临空面”。把靠近掏槽眼的辅助眼又称“辅助掏槽眼”；把靠近周边眼的一圈掘进眼又称为“内圈眼”，内圈眼对光爆效果起较大作用。3、周

9、边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为“周边眼”。周边眼的作用是爆破后使断面达到设计的形状和规格。炮眼间距应比掘进眼的小，以便爆出较为平顺的轮廓。为便于钻眼，眼口距设计轮廓线约缩短为0.1-0.2m，周边眼的各项参数是决定光爆效果好坏的最关键因素。（二）炮眼管径：手持风钻炮眼直径为32-45mm当采用液压台车、液压钻机时，钻孔直径为48mm、63mm、76mm、102mm、152mm。（三）常用掏槽眼形式及主要参数。掏槽眼爆破时，由于只有一个自由面，周围被围岩所夹持，破碎岩石的条件非常困难，而掏槽的好坏又直接影响着其他炮眼的爆破效果，因此，它是爆破效果好坏的关键，必须合理选择掏槽形式，掏槽角度和装药量

10、。归纳起来，可掏槽眼分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。1、斜眼掏槽眼。是指槽眼方向与工作面按一定角度斜交的炮眼排列形式，通常又分为楔形掏槽和锥形掏槽。（1）楔形掏槽。通常由两排或多排相对称的倾斜炮眼排列组成，爆破后形式一个楔形槽。楔形又分为水平楔形槽（图a）和垂直楔形槽（图b）图a水平楔形槽眼示意图图b垂直楔形槽眼示意图水平楔形槽眼只有当围岩节理为水平层理时才采用，目前现场用的最多的是垂直楔型掏槽眼。垂直楔型掏槽常用于较大断面中硬度以上的均匀岩石。a、B、b这三个参数是影响掏槽效果的重要因素，围岩不同而有所不同。楔形掏槽眼的优点是，因为槽眼比较集中，爆破效果较好，掏槽体积大，可将岩石抛出，适应

11、各种不同坚硬程度的岩石。但是掏槽眼深度易受到隧道断面尺寸的限制，所以小断面不太适用。楔形掏槽的关键是确定楔形炮眼口之间的距离。该距离视围岩类别及断面大小而定：断石宽在4-5m时，楔形槽眼口距离B放大至2.2m以上；断面宽在3-4m时，槽面宽1.8-2.2之间但无论如何，槽眼口距离不宜小于1.2m，否则效果不好，残眼率高。另外当石质坚硬时，亦可适量增加槽眼距离，让炮眼更加倾斜，减少眼底距掌子面的垂直距离，牺牲进尺，以得到更好的掏槽效果。垂直楔形掏槽眼布置参数（m）围岩类别B(m)b(m)每对炮眼对另一对炮间之间的距离（m）炮眼深度（m）最佳进尺（m）出2.2-2.50.4-0.50.5-0.62

12、.8-3.02.5-2.7IV1.8-2.20.2-0.40.4-0.52.3-2.52.0-2.2V1.4-1.80.1-0.20.3-0.41.8-2.01.4-1.6以上为3-4m最大断面宽度、15卅左右的断面面积的导坑案例。（2）锥形掏槽。是指各掏槽眼以相等或近似相等的角度向槽腔中心倾斜，眼底趋于集中，但不能贯通，爆破后形成锥形槽。炮眼倾斜角度一般为60-70。，岩越硬，倾角越小。眼底距离为0.2-0.4m，石质越硬，距离越小。锥形眼分为三角锥形、四角锥形、五角锥形（见图a。）。锥形掏槽比较可靠，适用于开挖小断面平导、引水洞、斜井等较坚硬（f=4-10）的均质岩层的条件。由于岩石坚硬，

13、锥形掏槽眼深度均宜控制在2m以下，循环进尺在1.5m左右，整个断面上炸药单耗一般在2.5kg/m3以上。图a四角形锥形掏槽炮眼示意图（3）斜眼掏槽适用于各种岩石，掏槽效果较好，所需掏槽眼数目少，单位耗药小于直眼掏槽；槽眼位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。但炮眼深度受掘进断面的限制，特别是小断面施工；爆破时，岩石的抛掷距离较大，爆堆分散而损坏设备和支护。2、直眼掏槽。掏槽眼相互平行且垂直于工作面，其中有一个或几个不装药的空眼，作为装药眼的辅助自由面。在此，只讲一个柱状掏槽。（1）柱状掏槽是充分利用大直径空眼，作为装药眼的辅助自由面和岩石破碎后的膨胀补偿空间，爆破后形成柱状槽口的掏槽爆破临空

14、面。空眼用地质钻打孔，其深度比照炮眼的深度而定。一般情况下，当炮眼深度小于3m时，采用1个；当深3.0-3.5m时，采用2个；当炮眼深度大于3.5-5.0m时，采用3个。这里的空眼直径大于炮眼，炮眼的布置如下所示：图a菱形布置图b三角形布置图c楔形布置直眼掏槽的特点。直眼掏槽眼适用于坚硬或中硬岩石，掏槽深度不受开挖面的限制，适宜于采用中深孔爆破，凿岩作业较方便，各台风钻之间相互干扰少，便于多台风钻同时作业，容易控制眼底深度，使所有炮眼落在同一平面上，在小断石掘进中可达到2.8-3.0m的循环进尺；炮眼利用率100%石渣抛掷距离较近，在大多数岩石中都可采用。但掏槽眼数量多，耗药量较大；对眼距、装

15、药等有严格要求，如设计或操作不当，易造成槽内岩石抛掷不出来。同时，掌子面使用地质钻钻空眼也不方便。(3)直眼掏槽与斜眼掏槽的适用条件序号直接掏槽斜眼掏槽1大小断面均可大断面较适用2韧性岩石不适用对各种地质条件均适用3一次爆破深度可以较大受断面限制不宜太深(5m)4技术要求高，对钻眼精度影响大精度要求不太咼5炸药用量较多相对较少6需用雷管段数多需用雷管段数少7钻眼互相干扰少钻眼时，相互干扰大8渣堆比较集中抛渣远，易打坏设备（4）炮眼的作用及布置。1、掏槽眼：位于断面中部偏下，深度比掘进眼深15-20cm为了加强掏眼槽的掏槽效果，有时又在掏眼槽的周边布设几个辅助槽眼，又叫辅助眼。2、周边眼：在开挖

16、轮廓线周边布设，周边眼的设计参数决定光爆效果成败的关键应精心布置。外插角0.5-0.05，并使前后两轮排眼的限界台阶厚度（即锯齿形的齿高）最小为佳，一般在10cmi507080炮眼利用率%959090质量振动速度cm/sV5V8V123、周边眼的爆破参数理想的光面爆破说到底，就是周边眼所涉及到的各项参数的最佳组合。（见下表）围岩条件隧道开挖跨度(m)周边眼爆破参数炮孔直径(mm)炮孔间距E(mm)光爆层厚度W(mm)密集系数(k)线装药密度(kg/m)整体稳定好中硬到坚硬拱部v535-45600-700500-7001.0-1.10.2-0.3535-45700-800700-9000.9-1

17、.00.2-0.25侧墙35-45600-700600-7000.9-1.00.2-0.25整体稳定一般中硬到坚硬拱部v535-45600-700600-8000.9-1.00.2-0.25535-45700-800800-10000.8-0.90.15-0.2侧墙35-45600-700700-8000.8-0.90.2-0.25节理裂隙很发育，有松软或破碎带拱部v535-45400-600700-9000.6-0.80.12-0.18535-45500-700800-10000.5-0.70.12-0.18侧墙35-45500-700700-9000.7-0.80.15-0.20周边眼间距

18、E当炮眼直径为32-40mm时，一般取E=320-720mm通常情况下，软质或完整的岩石E取大值；反之，或坚硬或节理发育的岩石E宜取小值，装药量也要相应减少。E的大小，只是相对而言，一般条件下，EvW光爆层厚度(W及炮眼密集度(K)的关系。实践证明，周边眼的间距E与光面爆层厚度W关系紧密，通常以周边眼的密集系数K(K=E/W)表示，其大小对光面爆破效果有很大影响，必须使应力波在两相邻炮眼间传播距离小于应力波到临界面到的传播距离，即EvW经验表明K=0.8时较为适宜，光爆层厚度W一般取500-700mm(见下图)。光爆参数示意图装药量。周边眼的装药量通常用线装药密度来表示。所谓线装密度就是单位长

19、度炮眼中的装药量，单位为kg/m。合理的装药量应该是爆破后即能保证沿周边炮眼连心线产生破裂，又不会对围岩产生破坏。在实际施工中，应综合考虑选取。在工程应用中，当围岩坚固性系统数f=4-6时，线装药密度一般为0.15-0.25kg/m;对于硬岩f=8-10和全断面一次起爆时，一般为0.30-0.35kg/m左右(见下表)。光面爆破用药量参数(经验参数)岩石类别周边眼间距E(cm)周边眼抵抗线W(cm)相对距离k(E/W)装药集中度Q(kg/m)极硬岩50-6055-700.8-0.850.25-0.30硬岩40-5050-600.8-0.850.15-0.25软质岩35-4545-600.75-

20、0.80.07-0.12说明表列参数适用于炮眼深度1.0-4.0m，眼直径35-45mm药卷直径22-25mm当断面较小或围岩软弱、破碎或对开挖成形要求较高时，周边眼间距E取较小值；反之取最大值。周边眼抵抗线W值在一般情况下应大于周边眼间距E值，以确保先在周边孔面形成贯通裂缝。软岩取较小E值时，W值应适当增大，E/W软岩取小值，硬岩及小断面取大值。表中q为2号岩石硝铵炸药，选用其他炸药时应修正参数。4、周边眼装药结构间隔装药结构。即药卷之间用空气柱隔开，以减少装药量，降低轰爆力，对周边围岩减少扰动。当采用间隔装药时，相邻眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。此方法用的最多也最普遍，适用多

21、种围岩(见下图)。间隔装药结构（2）小直径药卷连续装药结构（见下图）。（3）导向空眼装药结构（见下图）。即周边眼的两个炮眼之间增加导向空眼，导向空眼至装药眼的距离，一般控制在25-30cm之内，适用于中软且脆的围岩，且整体性较好。（4）专用光爆药卷连续装药结构（见下图）。5、光面爆破常用的技术（1）周边眼的不耦合装药。为达到周边眼爆破后形成光面，且不对周边围岩形成损伤的目的，周边眼通常采用小直径、低猛度、爆轰力低的专用药卷，用不耦合装药来实现光爆。不耦合装药系数即炮孔直径与装药直径之比。例如当炮孔直径为1，装药直径为0.5时，不耦合装药系数为2.0不耦合系数选取的原则,是使作用在孔壁上的压力低

22、于岩石的抗压强度,而高于抗拉强度。经试验和实践证明，采用不耦合装药对光爆起到非常明显的作用。周边眼不耦合装药是光爆必不可少的措施之一,已得到广泛的应用。不耦合系数的大小因炸药和岩层性质不同，一般取1.52.5.其常用的小药卷有C22mm（Z25mm或特定的光爆小药卷，所以物资部门要常备（见下图）。图a:耦合装药图b:不耦合装药（2）用二次爆破调整或验证周边眼参数。为了弄清光爆层与周边眼之间各种参数的相互关系，准确对周边眼和光爆层进行爆破设计，可以先进行除了周边眼以外的爆破，然后对光爆层残留断面厚度、炮眼利用率、装药量等进行评估后，调整周边眼的爆破参数，再对周边眼进行最后爆破，对设计参数予以验证

23、，经过几次试验调整，周边眼的光爆设计就会逐渐达到目标。（3）堵塞炮泥。为了减少爆轰力的损失，提高爆破猛度，延长作用于孔内爆轰力的时间，必须对炮眼进行炮泥堵塞。经试验用炮泥塞孔，可以提高约8%-10%左右的爆破效率。换句话说，两孔要达到同样的爆破效果，用炮泥堵孔可以少用8%-10%的炸药量（见下图）。炮泥比例大致为砂子40%-50%，黏土50%-60%，搓成干硬的长条，塞进炮孔用木棍轻轻捣实。当炮眼直径为32m-45m时，堵塞长度20cm-45cm；深孔爆破堵塞长度应在45cm以上。（4）适当加密周边眼。适当缩小周边眼孔距，可以控制爆破轮廓，避免超欠挖，又不致过大地增加钻眼工作量。孔距不是盲目地

24、加密，其孔距大小与岩石性质、炸药种类、炮眼直径有关，一般E=（818）d，E为孔距，d为炮眼直径。一般情况下，坚硬或破碎的岩石取小值，软岩或完整的岩石取大值。总之，对周边眼要遵循药量宜小不宜多；装药结构宜“隔”不宜连（间隔装药和集中装药）；药卷宜细不宜粗；导爆方式宜“索”不宜“管”；（导爆索和导爆管）周边眼间距宜小大宜大；6、影响光爆破效果的因素（1）地质条件的影响。在中、硬岩石或整体性较好的围岩宜采用中深孔爆破，反之则采用浅孔爆破。在地质构造复杂、裂隙发育的部位，可适当减少炮眼间距，减少装药密度等。（2）炮眼精度的影响。炮眼精度对保证爆破效果影响很大。一是钻眼的定点位置；二是孔距；三是眼孔的角度；四是钻具的选取等。上述几个因素中与钻工的个人技术和技术员的测量放线准确度有关。（3）炸药的品种和装药量。光爆所用炸药与主