隧道爆破施工技术培训2

深圳地铁5号线施工技术培训中铁南方投资发展有限公司2009年4月18日隧道爆破

——隧道爆破技术与施工目录隧道爆破常识1隧道爆破设计2光面爆破和预裂爆破3钻爆施工4深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列一、隧道爆破常识只有一个自由面（临空面）；炮眼深度受到一定限制，这是与隧道围岩条件、打眼机械工具、爆破技术等有关系；受隧道围岩条件的控制，爆破参数主要取决于围岩级别；还取决于开挖方法与断面大小；钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行；隧道爆破、炮眼比较集中，1.5-2个/m2；多采用类比法设计，计算简单。不象洞室爆破、拆除爆破等要进行较复杂的计算和药包的布置。1.1隧道爆破的特点：深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（2）炮眼直径：常采用φ32—φ45mm钻孔，采用液压台车液压钻机时，钻孔一般为φ48mm、φ63mm、φ76mm和大中空孔φ102mm、φ152mm。炮眼深度浅孔——1-3m；手持式风钻、液压钻；深孔——3-5m；钻孔台车、液压钻；超深孔——>5m；钻孔台车、液压钻。 即是通用的“铁路隧道围岩分级”，而不是按岩土可爆性分级分类的。一般Ⅴ、Ⅵ级围岩不用钻爆法。1.2炮眼直径与炮眼深度1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（3）1.4炮眼的种类和作用掏槽眼：针对隧道爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，先在开挖断面的适当位置，布置一些装药量较多的炮眼，先行爆破，炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的“临空面”。辅助眼：位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼，统称为辅助眼。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“临空面”。常把靠近掏槽眼的炮眼并有扩大掏槽作用的炮眼，又称为“辅助掏槽眼”或“扩槽眼”；常把靠近周边眼的一排炮眼，称为“内圈眼”。周边眼：沿隧道周边布置的炮眼，称为周边眼。其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。按其所在不同位置，又可分为“帮眼”、“顶拱眼”、“底板眼”。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（4）1.5隧道钻眼机械设备与装药设备多使用手持式风钻，或将风钻设置于台架上；正推广使用手持液压钻机。重点工程中，全液压凿孔岩台车，有二臂、三臂和四臂台车，轮式和轨行式两种走行方式；国外：电子计算机控制的全自动钻孔台车（凿岩台车）。目前，工地装药仍以手工操作为主，很少使用装药机。装药机应该提倡使用，也是应该大力推广的操作方法。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（5）1.6炮眼布置测量设备在掌子面布孔，是钻爆作业的第一道工序，以前完全是靠已有的中线、水平点，采用人工操作，用红油漆画出隧道轮廓线的方法。采用激光指向仪控制隧道轮廓的方法较为先进，可以利用激光光斑，再画出炮眼位置。目前此法已广泛应用。采用“断面仪”布炮眼的方法最为先进，现在已经在少数工点应用。使用激光指向仪和断面仪布眼，控制轮廓线准确，为隧道爆破取得良好效果的第一道工序的保证。这样才能减少超、欠挖。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（6）1.7常用的隧道爆破器材药卷：二号岩石炸药卷二号岩石乳化炸药卷低爆速光面爆破炸药卷雷管：导爆管毫秒雷管；导爆管1/4秒和半秒级雷管;电雷管起爆药卷——装有雷管的药卷叫做起爆药卷深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破常识（7）1.8隧道爆破有害效应爆破冲击波，应注意其对人对物的伤害。爆破振动，应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。爆破飞石，应注意其对人对物的伤害。爆破有害气体，应注意其对人的伤害。爆破噪音，应注意对人的伤害。爆破粉尘，应注意其对人的伤害。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列二、隧道爆破设计2.1地隧道爆破设计的依据工程地质条件（围岩级别）；开挖方法；开挖断面；掘进循环进尺；钻眼机具；爆破器材；施工队伍的操作技术；周围环境，尤其是城市隧道，更要考虑环境因素。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（2）利用经验参数，利用数理统计出来的参数，作为设计参数。工程类比方法工程地质条件；断面大小；使用的爆破器材，尤其是炸药种类与药径；爆破效果。作一些简单的计算炮眼个数；装药量与单耗、装药集中度等。2.2隧道爆破设计的方法与内容深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（3）要有炮眼布置图：包括掏槽眼、辅助眼、周边眼。掏槽眼较复杂时，应绘制大样图。图中要标明起爆先后顺序和雷管的布置。一般有正面图与剖面图即可。要有钻孔、装药表，标明和表达出钻孔名称、钻孔直径、钻孔深度、角度、装药量、延时雷管段数（段别）、开挖断面、开挖进尺、炮眼利用率、炸药总重、单耗（kg/m3）、雷管单耗（个/m3）。要有简单扼要的说明，包括工程地质条件、钻孔、装药、堵塞要求、安全技术措施以及经济技术指标等。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（4）斜眼掏槽: 斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。水平楔形掏槽锥形掏槽2.3隧道掏槽形式和主要参数深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（5）直眼掏槽 直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，掏槽炮眼形式多样，掏槽深度不受围岩软硬和开挖面断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业，深孔爆破和钻眼机械化，从而为提高掘进速度提供了有利条件。直眼掏槽形式柱状掏槽（或称筒形掏槽）螺旋形掏槽影响直眼掏槽效果的因素眼距、空眼、装药、辅助抛掷、钻眼质量深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（6）混合掏槽与特种掏槽 （1）混合掏槽 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。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（7） （2）特种掏槽复式掏槽二次掏槽深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（8）炮眼直径

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和岩壁平整度均有影响。炮眼数量

炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药品种（性能）有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。2.5隧道爆破参数设计炮眼数量的计算：炮眼数量按照其能装完设计的炸药量来计算。通常按各炮眼平均分配炸药量的原则进行计算。N——炮眼数量q——单位炸药消耗量S——开挖断面面积；χ——装药量系数γ——每米药卷的炸药质量深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（9）炮眼深度

炮眼深度的因素：围岩级别、打眼机械及工具、循环进尺要求、炮眼利用率高、作业循环时间最省、超挖小等技术经济指标。 目前较多采用的是浅孔1.0-1.8m，中深孔2.5-2.3m，深孔3.5-5.15m，当岩石坚硬，断面大，又有深孔钻机时，在采用台阶法开挖时，下台阶可以采用超深孔爆破，深度可达15m。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（10）装药量的计算及分配 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（如台阶法下台阶开挖临空面有2个）、炮眼直径和深度及爆破的质量与安全控制要求来确定。Q——一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V——一个循环进尺所爆落的岩石总体积（“紧方”）L——设计进尺=炮眼深度×炮眼利用率S——开挖断面面积m2深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（11）炮眼布置 按照围岩类别和开挖断面、掏槽型式等在断面图上作图布置炮帽。布置炮眼原则（1）先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。（2）周边眼沿隧道轮廓布置，基本上取等距离布眼，断面拐角拐弯处应布眼，应考虑周边眼有一定的外插角。

周边眼间距E，可根据围岩级别、光面爆破、炮眼直径、药卷种类或预裂爆破、装药结构、断面形式等，结合工程类比加以确定。（3）辅助眼的布置也同样采用类比方法和已有参考值进行。（4）根据爆破方量核算总的炮眼数，并计算出单耗炮眼数（个/m3），并与计算公式计算结果相比较，然后可作适当调整。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（12）（5）当炮眼深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈眼应与周边眼有相同的倾角（外插角角度）。（6）当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，这样爆破效果较好。（7）隧道开挖面炮眼，在上述原则基础上。有以下几种布置方式。直线形布眼：将炮眼按垂直方向或水平方向围绕掏槽开口呈直线形逐层排列。多边形布眼：围绕掏槽部位由里向外逐层，布置成多边形。弧形布眼：顺着拱部轮廓线逐圈布眼。圆形布眼：当开挖面为圆形时，炮孔围绕断面中心逐层布置成圆形。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（13）深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（14）起爆顺序的安排 起爆顺序的正确设计是隧道实施光面爆破与预裂爆破的关键。爆破时，炮眼起爆先后顺序正确才能达到理想的爆破效果。

正确的起爆顺序：正确的起爆顺序是先掏槽，后辅助眼，由里向外分层起爆，然后是底板眼、侧壁眼和压顶眼。

起爆延期时间：每一段雷管“内存”有“时间”（比喻），起爆是同时点火起爆的，用不同段的雷管装在炮孔中，则起爆时间“有先有后”，只要正确安排，就达到有顺序地起爆的目的。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（15）起爆延期时间 每一段雷管“内存”有“时间”（比喻），起爆是同时点火起爆的，用不同段的雷管装在炮孔中，则起爆时间“有先有后”，只要正确安排，就达到有顺序地起爆的目的。 起爆延期时间安排的主要原则：前后时间时隔最好为100ms，最小为50ms。预裂爆破和光面爆破周边和底板尽量使用“同段雷管”（同时起爆有共同作用效果）。掏槽炮眼起爆尽量安排炮眼能逐一起爆，掏出更好的槽腔，形成新的临空面。为了减少爆破振动，又要求每次同段雷管起爆总药量（同一段雷管引爆的装药量之和）要控制在允许范围内，同一段雷管起爆的炮眼数目要控制在允许范围内。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（16）

用不同段的雷管装在炮孔中，则起爆时间“有先有后”，只要正确安排，就达到有顺序地起爆的目的。段号毫秒导爆管雷管（ms）半秒导爆管雷管（s）秒导爆管雷管（s）段号毫秒导爆管雷管（ms）半秒导爆管雷管（s）秒导爆管雷管（s）第一系列第二系列第一系列第二系列第一系列第二系列第一系列第二系列10000011460

2250.50.52.5112550

350114213650

4751.51.56314760

5110228415880

61502.52.5105161020

720033

6171200

82503.63.5

7181400

93104.54

8191700

103805.54.5

9202000

导爆管雷管的延期时间深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列隧道爆破设计（17）堵塞炮泥 隧道内所用的炮眼堵塞材料一般为砂子和粘土混合物，比例大致为砂子50%-40%，粘土50%—60%，堵塞长度视炮眼直径和孔深而定。当炮眼直径在φ32和φ45mm时，堵塞长度不能小于20cm和45cm。深孔爆破堵塞长度应在45cm以上。起爆网路在无瓦斯与煤尘爆炸危险的隧道中进行爆破一般都采用导爆管起爆系统起爆。

采用电雷管起爆网路则需要作详细计算与设计。在隧道工地常使用的是并串联网路，把所有导爆管联结成网路后，用火雷管（即发雷管）引爆。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列三、光面爆破和预裂爆破3.1隧道光面爆破方法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，尤其是正确选择周边眼的钻爆参数与装药结构，周边孔爆破是在设计断面主爆体爆破之后最后同时起爆，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，尽可能地保持围岩的完整性和稳定性的爆破技术（或称“方法”）。主要标准

开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩岩壁上保持50%以上的半边炮眼痕迹（亦称“炮眼痕迹保存率”），无明显的爆破裂缝；超欠挖符合规定要求，无危石、无坍塌等现象。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列光面爆破和预裂爆破（2）光面爆破的优越性 对围岩的扰动小，又尽可能保存围岩自身原有的承载能力，这正是实施NATM的基本原则之一，从而改善了初期支护和衬砌结构的受力状况，可以减小初期支护强度。由于围岩岩壁圆顺平整，减少了应力集中和局部落石现象，是隧道防坍的有力措施，从而增加了施工安全度，减少了超挖和回填量，能节省大量混凝土，降低工程成本，加快施工进度。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列光面爆破和预裂爆破（3）隧道光面爆破的主要参数主要参数 周边眼的间距（E），周边眼的抵抗线（W）（即周边眼至内圈眼的距离）、周边眼密集系数（K=E/W）和装药集中度（线装药密度）等。影响光面爆破参数的因素 主要有岩石的可爆性、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备、钻孔直径和深度等，其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择 通常采用简单的计算并结合工程类比法加以确定，在初步确定后，一般可在现场爆破实践中加以修正改善。 有条件的工点或有必要时，可做“爆破成缝试验”深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列光面爆破和预裂爆破（4）周边炮眼间距E周边眼抵抗线W与装药密集系数K周边眼装药量装药种类、装药集中度与装药结构 围岩级别炮眼间距E抵抗线W密集系数K装药集中度qⅠ～Ⅱ55～70cm60～80cm0.7～0.90.30～0.35kg/mⅡ～Ⅲ45～6560～800.7～0.90.20～0.30Ⅲ～Ⅳ35～5040～600.6～0.80.07～0.12光面爆破参数表深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列3.2隧道预裂爆破方法概念 预裂爆破是首先起爆周边眼，在开挖断面内其它炮眼爆破之前，先沿着开挖轮廓线预裂爆出一条裂缝，即各周边眼形成相互贯通的裂缝，与原岩体分割开来，这条裂缝用以反射爆破地震应力波。 起爆顺序是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面，然后起爆掏槽炮眼，再起爆辅助眼。 影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石性质、地质构造、炸药品种、装药结构及施工操作因素等，而这些因素又是相互影响的。光面爆破和预裂爆破（5）深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列光面爆破和预裂爆破（6）确定预裂爆破主要参数的方法 理论计算法、经验公式法和经验类比法三种。就现状来说，预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也很不完善，现在大多数普遍采用经验类比初步确定爆破参数，再由现场试验调整，逐步得到满意结果。 岩石级别炮眼间距E（cm）至内圈眼间距（cm）装药集中q（kg/cm）Ⅰ～Ⅱ40～50400.30～0.40Ⅱ～Ⅲ40～45400.20～0.25Ⅲ～Ⅳ35～40350.10～0.12预裂爆破参数表深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列四、钻爆施工4.1隧道光面爆破方法概念 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开挖方法 隧道施工方法的选用，应根据工程地质和水文地质资料，结合设计断面大小、支护类型、隧道长度、工期要求等因素综合研究确定。当采用钻爆法施工时，一般选用全断面法、台阶法和导坑法等。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（2）钻眼 广泛采用的钻孔设备为凿岩机（手持式风钻、液压钻）和钻孔台车全液压钻机或风动钻机。土办法是台架打眼。也有采用“人机套打”开挖大断面隧道。“人机套打”，在地质条件好，台车开挖与人工手持式风钻台架相配合，长短炮眼结合，达到更好的光面爆破效果。装药 在装药之前，应清孔，将炮眼残碴，积水清除，并检查炮眼位置、深度、角度是否满足操作要求（按设计与打眼误差一并考虑），装药时严格按照设计装药量进行装药，“起爆药卷”（装有起爆雷管的药卷）按设计起爆顺序和雷管段别安排，“对号入座”。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（3）掏槽炮眼 辅助炮眼 周边炮眼目前，还是人工装药为主，机械装药卷机装药正在推广装药的结构型式深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（4）起爆方式 正向起爆 反向起爆 双向起爆实践表明，将起爆雷管装在孔底部位，反向起爆，有利于克服岩石的夹制作用，能提高炮眼利用率，减小岩石破碎块度，减小大块率。现在一般都采取这种方式起爆。隧道周边眼间隔装药时，往往常用正向起爆方式，即从孔口向孔底方向起爆。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（5）堵塞道爆破所使用的炮眼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%，堵塞长度视炮眼直径为定，一般不能小于20cm，炮眼直径在45cm以上时，不小于45cm。堵塞可采用分层人工捣实法进行。炮泥机应广泛使用。国外，也有使用聚乙烯塑料块做堵塞材料的。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（6）起爆起爆网路必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（7）采用导爆管起爆法，联结方法必须正确，簇联每束不起过15根导爆管，为了“准爆”可以使用双雷管起爆。所有联结雷管都必须使用即发雷段（即毫秒管Oms）或用火雷管加装导爆管，联结必须牢靠。起爆网路的雷管，可采用电雷管，电力起爆地点必须在安全地点（一般300m以远）。最安全的起爆方法是采用长导爆管300m，用击发枪起爆网路。但太费导爆管，成本太高，一般不使用。只适合露天或洞室爆破。深圳地铁5号线2021/6/19施工技术培训系列钻爆施工（8）瞎炮的预防与处理瞎炮的预防爆破器材要妥善保管，严格检验，禁止使用技术性能不符合要求的爆破器材。防止导爆管破裂或拉断，防止油、水、泥砂进入导爆管口段。防止爆破器材在有水的工作面被水浸泡，避免爆破器材受潮。同一串联支路上使用的电雷管，其