隧道爆破(讲义资料)

铁路隧道爆破第三部分地下工程系刘勇1精选ppt隧道施工爆破概述炮眼的种类及作用掏槽眼布置隧道爆破参数及炮眼布置周边眼的控制爆破钻爆施工钻爆设计实例2精选ppt一、隧道的基本概念第一节隧道爆破施工概述二、围岩分级隧道的定义隧道的分类隧道施工方法以围岩的稳定性为基础的分级方法岩石强度完整性3精选ppt三、岩石隧道爆破特点临空面少要求高地质条件复杂4精选ppt第二节炮眼的种类及作用掏槽眼辅助眼周边眼图5-1炮眼布置图5精选ppt一、掏槽眼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中的红色炮眼。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。6精选ppt二、辅助眼位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。如图5-1中的黑色炮眼。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。7精选ppt三、周边眼周边眼(perimeterhole)。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。如图5-1中的蓝色炮眼。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、顶眼、底眼。8精选ppt一、斜眼掏槽第三节掏槽眼布置斜眼掏槽（inclinecut）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、单向掏槽等。隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。9精选ppt单向掏槽由数个朝同一方向倾斜的炮眼组成。适用于隧道断面内有软弱夹层、层理、节理和裂隙时。单向掏槽法可根据巷道断面大小或软夹层的厚度不同，布置一排或两排掏槽眼。掏槽眼的倾斜角度一般为50°~70°，岩石坚固程度高，角度取小值(一)斜眼掏槽布置形式10精选ppt(a)顶部掏槽(b)底部掏槽(c)侧向掏槽(d)扇形掏槽11精选ppt楔形掏槽由两排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成一个楔形槽。楔形掏槽的分类及适用条件分为：水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽水平楔形掏槽适用于岩层为水平层理时。垂直楔形掏槽适用于中硬以上的均质岩石12精选ppt(a)垂直楔形掏槽(b)水平楔形掏槽13精选ppt垂直楔形掏槽爆破参数围岩级别α（°）斜度比a(cm)b(cm)炮眼数量（个）Ⅳ级以下Ⅲ级Ⅱ级Ⅰ级75～8075～8070～7555～701:0.27～1:0.181:0.27～1:0.181:0.37～1:0.271:0.47～1:0.3770～8060～7050～6030～503030252044～66614精选ppt掏槽数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出。掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，岩堆分散。楔形掏槽的特点bαL=0.5~0.7BB15精选ppt为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽复式楔形掏槽16精选ppt17精选ppt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。(a)三角锥(b)四角锥(c)五角锥18精选ppt锥形掏槽围岩级别α（°）a(cm)眼数（个）Ⅳ级以上Ⅲ级Ⅱ级Ⅰ级706865601009080703456锥形掏槽爆破参数19精选ppt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。优点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。

缺点(二)斜眼掏槽的优缺点20精选ppt二、直眼掏槽直眼掏槽(cylindercut)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。21精选ppt(一)直眼掏槽的布置形式柱状掏槽(a)菱形布置(b)楔形布置(c)三角形布置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。22精选ppt作为临空孔(freehole）的空眼(busterhole)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；当孔眼深度为3.0m～3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5m～5.15m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。23精选ppt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，其连线呈螺旋形，并且由近及远依次起爆a=(1.0～1.5)Db=(1.2～2.5)Dc=(3.0～4.0)Dd=(4.0～5.0)DD为钻孔直径，一般不小于100mm1234acdb24精选ppt(二)直眼掏槽的特点适用于中硬岩层或坚硬岩层适宜采用中深孔爆破凿眼效率高炮眼利用率高抛掷距离短耗药量大要求严格25精选ppt(三)影响掏槽效果的因素眼距最先一段起爆的炮眼与空眼的距离空眼直径、眼距与岩石爆破效果关系26精选pptφdaA中空眼炮眼隧道局的建议公式一般情况下不大于空眼直径的2倍常用的空眼直径为102mm，眼距采用18~20cm27精选ppt空眼数目空眼数目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空眼数目越多。装药

装药长度占全眼长的70~90%辅助抛掷

将空眼加深100~200mm，并在空眼底部放1~2卷炸药。钻眼质量28精选ppt(四)直眼掏槽实例雷公尖、大瑶山隧道灰黑色厚层加中厚层隐晶质灰岩，Ⅱ级围岩。开挖断面100m2左右，钻眼深度5.15m。装药眼直径48mm，中空眼直径102mm29精选ppt花果山隧道致密块状的花岗岩，Ⅲ级围岩。开挖断面100m2左右，钻眼深度3.9m和5.15m。装药眼直径48mm，中空眼直径102mm30精选ppt瑞典样板掏槽31精选ppt三、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。32精选ppt四、减轻地震动掏槽为了减少掏槽眼的爆破震动，经常采用特殊掏槽形式。复式楔形掏槽33精选ppt混合掏槽34精选ppt直眼分层掏槽35精选ppt增加空眼直眼掏槽36精选ppt五、竖井掏槽爆破圆锥形深眼掏槽37精选ppt大直径空眼掏槽38精选ppt一、隧道控制爆破的分类第四节周边眼的控制爆破光面爆破预裂爆破光面爆破是指延开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，已形成平整的轮廓面的爆破作业。预裂爆破是指延开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，已形成平整的轮廓面的爆破作业。39精选ppt二、光面爆破与预裂爆破的关系相同点区别孔距必须与最小抵抗线相匹配采取不耦合装药或装填低威力炸药同组光爆孔(预裂孔)同时起爆起爆顺序不同装药量不同40精选ppt三、光面爆破与预裂爆破的成缝机理爆炸后围岩的静压力场41精选ppt应力集中的预裂效应42精选ppt爆轰气体的楔入效应43精选ppt四、隧道光面爆破控制标准开挖轮廓成形规则，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44精选ppt设计参数45精选ppt周边眼间距一般取Ki=10~18在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件。即46精选ppt光爆层厚度及炮眼密集系数一般取K=0.8

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抗线W。周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系，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较大影响。47精选ppt装药不耦合系数一般取装药不耦合系数≥2~5

合理的不耦合系数应使爆炸后作用在孔壁上的压力低于岩石的动抗压强度，而高于其动抗拉强度。48精选ppt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/m～0.25kg/m,全断面一次起爆时，一般可达0.30kg/m～0.35kg/m。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。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。49精选ppt岩石类别炮眼间距E（cm）抵抗线W(cm)密集系数(K=E/W)装药集中度(kg/m)硬岩中硬岩软岩55～7045～6535～5060～8060～8040～600.7～1.00.7～1.00.5～0.80.30～0.350.20～0.300.07～0.12表5-6光面爆破一般参考数值50精选ppt五、隧道预裂爆破控制标准不平整度不超过15cm保存有80%~90%以上的半面炮眼痕迹无明显的爆破裂缝51精选ppt设计参数岩石类别炮眼间距E（cm）至内排崩落眼间距(cm)装药集中度（kg/m）硬岩中硬岩软岩40～5040～4535～404040350.30～0.400.2～0.250.07～0.12表5-8预裂爆破参数52精选ppt一、隧道爆破参数的确定第五节隧道爆破参数及炮眼布置炮眼直径炮眼数目炮眼深度装药量53精选ppt炮眼直径炮眼直径对凿岩生产率、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、洞壁平整程度和围岩稳定性一般隧道的炮眼直径在32mm～50mm之间54精选ppt炮眼数目炮眼数量主要与开挖断面、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55精选ppt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/m3～2.4kg/m3；

S—开挖断面积，m2；

τ—装药系数γ—每米药卷的炸药重量（kg/m）第一种方法56精选ppt第二种方法首先计算周边眼数量N1和装药量Q1式中：Bl—隧道开挖断面周长；B—隧道开挖宽度a—周边眼间距；L1—周边眼钻孔平均深度

γ1—周边眼每米药卷的炸药重量（kg/m）57精选ppt其次计算总的装药量然后计算掏槽眼和辅助眼数量式中：L—炮眼的平均深度L2—辅助眼和掏槽眼的平均深度

γ2—辅助眼和掏槽眼每米药卷的炸药重量（kg/m）τ2—辅助眼和掏槽眼的装药系数η—炮眼利用率，一般取0.8~0.9558精选ppt第三种方法首先计算掏槽眼数量N1和装药量Q1其次计算周边眼数量N2和装药量Q2然后计算周边眼数量N3和装药量Q3最后计算炮眼数量N和装药量Q59精选ppt一、隧道爆破参数的确定第五节隧道爆破参数及炮眼布置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。L60精选ppt对于斜眼掏槽，由于施工原因和岩石的夹制作用，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.5～0.7倍，当围岩条件好时，采用较小值。按开挖断面跨度确定炮眼深度L=（0.5～0.7）B61精选ppt按每掘进循环的进尺数来确定按每掘进循环中所占时间来确定目前常用的炮眼深度为1.8m~2.5m62精选ppt装药量的计算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。63精选ppt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;64精选ppt二、炮眼的布置布置原则先布置掏槽眼，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15cm～20cm。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。65精选ppt周边眼应严格按照设计位置布置断面拐角处应布置炮眼。周边眼设计位置应考虑0.03～0.05的外插斜率。66精选ppt保证光爆层的合理厚度靠近周边眼的辅助眼分布均匀。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。层状岩层炮眼方向应尽量垂直于层理面。67精选ppt布置方式直线形布置形式简单且易掌握，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。68精选ppt布置方式多边形布置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69精选ppt弧形布置顺着拱部轮廓线，逐圈布置炮眼。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70精选ppt圆形布置当开挖面为圆形时，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71精选ppt一、隧道开挖方法第六节钻爆施工全断面开挖法台阶开挖法导坑法分部开挖法钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要环节，包括钻孔、装药、堵塞和爆破后可能出现的问题处理等72精选ppt二、钻爆施工钻眼钻眼设备气腿式凿岩机三臂凿岩台车73精选ppt支腿式全液压凿岩机74精选ppt钻眼施工注意事项(1)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(2)湿式凿岩装药装药前一定要清孔使用木质或竹制炮棍注意保护起爆装置75精选ppt堵塞禁止无堵塞爆破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%。堵塞长度当炮眼直径为φ25mm或φ50mm时，堵塞长度不能小于18cm和45cm。和最小抵抗线有关，通常取0.2~0.5W76精选ppt起爆注意爆破安全，发布三次信号第一次：清场第二次：起爆第三次：解除起爆爆后检查与处理检查危石、塌方、盲炮、支护破坏情况77精选ppt一、隧道爆破的设计程序第六节隧道爆破设计实例1、准备阶段隧道开挖断面工程地质施工方案爆破技术要求查阅相关设计图,了解工程概况78精选ppt工期安排循环进尺施工机械查阅并了解施工组织设计情况实地考察爆破器材的选型及订购小型的爆破试验79精选ppt2、设计阶段确定开挖方案、循环进尺、炮眼直径查阅类似工程资料初步设计现场试爆修改设计80精选ppt二、隧道爆破设计文件的编制1、炮眼布置图炮眼间距抵抗线总的断面尺寸起爆顺序掏槽眼要单独画图81精选ppt2、装药参数表炮眼名称炮孔编号孔深/m孔数单孔装药量/kg总装药量/kg雷管段别掏槽眼1~62.261.27.21辅助眼7-122.060.95.4313~242.0120.910.85周边眼25~462.0220.6313.867底板眼47~512.251.055.259合计5142.5182精选ppt3、设计说明设计依据适用条件施工要求及注意事项机具及材料的有关说明安全要求83精选ppt3、必要的附图装药结构图爆破网路连接图钻眼分工顺序图装药分工顺序图84精选ppt三、隧道爆破设计实例(一)全断面爆破设计实例1、工程概况隧道穿越Ⅲ级围岩，地下水不发育，普氏系数f=4~6，隧道断面设计为半圆拱形，开挖宽度为4.5m，高4m。85精选ppt2、施工方案选择采用全断面光面爆破开挖，每月施工28d，采用4班循环平行作业，月掘进计划210m。3、爆破参数选择(1)炮眼直径采用2号岩石铵梯炸药。掏槽眼和辅助眼采用φ35mm，长度165mm，每卷质量为150g；周边眼采用φ22mm，长度270mm，每卷质量为105g。根据现场施工机具，炮眼直径选用42mm。86精选ppt(2)炮眼深度每循环的计划进尺数：取炮眼利用率为0.93，则炮眼深度为：实际取炮眼深度为2m，实际循环进尺为：87精选ppt掏槽眼及底眼的深度为：辅助眼及周边眼的深度为：88精选ppt(3)每一循环装药量计算89精选ppt(4)掏槽眼布置根据围岩情况和实际开挖进尺，决定采用垂直楔形掏槽。掏槽形式采用6个掏槽眼，掏槽眼与开挖面的夹角取75°，上下两对掏槽眼间的距离取60cm，同一平面上两炮眼眼底的距离为30cm。掏槽眼参数90精选ppt91精选ppt掏槽眼长度掏槽眼的装药系数为0.55，则单孔装药量为：掏槽眼装药量实际取1.2kg(8卷)掏槽眼总装药量为：92精选ppt(5)周边眼光面爆破参数选择根据围岩情况和隧道断面尺寸，光爆孔间距取500mm，最小抵抗线取600mm，光爆孔密集系数为0.83。周边眼数量实际取22个周边眼周边眼间距及最小抵抗线93精选ppt周边眼单孔装药量为了保证开挖净空，周边眼向外倾斜，眼底距轮廓线为100mm。则周边眼的长度为：取周边眼的线装药密度为0.3kg/m，则单孔装药量为：实际取0.63kg(6卷)94精选ppt周边眼总装药量周边眼的总装药量为：95精选ppt(6)辅助眼参数选择炮眼数量实际取23个96精选ppt辅助眼单孔装药量实际取0.9kg(6卷)底板眼单孔装药量实际取1.05kg(7卷)97精选ppt4、炮眼布置98精选ppt5、爆破参数表炮眼名称炮孔编号孔深/m孔数单孔装药量/kg总装药量/kg雷管段别掏槽眼1~62.261.27.21辅助眼7-122.060.95.4313~242.0120.910.85周边眼25~462.0220.6313.867底板眼47~512.251.055.259合计5142.5199精选ppt6、爆破网路及起爆采用毫秒导爆管雷管，孔内延期起爆。采用簇联网路，所有炮眼共分为6簇。每簇采用一发瞬发导爆管雷管起爆，6发导爆管雷管由一发火雷管起爆。100精选ppt火雷管导火索瞬发导爆管雷管101精选ppt(二)台阶法开挖爆破设计实例1、工程概况堡镇隧道位于长阳县的贺家坪镇和榔坪镇之间，隧道采用左、右两单线方案。隧道穿越Ⅳ、Ⅴ级围岩，地下水不发育，普氏系数f=2~3，隧道断面设计为椭圆形断面，开挖宽度为7.46m，高9.85m。102精选ppt103精选ppt2、施工方案选择Ⅳ级围岩地段采用台阶法光面爆破开挖，每月施工24d，采用3班循环平行作业，月掘进计划180m。3、爆破参数选择(1)炮眼直径采用2号岩石铵梯炸药。掏槽眼和辅助眼采用φ35mm，长度165mm，每卷质量为150g；周边眼采用φ22mm，长度270mm，每卷质量为105g。根据现场施工机具，炮眼直径选用42mm。104精选ppt(2)炮眼深度每循环的计划进尺数：取炮眼利用率为0.9，则炮眼深度为：105精选ppt(3)上台阶布置106精选ppt(3)下台阶布置107精选ppt(3)爆破参数108精选ppt(三)瓦斯隧道爆破1、瓦斯隧道的一般介绍瓦斯指从煤(岩)体内渗出的各种有害气体的总称，包括沼气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等，在一定压力、温度条件下，瓦斯遇到火源将发生燃烧或爆炸，给施工带来极