隧道爆破设计与施工

隧道爆破设计与施工（简读本）中铁隧道集团有限公司李桧祥汇编二○○五年八月一、常用爆破器材 21、常用工业炸药 22、工业雷管 33、索状起爆（传爆）器材 5二、起爆方法 71、起爆方法的分类 72、归纳以上的起爆方法如下： 73、电力起爆法及系统 84、火雷管起爆法及系统 105、导爆索起爆法及系统 106、导爆管雷管起爆法及系统 11三、爆破作用基本原理 141、炸药爆炸的三个基本要素 142、爆破工程的主要特征 143、爆破作用的基本原理 154、爆破的内部作用与爆破的外部作用 16四、常用钻孔机械和装药机械 191、凿岩机： 19五、工程爆破分类 201、岩土爆破 202、拆除爆破 213、水下爆破 214、特种爆破 21六、隧道爆破技术与施工 221、隧道爆破常识 222、隧道爆破设计 253、光面爆破和预裂爆破 384、钻爆施工 42隧道爆破设计与施工一、常用爆破器材1、常用工业炸药1.1工业炸药的特点①具有足够的爆炸威力，以满足各种工程爆破对象的作业要求；②具有较低的机械感度和适当的起爆感度。既能保证生产、贮存、运输和使用的安全，又能保证有效的起爆；③具有较高的热安定性和物理化学相容性；④具有适当的贮存期。在规定的贮存期内，炸药不会变质失效；⑤炸药生产、使用过程中不会给人体和环境带来较大危险或污染；⑥原料来源广泛，价格便宜，加工工艺简单，使用方便，操作安全可靠。1.2常用的工业炸药1.2.主要成分为硝酸铵（氧化剂）、梯恩梯（TNT、敏化剂）和木粉（可燃剂与松散剂）。1.2.主要成分为硝酸铵、柴油和木粉。1.2.主要成分为硝酸铵和硝酸钠的混合氧化剂，以及少量乳化剂、添加剂和水等。1.3常用工业炸药主要性能指标1.3.1铵梯炸药的爆炸性能一般，但稳定性较好。常用的2号岩石铵梯炸药的药卷密度为0.95～1.10g/cm3,作功能力不小于320ml，猛度不小于12mm，出厂时殉爆距离不小于5cm（有效期内不小于3cm），爆速不小于3,200m/s。雷管、导爆索能直接引爆铵梯炸药。药卷外径为32mm或35mm，药卷长度200mm1.3.2铵油炸药不含梯恩梯，其爆炸威力不高，比较钝感，但爆生气体较多。多孔粒状铵油炸药的装药密度为0.90～0.93g/cm3，爆速2,800m/s，作功能力不小于278ml，猛度不小于1.3.3乳化炸药具有良好的抗水性能和爆炸性能，其中2号岩石乳化炸药爆速不小于3,200m/s，作功能力不小于260ml，猛度不小于12mm，殉爆距离不小于3cm，药卷密度为0.95～1.302、工业雷管工程爆破中常用的工业雷管有火雷管、电雷管和导爆管雷管3大类。雷管属于起爆器材，是起爆炸药用的。雷管是高度危险的爆炸物品，其感度较高，生产、运输、贮存和使用时，必须确保安全。工业雷管按管内装药量多少，可分为8号和6号两种，号数愈大，其主装药量愈多，雷管的起爆能力愈强。如8号雷管常用黑索金或太安做主装药，其净药量不少于0.6g，而6号雷管则为不少于0.4g。常用的铵梯炸药卷和乳化岩石炸药卷均使用8号雷管引爆。而铵油炸药则不具有雷管感度，即不能使用雷管引爆。2.1火雷管火雷管是结构最简单的一种雷管，是其它各种雷管的基本部分。火雷管由3部分组成：管壳、加强帽、装药部分。而装药部分包括副装药（起爆药）和主装药，副装药装药量必须能使雷管中的主装药完全爆轰。主装药感度比副装药低，但爆炸威力大。火雷管主要用于炮眼较少的浅孔爆破或裸露药包爆破，禁止在有瓦斯或矿尘爆炸危险的场所使用。2.2电雷管2.2.1电雷管分类（1）按用途不同，分为普通电雷管和煤矿许用电雷管。（2）按通电后爆炸延期时间不同，分为瞬发电雷管和延期电雷管两种。按延期时间长短又分为秒延期雷管、半秒延期电雷管、1/4延期电雷管和毫米延期电雷管。（3）按主装药量的不同，分为8号和6号电雷管。瞬发电雷管是一种通电立即爆炸的电雷管，所以又称为即发电雷管。秒延期电雷管是通电后延迟爆炸时间以秒、半秒、1/4秒为计量单位的迟发电雷管。毫秒延期电雷管（又称微差电雷管），通电后爆炸的延期时间以毫秒（1/1000秒）计。注意国产毫秒雷管其延时不是等差的，为毫秒电雷管1～20段，其毫秒量为0ms、50ms、75ms、110ms、150ms、200ms、250ms、310ms……最后一段20段为2,000ms。延时作用原理：秒延期电雷管起延时作用的是精制导火索（俗称“引线”），并在雷管壳上加设了排气孔。起爆时，引火头点燃精制导火索，导火索燃烧完毕喷出火焰，传递给副装药引爆雷管。其延期长短，是用导火索（精制）的长短来控制。毫秒延期电雷管其延时作用的是延期药（延时剂）。通过改变延期药的成分、配比、压药密度、药量来控制延期时间。2.2.2电雷管结构电雷管的装药部分与火雷管相同，不同的是管内装有电点火装置。电点火装置由脚线、桥丝和引火头组成。2.3导爆管雷管2.3.1特征导爆管雷管内火雷管和导爆管组合而成，是用导爆管内传爆的爆轰冲击能来引爆火雷管的爆破器材。导爆管雷管禁止在有瓦斯、煤尘或有其它爆炸危险的场所使用。2.3.2导爆管雷管的构造导爆管雷管的构造在延期药、副装药、主装药即装药部分与管壳部分与火雷管（无延期药）电雷管都是相同的。不同的是点燃延期药或副装药之前端有一消爆空腔。火雷管与导爆管可以使用一种卡口塞联结在一起使用，（塑料卡口塞）以代替瞬发导爆管雷管。2.3.3导爆管雷管品种导爆管雷管按延期装置有无，分为两类：一是无延期装置（无延期药）的瞬发导爆管雷管；二是有延期装置的，即有延期药的延期导爆管雷管。延期导爆管雷管按其延期时间又分为毫秒导爆管雷管（MS），半秒导爆管雷管（HS）和秒导爆管雷管（S）。有6号与8号两种雷管。一般使用耐水型导爆管雷管。3、索状起爆（传爆）器材工程爆破常用的索状起爆（传爆）器材主要有导火索、导爆索和塑料导爆管。3.1导火索（俗称“引线”）导火索分为普通导火索与缓燃导火索两种。索芯即药芯为黑火药。应具有正常和稳定的燃烧速度，普通导火索燃烧速度为100-125s/m，喷火长度应不小于40mm。一般可贮存2年。主要用来点火雷管。导火索点燃后在一定时间内将火焰传递给火雷管，使火雷管在火花的作用下爆炸，导火索本身不会爆炸。3.2导爆索导爆索按其包缠结构分为两种：棉线导爆索和塑料导爆索。导爆索药芯是用黑索金或太安作成的。因为导爆索内有猛炸药，它不仅具有良好的传爆性能，本身还有一定的爆炸威力。经雷管引爆后，导爆索可以传爆和引爆铵梯炸药或乳化炸药。一般导爆索爆速（传爆速度）为6.,000m/s～6,500m/s。存贮有效期为2年。塑料导爆索，具有防水性能。应特别注意它是可以爆炸的传爆器材，所以应特别防撞击和拉拔。导爆索可“传爆”，可作为“雷管”般引爆炸药，可作为炸药使用于“弱爆破”，如隧道爆破的周边弱爆破，就有将导爆索作为“炸药卷”使用的。3.3导爆管塑料导爆管是一种外径约3mm，内径约1.4mm的白色塑料软管，管子材料为高压聚乙烯，管的内壁涂有薄薄一层混合炸药，其中91%为奥托金或黑索金，9%为铝粉，每米药量仅14～16mg。导爆管的内壁炸药引爆后能够稳定传爆，管内产生的爆轰波可以引爆雷管，但不能引爆工业炸药。导爆管传爆速度为1650±50m导爆管可以与雷管组装在一起成为导爆管雷管。导爆管具有很好的性能，所以自发明以来，在全世界迅速地广泛地采用。导爆管有较好的抗电性能，能抗3万伏以下的直流电，不被击穿；有很好的抗水性能，在水下80m导爆管可用雷管、导爆索和专用起爆器如击发枪等起爆。二、起爆方法1、起爆方法的分类爆破工程是通过工业炸药的爆炸实施的。而引爆炸药有两种方法：一种是通过雷管的爆炸起爆工业炸药；一种是用导爆索爆炸产生的能量引爆工业炸药，而导爆索本身需要雷管将其引爆。注意：在隧道钻爆施工中，两种方法都常使用。按雷管的点燃方法不同，起爆方法分为三种：（1）火雷管起爆法它是由导火索传递火焰点燃火雷管的，也称导火索起爆法。（2）电雷管起爆法它是采用电引火装置点燃雷管的，也称电力起爆法。（3）导爆管雷管起爆法它是利用导爆管传递冲击波点燃雷管的，也称导爆管起爆法。而导爆管则需通过雷管或激发装置引爆。注意：目前在隧道钻爆中，最常用的就是导爆管起爆法了。（4）无线电起爆法，包括电磁波起爆法和水下声波起爆法，它们是遥控引爆电雷管，仍属于电雷管起爆法。2、归纳以上的起爆方法如下：电雷管起爆法火雷管起爆法导爆管雷管起爆法电雷管起爆法火雷管起爆法导爆管雷管起爆法——电力起爆法——电力起爆法雷管起爆法药包起爆方法药包起爆方法非电起爆法非电起爆法导爆索起爆法导爆索起爆法3、电力起爆法及系统3.1电力起爆法就是利用电能引爆电雷管进而直接或通过其它起爆方法起爆工业炸药的起爆方法。构成电力起爆法的器材：电雷管、导线、起爆电源和测量仪表。3.2电力起爆系统示意如下：起爆药包或药卷（1）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→起爆药包或药卷起爆药包或药卷（2）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→导爆索引爆→起爆药包或药卷起爆药包或药卷（3）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→导爆管雷管→起爆药包或药卷3.3电爆网路（1）电爆网路电爆网路由起爆用电源、起爆导线（母线、电缆）和串联或并联或串并联结构的n个起爆用的导线以及电雷管脚线组成。（2）导线电爆网路中的导线一般采用绝缘良好的铜线或铝线。根据导线的位置和作用，可以将导线分为端线、连接线、区域线和主线。在露天深孔爆破和浅孔爆破中，端线、联接线一般多采用截面为0.42～0.45mm2的单芯铜质塑料皮专用爆破软线，主线选用标称截面较大的多芯铜质塑料绝缘电线。在洞室爆破或拆除爆破中，一般端线、连接线、区域线使用标称截面0.5～1.0mm2的两芯铜芯或铝芯线，主线采用标称截面不小于1.5mm2的单芯或两芯铜芯或铝芯线。电爆网路不能使用裸露导线。（3）起爆电源作为电爆网路的起爆电源，应根据计算并满足如下要求：①有一定的电压；能克服网络电阻输出足够的电流。起爆电源必须保证起爆网路中各个电雷管能够获得足够的电流。流径每个电雷管的电流要求为：一般爆破，交流电不小于2.5A，直流电不小于2A；洞室爆破，交流电不小于4A，直流电不小于2.5A。②有一定的功率，以保证有足够的电量供给起爆网路，满足各支路电流总和的要求。③有足够的发火冲能，对电容式起爆器等起爆电源，尽管其起爆电压很高，但其作用时间很短，要保证电爆网路安全准爆，还必须有足够的发火冲能。对国产电雷管，保证电雷管准爆的发火冲能应大于或等于8.0A2.ms。电爆网路常用的起爆电源有三种：①电池，包括干电池和蓄电池；②动力交流电源，220V或380V动力电。③起爆器，属于直流式起爆电源，起爆器有两种——手摇发电机起爆器和电容式起爆器。（4）电爆网路的检测检查、测量电雷管和电爆网路的电阻必须使用专用的爆破测量仪表（导通器、爆破电桥等）。这些仪表外壳必须有良好的绝缘和防潮性能，输出电流必须小于30mA。严禁使用普通电桥量测电雷管和电爆网路，因为普通电桥绝缘不好，输出电流太大，容易引起误爆事故。导通器即爆破欧姆表（5）国内使用的主要电雷管和电爆网路测量仪表有如下五种：①205—1型线路电桥；②QJ—41型电雷管测试仪；③B—1型爆破用表；④SD—1型数字式爆破电桥，SD—2型电雷管检测仪；⑤ZH—1型电雷管测试仪。4、火雷管起爆法及系统4.1火雷管起爆法也称导火索起爆法——火花起爆法，它利用导火索传递火焰点燃火雷管进而直接或通过导爆索或导爆管雷管起爆工业炸药。火雷管起爆法属于非电起爆法。它所需要的起爆材料有：火雷管、导火索、点火材料。4.2火雷管起爆系统火雷管起爆系统如下：药包或药卷（1）点火→导火索→火雷管→药包或药卷药包或药卷（2）点火→导火索→火雷管→导爆管雷管→药包或药卷药包或药卷（3）点火→导火索→火雷管→导爆索→药包或药卷5、导爆索起爆法及系统5.1导爆索起爆法导爆索可以直接引爆工业炸药，用导爆索组成的起爆网路可以起爆群药包，但导爆索网路本身需要雷管先将其引爆。导爆索起爆法属非电起爆法。导爆索起爆法在装药、填塞和联网等施工程序上都没有雷管，不受雷电、杂电的影响，导爆索起爆法传爆可靠，操作简单，使用方便。因此，常用来起爆洞室药包，在隧道爆破中起爆周边眼药卷，常使用此法，应注意掌握其操作方法。5.2导爆索起爆系统导爆索起爆网路由导爆索、继爆管（有时可以不使用）和雷管组成。导爆索起爆系统如下：起爆药包或药卷（1）导火索→火雷管→导爆索引爆→起爆药包或药卷起爆药包或药卷（2）电源→导线（母线）→电雷管→导爆索引爆→起爆药包或药卷起爆药包或药卷（3）电雷管或火雷管→导爆管雷管→导爆索引爆→起爆药包或药卷导爆索起爆网路形式比较简单，无需计算，只要合理安排起爆顺序即可。注意导爆索传递爆轰波的能力有一定的方向性。因此在连接网路时必须使每一支路的接头迎着主线的传爆方向，支线与主线传爆方向的夹角应小于900。常用的导爆索起爆网路连接方法有：①簇并联，即将所有炮孔中引出的导爆索支线末端捆扎成一束或几束，然后再与一根主导爆索相连接。一般用于炮孔数不多而较集中的爆破中。隧道光面爆破，周边眼常使用此法引爆串装药卷。②分段并联，在炮孔或药室（洞室爆破的装药药室）外敷设1条或2条导爆索主线，将各炮孔或药室中引出的导爆索支线分别依次地与导爆索主线相连。如果在主导爆索中接入继爆器，就可以实现支导爆索之间的微差爆破或秒、半秒、1/4秒延期爆破，分段并联微差起爆，网路见附录。还应注意一点是操作问题。上面提到的导爆索传爆有一定方向性，因此使用雷管起爆导爆管时，雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。6、导爆管雷管起爆法及系统6.1导爆管雷管起爆法导爆管雷管起爆法是利用导爆管传递冲击波点燃雷管，进而直接或通过导爆索起爆法起爆工业炸药。它是属非电起爆法。导爆管起爆法的特点是可以在有电干扰的环境下进行操作，联网时可以用电灯照明，不会因通话电网、高压电网、静电等的干扰引起早爆和误爆事故，安全性高；一般情况下导爆管起爆网路起爆的药包数量不受限制，网路也不必要进行复杂的计算。这两点是电雷管电力起爆法所不具备的优点。同时导爆管起爆方法灵活、形式多样，可以实现多段延时起爆，操作简单，检查方便，不容易出错。因此，现在在露天浅孔、深孔爆破，井巷及地下工程爆破以及洞室大爆破、拆除爆破都广泛采用导爆管雷管起爆法。同时，具有良好的防水性能，也往往在水下爆破中使用此法。在有瓦斯或矿尘爆炸危险的作业场所不能使用导爆管起爆方法。在隧道施工中已经普通使用导爆管起爆法。6.2导爆管起爆法的组成和系统6.导爆管起爆法由击发元件、联结装置和起爆元件组成。其中联结装置可分成两类：装置中不带雷管或炸药的，导爆管通过插接方式实现网路的连接的装置称为联结元件；联结装置中带有雷管或导爆药的，通过雷管或炸药的爆炸将网路连接下去的装置称为传爆元件。现场操作，往往使用更简单的方法，即使用电工黑胶布包扎紧密而实现有雷管的传爆方法。（1）击发元件击发导火雷管可以采用各种工业雷管、导爆索、击发笔、电火花枪、火帽等。（2）起爆元件导爆管不能直接起爆炸药，必须通过导爆管雷管来起爆药包和药卷。（3）联结元件①塑料联通管和塑料多通道联结插头（三通式、四通式），也称多路分路器，属于分流式联结元件，它们利用导爆管正向入射分流原理，取消了导爆管网路连接中的雷管或炸药，在网路中突现了无雷管无炸药分流传爆。②塑料套管接头（三通、四通），这是一种可以自行加工的反射式联结元件，它用不同直径的聚氯乙稀薄壁套管制作，壁厚0.5mm，只要用塑料焊接机（热合机）将其做成长约20cm，一端开口、一端封闭的接头即可。套管内径5mm，可制成三通、6③塑料四通接头。这是用注塑方式产品化的帽盖状反射式联结元件。封口端为圆弧状，开口端内侧有4个半弧状缺口，用做导爆管的插口，外侧有放置缩口金属箍好的沿口。由于导爆管外径生产误差，使用时要加缩口金属箍才能使4根导爆管牢固地固定在接头上。（4）传爆元件传爆元件有三种形式：①直接用导爆管雷管作为传爆元件，将被传爆的导爆管牢固地捆绑在传爆管周围。这种连接方法使用的很多，隧道工地基本上用此法连接。这种方法称簇联连接，俗称“一把抓”。但必须注意，捆绑长度要在15-20cm②传爆元件为塑料联结块：在联结块中间留有雷管孔，将传爆雷管插入孔内，被传爆的导爆管则插入连接块四周的孔内，通过传爆雷管的爆炸将被传爆导爆管击发起爆。联结块多种形式，可接入不同数量的导爆管。③导爆管继爆管：导爆管继爆管一侧通过联结卡口管连接引爆导爆管，另一侧可通过联结卡口管连接3根被传爆导爆管，用导爆管继爆管连接的导爆管网路可以顺序连接下去。继爆管中的延期药有一定延期性能，并根据延时进行分段，可以组成微差起爆网路。继爆管使用有方向性，引爆管只能从一侧连接。导爆管继爆管在隧道爆破中未见使用。6.2.2导爆管起爆系统导爆管起爆系统：常用的有三种形式：导爆管簇联起爆网路、导爆管并串联起爆网路（分流式联结元件）、导爆管并串联起爆网络（传爆元件）。三种形式网路示意图见附录。在隧道爆破中最常用的是导爆管并串联起爆方式的网路。药包或药卷（1）火雷管→导爆管雷管→药包或药卷药包或药卷（2）电雷管→导爆管雷管→药包或药卷药包或药卷（3）雷管→导爆索引爆→导爆管雷管→药包或药卷各药包或各药卷（4）雷管→导爆管雷管→一束导爆管雷管→各药包或各药卷三、爆破作用基本原理1、炸药爆炸的三个基本要素（1）化学反应过程大量放热，放热是炸药爆炸对外作功的动力。一般常用工业炸药爆炸时，每1kg放出的热量大于3,000KJ（焦耳）一般为3,000～4,000KJ/（2）化学反应速度非常快，这是区别于一般化学反应的显著特点。一般能在10-6～10-7秒内完成化学反应。例如：炸药卷在炮眼内起爆后，90ms左右岩层就开始移动。一般工业炸药爆炸的反应速度大于3,000m/s。（3）化学反应过程生成大量气体。炸药爆炸所产生的气体，是爆炸作功的媒介。工业炸药爆炸生成的气体量在1m另外，工业炸药的爆温一般在2,000～2,500℃2、爆破工程的主要特征爆炸——工业炸药引爆后，发生化学反应，即爆炸。爆破（工程爆破）——利用炸药的爆炸能量对介质作功，以完成预定工程目标的施工作业。爆破工程四个主要特征：（1）具有特定的工程对象和目标。任何一项爆破工程，都应有确定的爆破对象和范围以及对爆破效果、安全、工期及主要技术经济指标的要求。（2）均应进行工程设计和施工作业。（3）药包或药卷爆炸过程及所产生的效应必须是可控的。按设计要求的方式、时序实现对炸药起爆，并确保准爆，而且应做到有效地控制有害效应和保证环境的安全。（4）爆破效果通过实践作出评价检验。任何一个爆破工程项目，都有各自不同的客观环境和施工条件，无论是爆破设计，还是施工都必须结合工程实际，针对地选择方案、参数、技术和安全措施，才能取得良好的爆破效果。3、爆破作用的基本原理3.1爆破破岩理论简介炸药在爆破对象内爆炸，形成对周围介质的作用称为爆破作用。在药包或药卷爆破作用下，爆破对象的破碎过程是非常复杂的。至今，有工业炸药以来，人们对于岩石爆破破坏机理仍了解得非常不够，只能通过理想和试验现象来解释。由于药包爆炸时产生的主要能量为高温高压爆轰气体和冲击波，因此人们在实验分析的基础上提出了三种爆破作用破坏理论。（1）爆轰气体压力作用破坏理论炸药爆炸作用的能量绝大部分（85%）包含在爆轰气体中，于是该理论认为，岩石破碎是由于高温高压爆轰气体膨胀作功的结果。在高温高压爆轰气体的作用下，介质质点做径向移动，由此形成剪切应力。当剪切应力超过介质强度时，岩石被破坏。若爆轰气体的压力足够，就会将已破坏的岩石抛掷出去。（2）应力波反射作用破坏理论根据爆炸动力学原理该理论认为，炸药爆炸激发的压应力波在介质自由面上反射后形成拉应力波，由于岩石的抗拉强度很低，拉应力波的拉应力往往大于岩石的抗拉强度，于是岩石被拉断。（3）应力波与爆轰气体的综合作用破坏理论基于实际工程中出现的一些现象，该理论认为上述两种理论都是片面的，应力波与爆轰气体只能是共同存在，密切相关和互相加强。它们分别在不同阶段、不同条件下发挥各自不同的重要作用破坏岩石。炸药爆炸对介质的破坏，首先是爆炸应力波的作用，然后是爆轰气体的准静态压力作用。4、爆破的内部作用与爆破的外部作用4.1爆破的内部作用当药包埋置在地表以下很深处爆炸时，药包的爆破作用只局限于在地表以下，在地表没有显现出爆破痕迹，这种条件下的爆破作用叫做内部作用。从观测到的岩石破坏特征，可将内部作用爆破范围内的岩石分为三圈，见附录所示。（1）粉碎圈在药包周围粉碎圈内，岩石直接受到药包爆炸的巨大压力和高温作用，如果岩石是可塑性的（为软岩和硬土），就会被压缩而形成空腔；如果岩石是弹脆性的，就会被粉碎。在此圈内，由于岩石遭受到压缩或粉碎性破坏，能量消耗很大，爆破作用力急剧减少，其半径一般不超过药包的半径的4～7倍。（2）破裂圈围绕在压缩粉碎圈以外的一圈岩石，虽然受到的爆炸作用力较压缩粉碎圈中的岩石小得多，但岩石受到结构性破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，此范围叫做破裂圈。破裂圈的范围大约为药包半径的120～150倍。（3）振动圈在破裂圈以外的范围内，爆破作用力已衰减到不能使岩石的结构产生破坏，而只能引起岩石产生弹性振动。这一圈叫做振动圈，振动圈的范围很大，直到爆破作用力完全被岩土所吸收为止。以上三圈是客观存在的，并非“假说”，在工程实践中都可以观察到，但其范围根据不同炸药、不同岩石和其它客观条件，有所不同。4.2爆破的外部作用当药包埋置深度不大，接近地表时，药包除了使岩石破裂和振动外，被破裂的岩块由于碎胀而在地表隆起，或被抛离地表形成一个爆破坑——爆破漏斗。爆破作用已显现在地表，这种情况叫做爆破的外部作用。绝大多数工程爆破都是属于这种爆破作用。4.3关于爆破外部作用的术语（1）自由面（临空面）自由面又叫临空面，通常是指被爆岩石与空气的交界面，也是对爆破作用能产生影响并能使爆后岩石发生移动的岩面。自由面的数目、自由面的大小、自由面与炮孔的夹角以及自由面的相对位置等，都对爆破作用产生不同程度的影响。自由面越多，爆破破岩越容易，爆破效果也越好，当岩石性质、炸药品种相同时，随着自由面的增多，炸药单耗（kg/m3）将明显降低。一般来说，随着自由面积的增加，岩石爆破的夹制作用将变小，这有利于岩石的爆破，当其它条件不变时，炮孔与自由面的夹角愈小，爆破效果也愈好。炮孔方向垂直于自由面时，爆破效果最差；炮孔方向与自由面平行时，爆破效果最好。另外，能否利用岩石的自重下落亦对爆破效果有影响。（2）最小抵抗线工程爆破中，通常把药包中心线或重心到最近的自由面的最短距离称为最小抵抗线。用W表示。最小抵抗线是爆破时岩石阻力最小的方向，所以在此方向上岩石运动速度最高，爆破作用最集中。因此，最小抵抗线是爆破作用的主导方向，也是岩石移动的主导方向。在露天深孔爆破与洞室爆破时，尤其要注意弄清楚最小抵抗线。（3）爆破漏斗当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗，如附录示意所示。①标准抛掷爆破漏斗：当r=w，即n=r/w=1时，爆破漏斗为标准抛掷爆破漏斗，漏斗张开角θ=900。而形成这一标准抛掷爆破漏斗的药包，叫做标准抛掷爆破药包。②加强抛掷爆破漏斗：当r>w，即n>1时，爆破漏斗为加强抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ>900。而形成加强抛掷爆破漏斗的药包，叫做加强抛掷爆破药包。③减弱抛掷爆破漏斗：当0.75<n<1时，爆破漏斗为减弱抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ<900。而形成减弱抛掷爆破漏斗的药包，叫做减弱抛掷爆破药包。减弱抛掷爆破漏斗又叫做加强松动爆破漏斗。④松动爆破漏斗：当o<n<0.75时，爆破漏斗为松动爆破漏斗。这时，爆破漏斗内的岩石只产生破裂、破碎而没有向外抛掷现象。从外表看，没有明显的可见漏斗。爆破漏斗半径——指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径，用r表示。爆破漏斗破裂半径——指药包中心到爆破漏斗底圆圆周上的任一点的距离，用R表示。爆破漏斗深度——指爆破漏斗顶点至自由面的最短距离，用H表示。爆破漏斗可见深度——指爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离，用P表示。爆破漏斗张开角——指爆破漏斗的顶角θ。爆炮作用指数——指爆破漏斗底圆半径r与最小抵抗线W的比值，用n表示，n=r/w。h值在洞室爆破中是一个极重要的参数，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎度和抛掷效果等。也是洞室爆破计算公式中的重要参数。（4）爆破漏斗分类根据爆破作用指数n值的不同，将爆破漏斗分为以上四种。相对于以上爆破漏斗，在洞室爆破中，可根据工程需要设计成松动爆破、加强松动爆破、抛掷爆破。四、常用钻孔机械和装药机械1、凿岩机：（1）风动、手持式凿岩机，钻孔φ34—φ45mm；钻孔深一般为3m以内。用于浅孔爆破钻孔。（2）液压、手持式凿岩机，钻孔φ34—φ45mm；钻孔深一般为3-5m。用于浅孔—中深—2、潜孔钻机：履带式、轮胎式行走，钻孔直径φ80—250mm，水平钻孔一般为φ80mm。深孔15—303、钻孔台车（履带式、轮胎式、轨行式、液压臂）①风动凿岩机φ34—φ45mm，钻孔深3-5②液压钻孔台车，钻孔φ48、φ102mm，钻孔深5m-15m4、其它钻孔机械内燃凿岩机，钻孔φ34-φ45mm，钻孔深1-2m，浅孔爆破钻孔；电钻（电动）钻孔φ32-φ41mm、15、装药机（1）散装炸药装药器，主要装粉状与粒状铵油炸药，压动、压气式。瑞典制造及国产。隧道局曾经使用过，主要用于地下工程与隧道。国产BQ20A、BQ50A筹。（2）药卷装药器，风动、压气式，主要用于隧道钻爆装药卷。瑞典制造与国产均有。国产ZYK—1型、FT—28型、D29型等。瑞典TA—4、TA—32及TA—42型等。（3）露天混装机是将炸药原材料或半成品置于混装车上，在爆破工作面或其附近混制炸药成品后就地或移动一定距离后装入炮孔。国产BCJ—1型乳化炸药混装车，瑞典S—753型等。一般用于露天深孔爆破装药。日本也有使用类似混装机于隧道与地下工程的工程实例。6、炮泥机专门用来做炮泥，以代替人工操作由西科所生产的PNJ系列炮泥机，使用得较多，主要制造隧道钻爆用的炮泥φ34—φ45mm五、工程爆破分类工程爆破分为四大类：1、岩土爆破1.1井巷掘进爆破（1）平巷掘进爆破（采矿用）（2）井筒掘进爆破（竖井）（3）隧道掘进爆破（4）地下工程爆破（洞室、洞库、地下厂房等）1.2台阶爆破（1）露天深孔台阶爆破（通常孔径大于75mm，孔深大于5（2）露天浅孔台阶爆破，（孔径φ34—φ45mm，孔深小于5m（3）地下采场深孔爆破。（4）地下采场浅眼爆破。1.3洞室爆破（洞室大爆破或药室爆破）（利用洞室装药、而不是钻孔装药）1.4药壶爆破及二次爆破（解炮等）2、拆除爆破2.1建筑物拆除爆破2.2大型块体和基础类构筑物的爆破拆除2.3挡水围堰拆除爆破2.4水压爆破拆除3、水下爆破3.1水下岩塞爆破3.2水下软土地基爆破处理技术3.3水下暗礁爆破（钻孔与裸露两种爆破方式）4、特种爆破4.1地震勘探爆破4.2爆炸加工（成形、复合、硬化三种）4.3金属破碎切割爆破4.4其它六、隧道爆破技术与施工1、隧道爆破常识1.1隧道爆破的特点（1）只有一个自由面（临空面）；（2）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；（3）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；（4）钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行；（5）隧道爆破、炮眼比较集中，1.5-2个/m2；（6）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。1.2炮眼直径与炮眼深度（1）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φ102（2）炮眼深度浅孔——1-3m深孔——3-5m；钻孔台车、液压钻；超深孔——>5m；钻孔台车、液压钻。1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级，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。1.4炮眼的种类和作用隧道开挖爆破的炮眼数目与隧道断面、围岩级别、爆破方法等有关，多在几十至几百范围内。炮眼按其在开挖断面所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可大致分为如下几种：（1）掏槽眼[附录掏槽图]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”。（2）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”。（3）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”。1.5隧道钻眼机械设备与装药设备。施工工点，仍多使用手持式风钻，或将风钻设置于台架上。手持液压钻机在三处有限公司开始推广应用，这是一个方向，节能、省去管道敷设、扭矩和冲击力都大于一般风钻，可以打更深更大的炮眼。自引进全液压凿岩台车以来，在少数重点工程中，仍使用全液压凿孔岩台车，有二臂、三臂和四臂台车，在轮式和轨行式两种走行方式可打3.9m、5.15m炮眼，眼径φ48mm，大中空孔眼径φ102mm。国外台车，也在不断发展，多臂有5、6个臂；炮孔直径φ48、φ63、φ76、φ102、φ152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。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“全站仪”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。1.7常用的隧道爆破器材[补图片]（1）药卷：①二号岩石炸药卷φ32、φ25mm；并可以根据使用单位的要求，做成φ20mm、φ②二号岩石乳化炸药卷φ32、φ25mm，并可根据使用单位的要求，做出φ40③低爆速光面爆破炸药卷，由化工厂特制，φ20、φ15mm的低爆速药卷，其爆速为1,500m～2,000m（2）雷管：②1~15段或1~20段导爆管毫秒雷管；③导爆管1/4秒和半秒级雷管。应注意有瓦斯或矿尘爆炸危险场所禁止使用。★起爆药卷——装有雷管的药卷叫做起爆药卷1.7隧道爆破有害效应与所有工程爆破一样，隧道爆破同样会产生有害效应①爆破冲击波，应注意其对人对物的伤害。②爆破振动，应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。③爆破飞石，应注意其对人对物的伤害。④爆破有害气体，应注意其对人的伤害。⑤爆破噪音，应注意对人的伤害。⑥爆破粉尘，应注意其对人的伤害。对上列有害效应，都可以采取技术措施降低的。可以而且应该采取技术措施预防有害效应对人对物的伤害与破坏。2、隧道爆破设计隧道开挖前应做好隧道爆破设计，这应该是隧道实施性施组的一项内容，也是计划进度、工期、材料等的依据。隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明”，并应绘制出大比例尺交底图对作业工人进行交底，付诸实施。2.1隧道爆破设计的依据[炮眼布置图]（1）工程地质条件、围岩级别；（2）开挖方法；（3）开挖断面；（4）掘进循环进尺；（5）钻眼机具；（6）爆破器材；（7）施工队伍的操作技术；（8）周围环境，尤其是城市隧道，更要考虑环境因素。2.2隧道爆破设计的方法与内容（1）利用经验参数，利用数理统计出来的参数，作为设计参数。（2）工程类比方法：①工程地质条件；②断面大小；③使用的爆破器材，尤其是炸药种类与药径；④爆破效果。（3）作一些简单的计算①炮眼个数；②装药量与单耗、装药集中度等。（4）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安排布置。一般有正面图与剖面图即可。（5）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（1kg/m3）、雷管单耗（个/m3）（6）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。2.3隧道掏槽形式和主要参数[补附录图表]掏槽效果的好坏，直接影响整个隧道爆破效果，明显的是对炮眼利用率和周边光爆炮眼的影响。根据掏槽炮眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类。2.3.1斜眼掏槽斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。它的种类很多，如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等。隧道爆破中常用的是水平楔形掏槽，其中深孔爆破采用大间距多对水平深孔楔形掏槽，一段为3.5m-5.0m（1）水平楔形掏槽掏槽眼水平成对布置（两对以上），爆破后形成楔形槽口。炮眼与开挖面的夹角、上下两对炮眼的间距a与同一平面上一对掏槽眼眼底的距离b，是影响此种掏槽爆破效果的重要因素。此种掏槽形式的主要参数，随围岩级别不同而不同，列出一些经验数据作为设计参照。见附录。（2）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开挖面中心轴线倾斜，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。四角锥形掏槽常用于受岩层层理、节理、裂隙影响较大的围岩。由于毫秒雷管的应用，此种较难操作的角锥形掏槽也很少使用了。因为毫秒雷管的应用，改善了掏槽效果。斜眼掏槽具有操作简单，打眼精度要求较直眼掏槽低，能按岩层的实际状况选择掏槽方式和掏槽角度，易把岩石抛出、掏槽炮眼的数量少且炸药耗量低等优点。但是，炮眼深度易受开挖断面尺寸的控制，不易提高循环进尺，也不便于多台凿岩机同时作业和开挖断面小时，进尺受限制。此种掏槽的主要参数见附录。2.3.2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。由于直眼掏槽凿岩作业较方便，不需随循环进展的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼深度，且石碴抛掷距离也可近些，受到工地欢迎。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量较多，对眼距、装药等要求严格一些，如果设计不当，可能使槽内岩石不易抛掷或重新固结而降低炮眼利用率。（1）直眼掏槽形式过去常用的有龟裂掏槽、五眼梅花掏槽（五眼中空）和螺旋掏槽。近十多年来，由于重型凿岩机械的使用，尤其是钻孔台车的使用，能钻大于102mm①柱状掏槽（或称筒形掏槽），这是隧道局在1979年研究成功并投入使用的非常成功的掏槽形式。它是充分利用大直径中空眼作为“临空孔”（隧道局定的“术语”）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。作为“临空孔”（一般为φ102mm和φ153mm）的空眼数目，视炮眼深度而定。一般当孔眼深度小于3.0m时，采用1个；当孔眼深度为3.0-3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5-5.0m时，采用3临空孔。经验：第一起爆装药孔离开临空孔的净距离不大于1.5倍。并应注意炮眼平行，不能相交（打穿）。大中空孔直眼掏槽区一般为1.0m×1.0m。②螺旋形掏槽，它是由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空眼（不装药），邻近空眼的各装药孔至空眼之间的距离逐渐增大，其联线呈螺旋状。见附录。其主要参数：装药眼与空眼之间的距离分别为a=(1.0-1.5)D，b=(1.2-2.5)D，C=(3.0-4.0)D，d=(4.0-5.0)D。D为空眼直径，一般不小于φ63mm，可用φ102mm钻头，φ63mm钻头、φ76mm钻头。也可以使用φ63（2）影响直眼掏槽效果的因素直眼掏槽以空眼作为增加的临空面，利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎，并借助爆破产生的气体的余能将已破碎的岩块从槽腔内抛出。在直眼掏槽中，应注意以下几点：①眼距。空眼与装药眼之间的距离。当使用等直径炮孔时，此距离一般随岩石不同而变动，变动范围为炮眼直径的2-4倍；当采用大直径空眼时（≥φ63mm），眼距不宜超过空眼直径的2倍。由于掏槽效果对眼距变化很敏感，往往眼距稍大就会造成掏槽效果降低或失败，而眼距过小不仅钻眼困难，还会发生槽内岩石被挤实现象，不能形成槽腔。②空眼。中空眼不仅起着临空面和破碎岩石的发展导向作用（即使岩石破碎后向空孔方向运动），同时为槽内岩石破碎提供一个膨胀的空间。所以，增加空眼数目能获得良好的效果，一般随眼深加大，空眼数目也相应增加。③装药。直眼掏槽装药眼一般要“过量过药”，装药长度占炮眼长度的85%-90%，如果装药长度不够，会发生“留门坎”和“挂门帘”现象。当深度大于3.0m时，可能发生“管道效应”（即大炮眼装小药卷，爆破时，可能存在药卷爆熄现象），应采取相应措施防止爆轰中断。措施：一是加大药卷直径，做到偶合装药。二是使用导爆索串装药卷；三是采用高威力炸药等。④辅助抛掷。采用辅助药卷，置于空眼底部（底部加深20cm），在掏槽眼全部起爆后接着起爆，帮助把槽内已破碎岩石抛出槽腔，达到确保掏槽效果的目的。⑤钻眼质量。要保证钻眼的准确，使各炮眼之间保持等距、平行极为重要。如果两眼打穿，易造成殉爆，降低槽内岩石抛掷，使岩石再挤紧，不能形成自由面。如果距离过大，或钻眼偏斜，易发生单个炮眼直径扩大或单个炮眼爆炸，炮眼间的岩石不易崩落，形成“岩梗”。2.3.3混合掏槽与特种掏槽（1）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。①直眼与斜眼结合成的掏槽。②角锥与直眼结合的掏槽。③楔形与直眼结合的掏槽形式。①～③混合掏槽一般用在比较坚硬岩中。④此外，还有升级掏槽，它是采用逐级加深的炮眼布置，按掘进方向平行钻孔，把全部掏槽深度分阶段达到爆破的目的。见附录。这种掏槽可适用于各类不同条件与岩石状况。（2）特种掏槽①复式掏槽严格地说，复式掏槽也属于斜眼掏槽。在大断面隧道掘进中，为加大掏槽深度，可采用两重、三重或四重楔形掏槽眼，每对掏槽眼呈对称布置，深度一层一层加深，与工作面夹角由小到大。复式掏槽也叫多重楔形掏槽或V型掏槽。复式掏槽的爆破角（掏槽眼与工作面的夹角）与掏槽眼深度的相互关系，应使从每个眼底所作的垂线恰好落在开挖断面两壁与开挖面相交的临空面上；最深掏槽眼眼底的垂线也必须落在隧道内，即与已爆出的工作面相交；复式掏槽根据开挖断面的大小及进尺常分为二级复式掏槽和三级复式掏槽。如附录所示。复式掏槽在一般情况下，上、下排距为50-90cm，硬岩取小值，中硬取大值。在坚硬岩层中爆破时，最好使用高威力炸药，一般布置上、下两排即可。如果断面特别大，岩石十分坚硬，同时大于3m时，可用三排或四排，更有甚者特大断面达到8～10排。②二次掏槽我们在南昆线米花岭隧道创造了一种叫做直眼二次掏槽，见附录。为了克服深眼爆破中装药底部仅产生挤压破碎作用和弱抛掷，可将掏槽炮眼分段起爆，这样有利于槽腔的形成，提高掏槽槽腔的有效深度，在小断面——中断面10-15m2中，深孔3.0二次掏槽的关键是一、二次起爆雷管的间隔延期时间，应在50ms；二是里、外起爆药卷之间要堵塞足够长度的炮泥，而且要堵塞密实，避免因殉爆引起两段装药同时起爆，达不到分段起爆的目的。总之，掏槽形式多种多样，在理解掏槽的意义与作用时，可以根据打眼工具与岩层情况在实践中进一步创新，以达到提高炮眼利用率的目的。2.4隧道爆破参数设计2.4.1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。一般隧道的炮眼直径在φ32-φ50mm之间，大型液压钻机可打φ102mm、φ75mm、φ63mm加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以提高，也可以减少炮眼数目。但炮眼直径大于φ45mm，则需要重型凿岩机。因此，一般还是以φ32mm～φ45mm作为装药孔与中空孔。重型凿岩机钻装药孔φ48mm、φ63mm，作为中空孔可钻φ75mm、2.4.2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。炮眼数量的计算很简单，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。qqsχrN= χrN——炮眼数量，不包括不装药的空孔眼数/个。q——单位炸药消耗量，按工程类比法，有参考值表，直接查找，或根据自己的经验。一般在q=1.2-2.4kg/m3选取。硬岩取大值，软岩取小值。S——开挖断面面积；χ——装药量系数（计算装药系数），即装药长度与炮眼全长的比值，可参考下列数据。γ——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石铵梯炸药每米质量，列于下表。装药系数χ值（供参考用）围岩级别炮眼名称ⅣⅢⅡⅠ掏槽眼0.500.550.800.80-0.85辅助眼0.400.450.600.70-0.75周边眼0.400.450.500.602号岩石铵梯炸药卷每米质量γ值药卷直径（mm）3235384044γ(kg/m)0.780.961.101.251.52按公式计算出的N值，还应根据光面爆破、预裂爆破周边眼需增加一些来做调整。下面列出炮眼数量参考值。炮眼数量参考值围岩级别开挖面积（m2）4-67-910-1213-1540-50Ⅳ10-1315-1617-1920-24Ⅲ11-1616-2018-2523-30Ⅱ12-1817-2421-3027-3575-90Ⅰ18-2528-3337-4243-4880-100上表也应考虑光爆与预裂爆破需要增加一些炮眼。2.4.3炮眼深度考虑炮眼深度的因素：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15m2.4.4装药量的计算及分配炮眼装药量的多少是影响爆破效果的重要因素。药量不足，会炸不开，炮眼利用率低和爆落石碴块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和抛碴过散过远，对装碴不利，增加洞内有害气体，相应地增加排烟时间和供风量等。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。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征进行分配，再在I点爆破实践中加以检验与修正，直到取得良好的爆破效果为止的方法。计算总用药量Q的公式很简单，为下列：Q=qV式中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，主要取决于围岩级别、临空面数目、断面大小。下表列出经验数据，供选用。所用的炸药是2号岩石铵梯炸药。V——一个循环进尺所爆落的岩石总体积（“紧方”），m3，其值为V=LS其中L——设计进尺=炮眼深度×炮眼利用率S——开挖断面面积m2爆破岩石所需单位耗药量（kg/m3）开挖部位和开挖面积(m2)围岩级别ⅣⅢⅡⅠ一个自由面4-61.51.82.32.97-91.31.62.02.510-121.21.51.82.2513-151.21.41.72.116-201.11.31.62.040-501.21.6多个自由面扩大挖底0.60.50.70.60.90.81.1-1.21.0①当开挖断面大于50m②当单位长度药卷重量大时，药量也要适当增加。也就是药卷比重大时，单位耗药量需适当增加。2.4.5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。按下列原则布置炮眼：（1）先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。掏槽眼位置一般应布置在断面中央偏下部位，其深度应比其它眼加深20cm-30cm。为爆出平整开挖面，除掏槽与底板眼外，所有掘进炮眼眼底应基本落在一平面上。底部炮眼深度一般与掏槽眼相同。之所以要加深掏槽眼、底板眼深度，是因为要确保掏槽的掏槽效果和深度，要确保底板不留台阶（不留“门坎（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，外插斜率为0.03-0.05，使前后两排（两槽）炮眼的街接台阶为最小，一般在10-15cm，即不影响风钻操作为宜。深孔爆破其台阶会大些，一般为25-35cm。应尽量控制超挖。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。并应在现场爆破中实践，并加以修正改善。E值一般都能找到参考数值，设计时即可使用参考值。预裂爆破的E值要比光面爆破的E值取得小一些。周边炮眼参数表围岩级别周边炮眼间距E（cm）抵抗线W（cm）Ⅰ～Ⅱ光爆55-70预裂（40～50）60～80Ⅱ～Ⅲ光爆45-65预裂（40～45）60～80Ⅲ～Ⅳ光爆35-50预裂（35～40）40～60此处“抵抗线”W为内圈眼到轮廓线的距离。同时，底板眼比拱、墙周边眼间距可以大一些。炮孔直径≥φ48mm时，周边眼E可适当加大。教科书上对光面爆破周边炮眼间距，E有一套计算公式，抄录如下。一般认为工程类比，比计算结果好。我们认为，还是以参考值加上试爆，不断修正为好。E公式太理论化了！E≤[σc]/[σp]≤Kid[σp]——岩体极限抗拉强度，Mpa。[σc]——岩体极限抗压强度，Mpa。d——炮眼直径，cm。Ki=[σc]/[σp]（3）辅助眼的布置也同样采用类比方法和已有参考值进行。原则在掏槽炮眼与周边炮眼之间，均匀分布布置。按照一圈一圈或一排一排地布置，需确定同一圈的炮眼间距和圈与圈之间的距离（一般为抵抗线W）。这里应注意拱部炮眼可稀一些，因为，拱部爆破，岩石有自重的作用。施工经验证明，一般抵抗线约为炮眼间距的60—80%。炮眼间距也同样取决于围岩级别、炮眼直径、炸药种类。一般在采用2号岩石铵梯药卷时，抵抗线（圈距或排距）W取0.8-1.0m，硬岩取小值，软岩取大值。这样炮眼间距约为1.0-1.2m。拱部范围的距离可取大一些1.2-1.4m。底板以上第一排炮眼与底板距离即底板眼抵抗线W要取小些，取0.8m为合适。（4）在图上按上述原则与参考值布置后，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。（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，见附录。①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。②多边形布眼：围绕掏槽部位由里向外逐层，布置成多边形。③弧形布眼：顺着拱部轮廓线逐圈布眼。④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。2.4.6起爆顺序的安排[补附录图表]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：先爆破的炮眼为后续爆破的炮眼减小岩石的夹制作用和增大临空面，创造更好的爆破条件。同时起爆的一组炮眼，能共同作用，爆炸力更强。为了保证准确地按设计顺序起爆，应使用毫秒雷管和1/4秒级雷管起爆。这样，爆破就能由里向外，一层一层地准确剥离、破碎，达到高的炮眼利用率和平整的开挖轮廓。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。根据现场已有和可能购进的毫秒雷管和1/4秒级雷管系列来设计起爆顺序和安排起爆雷管的段数。一般毫秒雷管有1-15段系列和1-20段系列。一般1/4秒级雷管有1～10段，见附录。应根据雷管的延期时间（ms或1/4s）的长短来安排起爆雷管。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：①前后时间时隔最好为50ms～100ms。②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）。③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。④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。2.4.6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45cm2.4.7起爆网路起爆网路是隧道爆破成败的关键，它直接影响爆破效果和爆破质量，起爆网路必须保证每个药卷按设计起爆顺序和起爆时间起爆。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。网路设计简单，一般不采用孔内延期方法起爆。只要求联结牢固，簇联时一来导爆管数不超过15根。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，注意，使用火雷管引爆，设计导火索长度应大于5m3、光面爆破和预裂爆破在隧道爆破施工中，首要要求是开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小。过去采用的普通爆破方法不仅对围岩的扰动大，而且造成大量超、欠挖。采用光面爆破和预裂爆破能使开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小，大大地减少了超欠挖，安全、经济。隧道局早在1979年就在衡广复线坪乐段大瑶山等11座隧道开挖施工中全面推广应用光面爆破和预裂爆破技术，取得很大成功，并创造了大断面深孔掏槽技术和全断面深孔光面爆破和预裂爆破技术，并在全国进行推广应用。3.1隧道光面爆破方法[补图片]3.1.1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”）。其主要标准为：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，围岩无危石、无坍塌等现象。“铁路隧道施工规范”提出了具体标准。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。光面爆破可减轻振动和保护围岩，所以它是山岭隧道、城市市政隧道、地铁隧道等有效的开挖爆破方法。3.1.2隧道光面爆破的主要参数隧道光面爆破主要参数包括：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。同时，应根据爆破器材，选择周边装药结构和安排起爆雷管。影响光面爆破参数的因素很多，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”，其方法在“铁路隧道施工规范”附录中有详细介绍。同时，“规范”也提出了“光面爆破参数”、“可供选用的光面爆破药卷规格”、“周边眼装药结构参考图”等供设计时选用。（1）周边炮眼间距E在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力小于爆破体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗强度的条件。“此据理论”，按以下公式确定E值。E≤[σc]/[σp]≤Kidd——炮眼直径，cm。[σc]——岩体极限抗压强度，Mpa。[σp]——岩体极限抗拉强度，Mpa。E——周边眼间距，cm。实施施工中，取得经验数据作为设计参数，一般Ki=10-18，即E=（10-18）d；当炮眼直径为φ32mm-φ40mm时，E=35cm～也可以在两个炮眼间增加导向空眼，导向眼到装药眼间的距离一般控制在40cm此外，还应注意炸药品种与药卷直径对E值也有影响。（2）周边眼抵抗线W与装药密集系数K。周边眼的间距E与周边眼的最小抵抗线W有着密切关系，通常以周边眼的密集系数K表示，K=E/W，其大小对光面爆破效果有较大影响。必须使应力波在两期相邻炮眼间的传播距离小于应力波到临空面的传播距离，即E<W（“理论”）。实践表明，K=0.8较为合适，也可考虑K=0.9。周边眼抵抗线W一般取55～80cm。（3）周边眼装药量周边眼装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量（不留残眼），又不造成围岩的过度破坏。设计时应根据孔距、抵抗线、石质和炸药种类、装药结构综合考虑确定装药量（装药集中度q,kg/m）。下面提供“光面爆破参数表”，可供设计选用之。（4）装药种类、装药集中度与装药结构①使用低爆速、低猛度、低密度、高威力传爆性能好的炸药。②采用不偶合装药结构。不偶合装药系数（为炮孔直径与药卷直径之比），不偶合装药系数最好大于2。但应注意药卷直径不小于该炸药的临界直径，以保证传爆。小于时，会拒爆。当采用不偶合装药时，一般使用小药卷连续装药或也有使用间隔装药的。当采用标准药卷时，不偶合系数小于2，往往采用间隔装药。此时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。不偶合装药与间隔装药，见附录。③严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造良好的临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。④严格控制装药集中度，间隔装药与小直径药卷都是为此目的而采用的。为克服眼底岩石的夹制作用，通常在眼底需加强装药，尤其是深孔爆破。但总的装药量不变。光面爆破参数表围岩级别炮眼间距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～Ⅳ35～5040～600.6～0.80.07～0.123.2隧道预裂爆破方法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。同光面爆破一样，预裂爆破是合理选择爆破参数与施工方法，尤其需要正确选择周边眼钻爆参数与装药结构，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。由于预裂面的存在，对后起爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起缓冲作用，从而减轻爆轰波对围岩的破坏影响，使围岩保持完整，使开挖面整齐规则。由于爆破过程和破岩条件不同，在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好一些。所以，预裂爆破很适用于稳定性较差而又要求控制开挖轮廓的软弱围岩，但预裂爆破的周边眼间距和最小抵抗线都要比光面爆破小，相应地要增加炮眼数量，钻眼工作量增大。同时装药集中度较光面爆破大一些。理想的预裂效果会形成光滑的岩壁。但预裂爆破受到只有一个临空面条件的制约，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。目前，确定预裂爆破主要参数的方法有理论计算法、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。同光面爆破方法一样，在有条件的工点和必要时，可做“成缝试验”。其方法亦见于“铁路隧道施工规范”附录。下面列出隧道预裂爆破参数值，可供选用。预裂爆破参数表岩石级别炮眼间距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～Ⅳ35～40350.10～0.124、钻爆施工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。隧道爆破通常都要求每一循环进展尽可能大，但在很多情况下，往往由于过高地估计爆破效果而带来一些困难。因此，在施工设计中，不但要了解实际掘进速度的可能性，而且还要注意开挖方法。4.1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。铁路隧道的高度一般在8.0～8.5m左右，从施工进度考虑，在岩层完整、岩石较坚硬时，即围岩为Ⅰ～Ⅱ级，部分为Ⅱ～Ⅲ级，以采用全断面爆破掘进为宜。这种方法施工工作面空间大，能充分发挥机械效能，适合于大型机械作业；工序少、便于施工管理与施工组织；开挖断面大且一次成型，有利于采用深孔爆破。在大瑶山双线铁路隧道中，隧道局创造了钻孔深达5.15m，循环进展可达4.5～5.0m。该法要求机械化程度高，各工序紧密配合。目前，公路隧道也多采用全断面开挖，2车道、3车道和4车道断面，都采用大型机械化作业，无轨运输与大瑶山隧道全断面开挖、运输、喷锚和二次衬砌作业线一样，效果很好。当隧道高度较大而又无大型凿岩台车时，或者围岩不允许全断面开挖时，可用台阶法开挖施工。一般是正台阶法施工。只有围岩特别好，隧道高度较大而无大型凿岩台车，才采用反台阶法施工。在围岩Ⅱ～Ⅲ级岩层中采用正台阶法施工，相当安全，且效率较高，平均日进可达8～10m。由于台阶法对地质适当性较高，变更容易，目前我