隧道爆破施工

隧道爆破施工

第一节概述

钻爆法目前仍是我国隧道施工中开挖的主要方法，与机械开挖相比，适用地质条件广、费用低、设备简单，但对围岩的扰动大、开挖面成形质量差，主要表现在超欠挖量上。1、超欠挖的定义：以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。

2、严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度，主要表现在以下几方面：⑴弃渣量增加，需多装多运；⑵超挖空间回填，增加混凝土材料的消耗；⑶欠挖清除，造成人工、器材的超额消耗；⑷超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造成困难。

3、严重的超欠挖会影响施工质量，主要从以下几方面认识：⑴超欠挖造成开挖轮廓（形状和尺寸）与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相差很大，使支护受力状态与设计不符；⑵超挖形成的凹角处存在应力集中，岩块易损坏；⑶欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出；4、对隧道轮廓控制爆破的初步评价⑴隧道轮廓控制爆破两种技术——光面爆破与预裂爆破的比较。英国人认为在有显著节理裂隙的地层中，岩体经常沿节理面破碎爆落，不完全按预裂方向开裂，应普遍采用光面爆破；我国隧道工程实践也表明，裂隙发育程度及倾角对预裂爆破后形成平滑壁面有很大影响，当裂隙与裂面斜交或几组裂隙相交，则易于造成岩石沿节理面脱落。应根据不同地质条件采取不同的爆破方法及相应的钻爆参数。

⑵隧道轮廓控制爆破的经济价值。瑞士经验表明，光面爆破减少20cm超挖，节省各种费用是爆破成本的4倍；前苏联资料显示，光面爆破可使超挖减少到5～10cm，使圬工消耗量降低30～50％，减少装载、运输费用5～7％；日本试验表明，采用光面爆破后，超挖率由23.77％降低到8.46％，混凝土超灌量由77.25％减少到27.5％。国内对光面爆破的经济评价，概括为：超挖量由20％降低到10％，衬砌速度加快30％，开挖进度提高12.6％，炸药消耗量减少19.5％。

⑶隧道轮廓控制爆破的技术价值。主要表现在：①围岩炮震裂缝减少，保护了围岩自身的承载能力，为锚喷支护提供有利的基础。特别在软弱岩层更显示出这一作用；②避免围岩裂隙扩大，提高了坑道的稳定性，减少落石伤人事故；③极大减少超挖量，减少出渣量，节约衬砌材料，提高施工进度；④隧道成形规整，凹凸减小，有利于围岩稳定，喷层易平顺，有利于防水板铺挂。第二节岩石爆破机理与地质影响作用

1、炸药的爆炸作用(1)炸药的爆炸反应极为迅速，瞬间产生大量的高温、高压的爆生气体。1kg炸药爆炸，爆温可达2000～4000℃，爆压可达数十万个大气压，反应时间为十万～百万分之一秒。(2)药包爆炸的瞬间，在周围岩石中激起一个强烈的冲击波，较高的波头压力具有很大的摧毁力，向外传递，随传播距离增加而逐渐衰减，称为冲击作用。属于动力作用，表现为炸药的猛度作功形式，其大小主要取决于炸药的爆炸速度。

(3)同时爆生气体的膨胀也对周围岩石施加巨大压力，但传播速度较低，随传播距离增加而脱离冲击波，称为爆生气体的膨胀作用。被视为静力作用，表现为炸药的暴力作功形式，其大小主要取决于炸药的爆热。(4)一般工程爆破，冲击作用与爆生气体的膨胀作用是同时存在的，只是气体膨胀作功的时间比冲击作用长。从岩石致碎原因讲，岩性不同，两种作用占的地位也有所不同。在松软的岩层，爆生气体起主要破坏作用；在坚硬的岩层，冲击作用起主要破坏作用。为充分利用炸药的能量应根据岩性选用不同品种的炸药。

2、爆破破岩过程(1)从破岩的角度考虑，将爆破后由药包中心向外，分成爆破粉碎区和爆破破碎区。(2)靠近药包周围的岩石直接受到巨大爆轰压力的作用，被击的粉碎，形成粉碎区。(3)破损区的形成是两个过程：

①在爆轰压力作用下，岩石质点向外做径向位移，产生径向压缩应力，在切向引起拉应力，因岩石的抗拉强度远小于抗压强度，岩石被拉裂，在药包周围断产生一系列放射状的径向裂缝，直到拉应力小于岩石抗拉强度处为止。被压缩的岩石内储存了弹性能。②当爆生气体的温度和压力迅速下降，导致岩石的弹性能释放，岩石质点向内做径向位移，产生切向压缩应力，在径向引起拉应力，岩石被拉裂，在药包周围断产生环状的裂缝。3、爆破漏斗当药包处于临空面附近（其最短距离称为最小抵抗线），压缩应力波到达临空面，被反射成拉伸波，当拉伸应力大于岩石抗拉强度，在临空面附近形成一系列张拉裂缝，当最小抵抗线合适时，与药包周围的裂缝贯通，在爆生气体膨胀作功的作用下，将破碎的岩石抛出，形成爆破漏斗。4、地质条件对隧道爆破作用的影响(1)岩体层理的影响①层厚﹥0.5m，节理不发育的完整岩体对爆破作用的影响不大。②层厚﹤0.5m，节理裂隙极为发育的岩体，爆破易引起垂直层理方向的掉块或塌方。在易坍塌之处均采用密钻眼、弱装药的爆破技术。

(2闪)破凤碎岩滩体的季影响断层唱破碎嫌带的宵岩体默破碎惜、有夸时软醋硬间这隔，贤处理真不当零会引妄起严支重塌励方。宫除采锣用隧臭道减宁轻振匹动控萍制爆园破技千术外虏，还昼应采铲取台狗阶法伪或分固部法热开挖显，并朝严格管控制评循环谱进尺掌在1蹈～2处m内劫。(3畜)非齐均质私岩体负的影斥响非均艇质岩新体对肤爆破疾作用识的影债响十寄分明宁显。晒分部材开挖愉时应饥将石隐质差毫的一爽侧先休开挖绸或掏脑槽区静设在齿该侧地；爆践破参春数应婚根据会两种服岩体塔的特搜性分昆别采宜用。否为防猜止掉云块、雷坍塌吗，开汪挖后伯及时举支护稻。(4姜)人支字形场节理腊的影浆响节理种发育类、成钥人字仓形，秤隧道弹拱部叉易出网现坍纠塌，盗爆破探时应枪控制饥药量磁，加低密炮除眼。第三模节旗隧道额爆破剥的掏时槽技讨术影响晃隧道牙爆破菌开挖柱的质毅量，扬关键事在掏旗槽爆弯破技简术和撤周边养成型拳控制坚爆破掩技术桑。掏懒槽爆膨破的汁目的屿在于朝为后茄续炮吨眼爆持破提谎供新样的、扎足够野的临挤空面红和空则间。1、博半断晨面开老挖中剥深眼辣掏槽脆爆破宏技术半断罪面的裤开挖昆面积饰约2抛0～傅50雪m2涉，中确深炮话眼深喘度为由1.团5~闭3.餐5m旋。有效以下复几种冒掏槽塑类型鲜。(1爹)V孩形掏积槽，稿适用他于中斜硬岩议、硬驶岩的森中深棋眼隧田道爆润破。誓只要绿钻眼艰精确舒（达林到深漏度、因保证伏角度炕），届按设狠计装敞药，页一般含均能木取得黑良好萝的效冷果。①三介级复掀式楔桌形掏而槽上下辜排距馋用5专0～招90炎cm肌，硬扒岩取棵小值锄、中誉硬岩痒取中自值、殊软岩泄取大狂值。画硬岩触爆破殃时最障好全注部采石用高蛇威力勿炸药渡；排行数通山常上狱下两俩排即仓可，粉十分朗坚硬寄岩石壁可用蔑三排猴或四到排。②二场级复阀式楔貌形掏等槽③几毁个关桌键技钳术技选术：①开获挖断恼面较榴宽时皮，尽舒量缩盈小掏际槽角味，因峡而要拣尽量眨加大萝第一泻级掏怨槽眼酒的水宿平间劣距。②掏抛槽炮挽眼深幼度﹥漂2.火5m势，其保底部乖加强墨装药舍应占端1/纵3炮猴眼长抗度，与前部纵装药锅集中俩度可露减为完底部盐装药板集中搁度的心40朴～5魄0％游，留竿出2苏0％喂的炮裹眼程凯度不预装药渗，并兰装填构不少培于4业0c川m长凝的炮盏泥。③掏航槽眼彻应每矮级均秋尽量艳同时油起爆概，级输间间芒隔时画差以理25虾～5索0m磨s为姜宜，心以保灿证前场段爆沸破的载岩石轮破碎堂与抛浸掷。(2颗)大铁直径豪中空听直眼蜓掏槽由中执空眼绵逐步尝扩大割形成柿槽腔哗。常司用的楼有单夏螺旋脸、双盖螺旋处掏槽墓，对吧称掏趟槽。北要求墓钻孔剥方向这精确昂；减衔少眼异位偏裁差值健；使序用毫热秒雷江管按她设计袖起爆僻顺序蜂起爆习；控盖制掏奴槽眼总间距弦，防荡止殉越爆；昨控制越掏槽菜眼的牙炸药容用量央，防雹止拒项爆。2、纳全断贼面深懒眼掏判槽爆它破技校术在掌眼子面托中下仔部钻王大直筹径中唤空炮仆眼，锤周围蓄配合贷一些枯逐渐哭最大婶间距拒的小帐炮眼唯进行虹掏槽容。一怨般有热菱形守、螺袖旋、违对称存等掏剑槽。设计刻时要侦考虑口以下拢几个战问题拖：(1总)影甲响直隔眼掏劝槽的驻最重糖要的围因素凯是岩牌石特耗性。捆主要膏有三情个方奥面：①在秀塑性见岩石画中直脚眼掏角槽比丘脆性父岩石尽直眼辞掏槽耍困难息的多愿。②岩绩石结看构是广中空连直眼吃掏槽配必须熟考虑侮的因花素。③岩妄体的委结构声面或健不均坑质性陷是设圆计时薪的特触殊问仔题。(2钻)空宴眼的朴直径瞒与数脸量构棚成的臣容积寸至少妄满足未破碎栋岩石并的膨吩胀余浆量要梦求，侨否则糟爆碎暑抛不躲出，偿导致前掏槽纸失败聪。目尸前国挑内采剧用空蜓眼直哗径7托5～笋10苹0m执m，乏空眼漏个数汽2～练4个物。(3饱)在鸭装药辰眼条栏件及进装药玻密度辫一定做时，乱根据蜓装药欺眼与章空眼住间距押，其猴间岩峰石可纯发生参四种留情况府：①塑宴性变固形。剥眼间你岩石它被剪僻切到刘空眼体，大敌部分倾岩石饶密实伞、变茶质固锐结在滤空眼痛中，蒸不增讯加槽驻口。②破射碎。烘岩石衣被破极碎，煤大部逢分残横留或述挂在途槽腔默内。辆对脆遇性岩伤石大滔多可检达到禾掏槽其；但姜塑性渡岩石螺的碎报屑在穿槽腔煎内重勺新固伐结，笨掏槽帝失败淡。③完融全抛化出。蕉理想歪的间楚距必匆须处况于完苦全抛辈出带逮，不柜仅岩溜石破雹碎，腥且抛钉出槽哪腔之狠外。④两箱眼贯庆穿。齐槽口罪并无疗增大惩。实践猜证明脊，空蚊眼直知径1淡02服mm戏，装箭药眼侮直径池40得mm醒，空银眼到业装药闻眼岩并壁间欢距1客8～休20环mm杯，掏饼槽爆扬破效然果非屯常好顺。(4朵)炸蚀药的生性质友和装遣药量坝对掏靠槽影裕响很懒大，钳其中探爆速广最具船决定筑性。桶中硬皇岩选盗用爆北速3剃00绞0m旗/s局，硝浊铵类港炸药姐；坚辅硬岩祸选用克爆速飞40不00蛙m/衣s，弃乳胶障、乳取化类地炸药箩。装药阿量往吩往采立用把凭炮眼逐基本抽填满栏，浅劣眼留陪出1弹0～梢20蛮cm里的炮估眼，雄深眼很留出贪20螺～4恩0c匙m的钉炮眼劣装填闹炮泥修。(5啊)起程爆顺秋序和档段间劣隔时受差。帜距空槐眼最遗近的辣炮眼境最先痒起爆只、后景续炮吩按此嫂确定写。段桑间隔御时间园50落～1糟00吊ms窑，效毕果较姻好，仍开始寄几段名一定折要跳屯段使充用，帜以免蓝串段半。(6亩)除暖第一扩段顺挑向起陆爆外剖，其谣余眼摄均反挤向起暂爆，钩以便涨破碎群岩石尝、抛君出槽累外。第四罩节光锻面爆终破效扶果的肚提高译途经1、浸影响矩光面陈爆破桃效果秒的主绩要因桑素根据采对2识76坦各开让挖循宿环的堆统计铁、研株究和黄调查推的结斗果分秧析，锄将影衫响超静欠挖盐的因乡丰素和间影响邀程度都列于销下表抗出。饲这种愁分析撕与当近前的桌施工姨实际帽是符销合的诸。钻孔损精度态爆勾破技赚术挣施雪工管肾理班测罩量放郊样想地棍质变泻化崖其蛋他发生确次数廊12缸2满5钢6乒4没9柿2闸1竟17束11发生染频率束0.敬44阅2预0.知20姨3叙0.杀17晕6壮0火.0么76页0输.0庄61亮0.烘04幕0累计打坡率峡0.冲44誉2建0.路64巾5昨0.怖82维2暗0宁.8袄99北0久.9季60驼1.受00药0上述方六个闯影响呆因素质中，胶钻孔冈精度仗、爆冤破技血术、砌施工序管理摇对超缘瑞欠挖脚的影铁响占隆82与％，嫂因此聪这三泳项影恩响因株素应敌作为塘对超腾欠挖吊的控辈制重睡点。2、民降低笛超欠录挖的添方法帝与途涨径⑴改统变“厉宁超慎勿欠将”的哀观念笼，树球立“辽少欠森少超浪”的费观点罩。日箱本隧眯道施惜工中已，在宇断面另上取绪10寸0个谷点，掉有不洒超过叫16疤个点画的欠奔挖就孔可以搅，避爸免开撤挖轮懂廓线宇无谓触扩大诱，使羞超挖亮得以劳减少小。我慢国铁华路隧当道施贞工规锡范规腹定：世当围肝岩完枕整、桑石质梦坚硬陵时，闯容许蛾岩石艳个别体突出置部分宣（每奥1m瓣2不庆大于侄0.倦1m枪2）单侵入啄衬砌晋，侵菠入值本应小优于衬穴砌厚俭度的墨1/叶3，街并小富于1场0c窃m；烛对喷设锚衬茫砌应可不大小于5斧cm申。⑵提鲜高钻华孔技棕术。麻周边毛炮孔逆的外乌插角才、开趋口位隆置和助钻孔办深度裁,与宁超挖成高度两有关牲。①开勒口位皆置取极正值黄（在旷设计购线以繁外）怖，超策挖高仇度随狐增加夺而增夏大；开口看位置在取负指值（础在设血计线景以内串），达超挖汪高度制随减弟小而相减少岭。如容艳许一导定欠绣挖，挤对减烧少超桐挖是嗽有效她的。再者贯，要点解决缓开眼监位置杏误差奥，采仿用掌缺子面瓜标出艰炮眼蓬位置污，或些设炮市眼排战距标跃尺，棒或实悄行领搏杆工详制度域。②钻帽孔深取度是什一个单设计垒指标亩，在皮其他错条件幅一定更时，品采用段较浅脖孔爆辞破对尚减少高超挖产是有棕利的煤。一净般情脏况下蹈采用僚3.收5m愈左右耗的孔得深即角可。泥但施耗工中贱应注录意检巩查每咬循环泽的各棕炮孔日底在戏同一责平面球上，缝使下创一循愉环开邀眼有夸一整毯齐的乳掌子端面。③炮盏孔的茫外插窝角的掉最小匀值受谅钻孔荐机具落的外驶缘高税度控趋制，蹲凿岩渠台车志为5宅～7爽cm届，故卵最小遣平均决超挖治约为忧7c朱m。印如取肃钻孔绳深度说为3盘m，蹈则外竞插角反为1势.3繁4°益,一茧般人永工操迹作水邻平难需以达赚到。歉需培泥训熟作练的胜司钻明工，平或先醋钻一往个标片准眼的插入已炮棍楼，其桃他眼验平行谁钻进疗；最迟好采深用有伴控制沈钻眼圾角度欲装置敞的凿厦岩台堤车钻挤眼。(3必)提鄙高爆环破技蜡术。竹这里颈的爆仪破技传术包缓括光创面爆绍破方纵式以因及各约种爆侍破参盗数。①不绝同爆局破方蒙式及醉减少呜超挖婶效果息的比缝较，均见下架表。爆破方式超挖值(cm)欠挖值(cm)炮孔残留率(%)全断面或台阶法10.8~14.53~1360~80预留光面法12.882~775导洞先行扩大法7.2~10.50.3~0.681~86②影膜响光茄面爆捉破效西果的浮主要求技术决参数冠：炮招眼间城距、繁最小结抵抗领线、鸡周边渣孔密弟集系压数、卖周边认眼装餐药集果中度援、不政耦合崇系数灭。光罢面爆鲜破效慨果与凡技术沃参数柜的关恼系，乡丰见下罗表。爆破效果爆的下来成形规整炮眼残留率有关的技术参数最小抵抗、周边眼装药集中度炮眼间距、周边孔密集系数不耦合系数技术羞参数识之间订是相跪互关钳联的走，共拾同起惜作用绪，只侧有都昏在某众一正压确的范范围蚊内，荐爆破轮效果杯才能礼理想饰。其谁中周黄边眼颜装药虽集中帜度是妨最重子要的渠参数撇。③合气理采叫用爆手破器挥材和色装药疼方法辨，可忌以减往少由顷于爆遥破产其生的全振动房诚和应鹿力波美对围康岩的冈破坏宴作用捷，有