《隧道工程》课件第20讲 隧道爆破施工技术

第七章隧道施工工艺及施工技术围岩预支护(预加固)装渣与运输初期支护监控量测与数据分析防排水施工工艺辅助坑道二次衬砌隧道爆破施工技术

第七章隧道施工工艺及施工技术第二节隧道爆破施工技术炸药爆炸的三要素炸药爆炸的定义(1)放出热量(2)生成气体产物(3)反响的高速度炸药爆炸是一种高速进行的，能自动传播的化学反响，在此反响过程中放出大量的热，并生成大量的气态产物。一、爆破对固体介质的破坏作用

爆炸第七章隧道施工工艺及施工技术爆轰气体与应力波共同作用学说气体产物若P足够大，则推动破碎岩块作径向抛掷运动此时继续压缩楔入应力波作用下的破碎岩块使破碎岩块向前延伸并进一步张开药包爆炸爆轰波作用于岩壁产生冲击波衰减为应力波继续衰减产生压碎区域径向裂隙环向裂隙第七章隧道施工工艺及施工技术当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用，相当于单个药包在无限介质中的爆破作用。

根据炸药药包对介质影响程度的不同,可以将其影响作用分为内部作用和外部作用。

(一)内部作用第七章隧道施工工艺及施工技术

根据岩石的破坏特征，可将偶合装药条件下，受爆炸影响的岩石分为三个区域：粉碎区、破裂区和震动区。1粉碎区岩体中药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激发冲击波，强度远远超过岩石的动态抗压强度。冲击波的作用下，坚硬岩石，受到粉碎性破坏，形成粉碎区；对于松软岩石〔如页岩、土壤等〕，被压缩形成空腔，空腔外表形成较为坚实的压实层，这种情况下的粉碎区又称为压缩区。第七章隧道施工工艺及施工技术R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径第七章隧道施工工艺及施工技术2破裂区在粉碎区形成的同时，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，切向方向将产生拉应力和拉伸变形。当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯穿的径向裂隙。径向裂隙形成后，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石随即释放出在压缩过程中积蓄的弹性变形能，形成与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。第七章隧道施工工艺及施工技术3震动区在破裂区外围的岩体中，应力波和爆轰气体的能量已缺乏以对岩石造成破坏，应力波的能量只能引起该区域内岩石质点发生弹性振动，这个区域称为震动区。在震动区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡、隧道冒顶片帮等灾害。第七章隧道施工工艺及施工技术(二)外部作用当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗。第七章隧道施工工艺及施工技术

1.爆破漏斗几何要素①--爆破漏斗深度;H⑥--爆破漏斗张开角;θ②--可见深度;h③--最小抵抗线;W④--破裂半径;R⑤--爆破漏斗半径;r⑦--自由面第七章隧道施工工艺及施工技术

2.爆破作用指数

爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，用n表示。(三)爆破漏斗的分类

根据爆破作用指数n值的不同，分为以下四种：1.标准抛掷爆破漏斗(n=1)

2.加强抛掷爆破漏斗(n＞1)

3.减弱抛掷爆破漏斗(0.75＜n＜1)4.松动爆破漏斗(0＜n＜0.75)第七章隧道施工工艺及施工技术爆破漏斗分类第七章隧道施工工艺及施工技术(四)药包的分类

炸药装药分为：延长药包和集中药包，当药包的长度和它横截面的直径〔或最大边长〕比值大于某一值时，叫做延长药包。就圆柱形装药而言，通常当比值大于4时，即视为延长药包。实际上，要真正起到延长药包的作用，药包的长度要超过药包直径17倍以上。

柱状装药(延长药包)是工程爆破中应用最为广泛的药包。第七章隧道施工工艺及施工技术炸药的性能指标：感度、爆速、作功能力、猛度和殉爆距离等。二、爆破材料

(一)炸药性能

在外界能量作用下，炸药发生爆炸的难易程度。(1)炸药的热感度

热感度：在热的作用下，炸药发生爆炸的难易程度。1.感度第七章隧道施工工艺及施工技术

炸药的热感度通常用爆发点来表示。炸药爆炸的最低温度。热感度：均匀加热时炸药的感度。

火焰感度:火焰点燃时炸药的感度

火焰感度用上限距离和下限距离表示。用导火索点燃装入加强帽中的0.05g炸药，上限距离是100%发火的最大距离，下限距离是100%不发火的最小距离。爆发点测定仪均匀加热(通常意义上的热感度)第七章隧道施工工艺及施工技术(2)炸药的机械感度在机械作用下，炸药发生爆炸的难易程度,常见形式有：a.撞击感度炸药撞击感度的测定测定过程录像定义：炸药在撞击作用下发生爆炸的难易程度。

猛炸药测定方法：立式落锤仪

第七章隧道施工工艺及施工技术机械摩擦下炸药的感度,炸药摩擦感度的测定采用摆式摩擦仪。b.摩擦感度测定过程录像第七章隧道施工工艺及施工技术(3)炸药的起爆感度在其他炸药〔起爆药、起爆具等〕的引爆下，猛炸药发生爆轰的难易程度。a.定义

习惯上用雷管感度来区分工业炸药的起爆感度。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度，凡不能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度。b.表示方法最小起爆药量起爆药柱的最小质量第七章隧道施工工艺及施工技术2.爆速爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速。影响因素：药柱直径、装药密度、药柱外壳(1)药柱直径的影响dc增加，D增加。第七章隧道施工工艺及施工技术DH为理想爆速：当药柱为理想封闭，爆轰产物不发生径向流动时，炸药所能到达的爆速称为理想爆速。

当药柱直径减小到一定值后，爆轰波就不能稳定传播，最终将导致熄爆。爆轰波能稳定传播的最小药柱直径dK称为临界直径。临界直径时的爆速称为临界爆速。dL为极限直径。第七章隧道施工工艺及施工技术(2)炸药密度

对于单质炸药：爆速随密度增大而增加。

对于混合炸药：密度对爆速的影响较复杂ρbρk使爆速达最大的密度值，称为最正确密度。

爆轰波尚能稳定传爆的最大密度称为临界密度。第七章隧道施工工艺及施工技术(3)药柱外壳

当D≈DH时

药柱外壳不影响爆速。

当D＜＜DH时

药柱外壳增加，爆速增大。爆速测定方法：导爆索法、测时仪法南京理工大学机械学院研制测时仪测定过程录像第七章隧道施工工艺及施工技术3.作功能力炸药爆炸时生成高温高压的爆炸产物，在对外膨胀时压缩周围的介质，使其邻近的介质变形、破坏、飞散而作功。所有爆炸产生的功之总和叫作总功，总功只是炸药总能量的一局部，称为炸药的作功能力，也称为炸药的威力。

A=A1＋A2＋A3＋……＋An=ηE(1)概念第七章隧道施工工艺及施工技术(2)测试方法铅壔法其根本原理:将一定质量、一定密度炸药置于铅壔孔内，爆炸后以铅壔孔扩大局部的容积来衡量炸药的作功能力。单位:mL爆破漏斗体积法第七章隧道施工工艺及施工技术4.猛度

炸药爆炸时粉碎和破坏与其接触的物体的能力称为炸药的猛度。

作功能力表示的是炸药总体的破坏能力，而猛度表示的仅是炸药局部的破坏能力。(1)概念(2)测试方法铅柱压缩法单位:mm录像第七章隧道施工工艺及施工技术5.殉爆距离当炸药〔主发装药〕发生爆轰时，由于冲击波的作用引起相隔一定距离的另一炸药〔被发装药〕爆轰的现象称为殉爆。(1)概念

主发装药与被发装药之间能发生殉爆的最大距离称为殉爆距离。炸药的殉爆能力用殉爆距离表示。

第七章隧道施工工艺及施工技术(2)测试方法图1-17殉爆距离的测定1—雷管；2—主发装药；3—被发装药

录像第七章隧道施工工艺及施工技术6.管道效应(1)产生沟槽效应的原因

如果药柱与炮眼孔壁间存有间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象。这种现象称为管道效应，也称沟槽效应或径向空气间隙效应。a.空气冲击波作用机理第七章隧道施工工艺及施工技术b.等离子体作用机理第七章隧道施工工艺及施工技术(2)消除沟槽效应和防止爆轰中断的措施a.采用偶合散装炸药消除径向间隙。偶合装药不偶合装药b.沿药卷全长布设导爆索，可以有效地起爆炮眼内的细长排列的所有药卷。普通导爆索第七章隧道施工工艺及施工技术c.每装数个药包后，装1个能填实炮孔的大直径药包，以阻止空气冲击波或等离子体的超前传播。d.给药卷套上由硬纸板或其它材料做成的隔环，其外径稍小于炮眼直径。e.选用不同的包装涂覆物

。f.采用临界直径小，对沟槽效应抵抗能力大的炸药。第七章隧道施工工艺及施工技术7.安定性

指炸药的物理、化学性质的安定性，主要表现为吸湿、结块、挥发、渗油、老化、冻结和化学分解等。第七章隧道施工工艺及施工技术(二)隧道工程常用的炸药

工程用炸药一般以某种或几种单质炸药为主要成分，另加一些外加剂混合而成。目前在隧道爆破中使用最广的是硝铵类炸药。硝铵类炸药品种极多，但其主要成分是硝酸铵，占60%以上，其次是梯恩梯或硝酸钠(钾)，占10%~15%。TNTNH4NO3第七章隧道施工工艺及施工技术在无瓦斯坑道中使用的铵梯炸药，简称岩石炸药，其中2号岩石铵梯炸药最为常用；在有瓦斯坑道中使用的炸药，简称煤矿炸药，它是在岩石炸药的根底上外加一定比例的氯化钠作为消焰剂的煤矿用平安炸药。1.铵梯类炸药2号岩石铵梯炸药煤矿许用炸药第七章隧道施工工艺及施工技术铵梯炸药是指以硝酸铵和梯恩梯为主，参加可燃剂〔如木粉〕等组成的混合炸药。铵梯类炸药包括铵梯炸药和粉状铵梯油炸药铵梯油炸药是以硝酸铵为主要成分，参加梯恩梯、木粉、复合油相以及复合添加剂〔或改性剂〕等原材料制成的工业混合炸药。铵梯油炸药

铵梯油炸药是一种新型的工业炸药，是铵梯炸药向无梯化过渡的一个重要品种。第七章隧道施工工艺及施工技术(1)浆状炸药是由可燃剂和敏化剂分散在氧化剂〔以硝酸铵为主，通常可参加其它硝酸盐等〕的饱和水溶液中，经稠化或再经交联后制成的一种水包油型〔O/W〕凝胶状炸药。2.含水炸药含水炸药包括乳化炸药、水胶炸药和浆状炸药。第七章隧道施工工艺及施工技术(2)水胶炸药那么是指以硝酸甲胺为主要敏化剂的浆状炸药。水胶炸药是浆状炸药开展和改进的产物。两种炸药的组分根本相同，主要区别在于敏化剂的不同。水胶炸药优质水胶炸药火烧不炸第七章隧道施工工艺及施工技术(3)乳化炸药是通过乳化剂的作用，使氧化剂水溶液的微滴均匀地分散在含有空气泡或空心微球等多孔性物质的油相连续介质中而成的一种油包水型〔W/O〕的乳胶状炸药。乳化炸药第七章隧道施工工艺及施工技术(4)含水炸药的特点a.抗水性强、密度高、体积威力大。适用于含水爆破环境，易沉入有水炮孔孔底。b.摩擦、撞击、枪击感度和热感度大大低于铵梯炸药，可塑性好；使用平安。适合于现场混装机械化施工。

c.除浆状炸药外，乳化炸药和水胶炸药都具有较好的爆轰感度。可以用1发8号雷管直接起爆。第七章隧道施工工艺及施工技术e.炸药成分、炸药密度及炸药的形态可在较大范围内进行调节。可以根据所爆岩体的性质和最小抵抗线，在现场机械化混制出具有适宜爆炸性能的炸药。d.除浆状炸药外，乳化炸药和水胶炸药都具有沟槽效应小和传爆距离长的特点。能够很好地满足露天深孔爆破对传爆长度的技术要求。f.

含水炸药的主要缺点是耐冻性差，使用时一般要求炸药温度在0℃以上。第七章隧道施工工艺及施工技术硝化甘油炸药是指硝化甘油被氧化剂和可燃剂等吸收后组成的炸药。硝化甘油炸药分为粉状硝化甘油炸药和胶质硝化甘油炸药(胶质炸药)两个系列。3.硝化甘油炸药(胶质炸药)硝化甘油炸药具有爆炸威力大、起爆感度高、传爆性能好和抗水性能强等优点，因此自其诞生之日起就统治工业炸药长达一个世纪。第七章隧道施工工艺及施工技术硝化甘油炸药机械感度高、加工和使用不平安、抗冻性差、易渗油和老化、生产本钱高等缺点。一般只在水下爆破中使用。随着工业炸药的开展，特别是本世纪60年代含水炸药的出现，硝化甘油炸药正逐渐被取代。隧道爆破中使用的炸药一般均由厂家或现场加工成药卷形式，药卷直径有φ22mm、φ25、φ32、φ35、φ40等，长度为165~500mm。注意：第七章隧道施工工艺及施工技术

起爆器材包括：导火索、导爆索、继爆管、导爆管、雷管、起爆药柱、起爆器和起爆所需的其它用品。设置传爆起爆系统的目的是在装药以外的平安距离处通过发爆和传递，使装在药包或药卷中的雷管起爆，并引发药包或药卷爆炸，从而爆破岩石。(三)起爆材料(系统)

三大索类器材：导火索、导爆索和导爆管。第七章隧道施工工艺及施工技术起爆药柱起爆器雷管第七章隧道施工工艺及施工技术

常用的工业炸药起爆方法可分为导火索起爆法、导爆索起爆法、导爆管起爆法和电力起爆法。1.导火索起爆法

导火索起爆法是指利用导火索燃烧时产生的火焰，先引爆火雷管，再由火雷管激发炸药爆炸的起爆方法。1—导火索；2—绑绳；3—火雷管；4—药卷第七章隧道施工工艺及施工技术(1)导火索工业导火索结构1—芯线；2—芯药；3—内线层；4—中线层；5—沥青层；6—纸条层；7—外线层；8—涂料层第七章隧道施工工艺及施工技术

采用黑火药作索芯，传爆速度一般在110~130s/m。具有一定的防潮耐水能力，在1m深常温静水中浸泡2h后，其燃烧速度和燃烧性能不变。黑火药普通型导火索缓燃型导火索第七章隧道施工工艺及施工技术(2)火雷管由管壳、主装药、副装药和加强帽组成，分为6号和8号两种规格。管壳材料分为钢、铝、铜、纸几种，管壳内径为6.2mm。

1—纸壳；2—加强帽；3—传火孔；4—副装药；5—二遍主装药；6—头遍主装药；7—聚能穴第七章隧道施工工艺及施工技术特点

操作简单，能抗杂散电流，不需网路计算，费用较低，特别适用于二次爆破、浅眼爆破和零星分散的小型爆破。(优点)

可靠性低，易出现盲炮，作业危险性较大，不能在竖井、倾角大于30°的斜井以及较难撤至平安地点的爆破工作面使用，不能在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用。(缺点)导火索必须使用导火索或专用点火器材点燃，严禁用火柴、烟头点火。为防止出现爆燃或缓燃事故，严禁脚踩和挤压已点燃的导火索。第七章隧道施工工艺及施工技术2、导爆索起爆法用雷管激发导爆索，通过导爆索的猛炸药芯药传递爆轰并引爆炸药。棉线普通导爆索结构1-芯线；2-黑索今或太安；3-内线层；4-中线层；5-沥青；6-纸条层；7-外线层；8-涂料层；9-防潮帽或防潮层“细长而连续的小号雷管〞导爆索第七章隧道施工工艺及施工技术主要分为普通导爆索和平安导爆索两种。

普通导爆索是目前生产和使用较多的一种，具有一定的防水性能和耐热性能，但是在爆轰传播过程中火焰强烈，只能用于露天爆破和没有瓦斯的地下爆破作业，其爆速不小于6500m/s。平安导爆索是在普通导爆索的药芯或外壳内参加适量的消焰剂，使爆轰过程中产生的火焰小，温度低，不会引爆瓦斯或矿尘，专供有瓦斯或矿尘爆炸危险的地下爆破作用使用。其爆速不小于6000m/s。第七章隧道施工工艺及施工技术

导爆索爆破网路中主线与支线或索段与索段的联接方法有搭结、套结、水手结和三角结等几种。爆破网路导爆索的联接方法(a)搭结；(b)水手结；(c)、(d)、(e)套结；(f)三角结联接方法第七章隧道施工工艺及施工技术图导爆索与药包的联接〔a〕导爆索与药卷；〔b〕导爆索结1-导爆索；2-药卷；3-胶布；4-起爆体导爆索与药包的联接第七章隧道施工工艺及施工技术网路

起爆导爆索的雷管应绑紧在距导爆索端部15cm处，雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。分段并联分段并联簇并联网路环形网路第七章隧道施工工艺及施工技术簇并联环形网路注意：环形网络中支线和主线都应采用三角形联结第七章隧道施工工艺及施工技术

由于导爆索的爆速很高，导爆索网路中联接的所有装药几乎是同时爆炸。为了实现微差爆破，可在网路中联接继爆管。

继爆管：专门与导爆索配合使用的延期元件，实质上是装有毫秒延期元件的火雷管与一根消爆管的组合体，有单向和双向两种。第七章隧道施工工艺及施工技术3、导爆管起爆法塑料导爆管塑料导爆管

塑料导爆管简称导爆管，是一种内壁涂敷有猛炸药，以低爆速传递爆轰波的挠性塑料细管。我国普通塑料导爆管一般由低密度聚乙烯树脂加工而成，无色透明，外径3mm，内径1.4mm±0.1mm。涂敷在内壁上的炸药量为14~18mg/m〔91%的奥克托金或黑索今，9%的铝粉〕。第七章隧道施工工艺及施工技术a.导爆管起爆系统

利用塑料导爆管为传爆元件，并与起爆元件、连接元件及末端工作元件等构成的起爆系统称为导爆管起爆系统。起爆系统b.起爆元件

能够引爆导爆管的器材统称起爆元件。起爆元件主要有：击发枪、击发管、电雷管发爆器配起爆头、导爆管击发笔、导爆索、电雷管、火雷管等，其中后两种最为常用。第七章隧道施工工艺及施工技术塑料连通管是我国于80年代研制成功的一种新型传爆元件，常用的有分叉式、双向集束式、和单向集束式三种。其中单向集束式又称为反射四通。当需要传爆的导爆管小于3根时，可用长于10cm的导爆管〔爆轰过的也可以〕顶替。c.传爆元件

第七章隧道施工工艺及施工技术d.末端工作元件

末端工作元件是指与导爆管的传爆末端相联接的火雷管。常将导爆管与火雷管装配在一起，形成导爆管雷管。导爆管雷管是指靠导爆管的冲击波冲能激发的工业雷管，由导爆管、卡口塞、延期体和火雷管组成。第七章隧道施工工艺及施工技术e.导爆管爆破网路的根本形式簇联串联簇串联复式环形第七章隧道施工工艺及施工技术f.本卷须知

①导爆管一旦被截断，端头一定要密封。再使用时，把端头剪去约10cm，以防止端头密封不严受潮失效。

②如导爆管需接长时，先将导爆管密封头剪掉，再将两根导爆管插入塑料套管中同心相对，并在套管外用胶布绑紧。绝对禁止将导爆管搭结传爆。③用于同一工作面的导爆管必须是同厂同批号产品。

④应将雷管聚能穴指向与导爆管的传爆方向相反的方向。第七章隧道施工工艺及施工技术优缺点1.不受杂散电流及各种感应电流的影响，适合于杂散电流较大的露天或地下矿山爆破作业。2.网路的设计、操作简便，不需进行网路计算。3.导爆管为非危险品，储运方便、平安。4.可以同时起爆的炮孔或装药的数量不受限制。优点缺点1.导爆管雷管及爆破网路无法用仪表进行检查，只能凭外观检查网路的质量情况。2.不能在具有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中使用。三大索类器材的区别第七章隧道施工工艺及施工技术

电力起爆法是指利用电能引爆电雷管，进而激发炸药爆炸的起爆方法。4、电力起爆法第七章隧道施工工艺及施工技术按通电后爆炸时间的不同以及是否允许用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面，作如下分类电雷管第七章隧道施工工艺及施工技术

普通瞬发电雷管简称瞬发电雷管，是指通电后立即爆炸的电雷管，又叫即发电雷管。a.普通瞬发电雷管第七章隧道施工工艺及施工技术纸壳瞬发电雷管瞬发电雷管由火雷管和电点火元件组装而成，电点火元件由聚氯乙烯绝缘镀锌铁脚线、桥丝、引火药头和塑料塞组成

作用原理：电雷管通电后，桥丝电阻产生热量点燃引火药头，引火药头迸发出的火焰激发雷管爆炸。第七章隧道施工工艺及施工技术b.普通延期电雷管

普通延期电雷管简称延期电雷管，是指装有延期元件或延期药的电雷管。

根据延期时间的不同，延期电雷管又分为秒延期电雷管、半秒延期电雷管、1/4秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。第七章隧道施工工艺及施工技术c.煤矿许用电雷管

允许在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用的电雷管统称煤矿许用电雷管。煤矿许用电雷管分为瞬发和毫秒延期两种类型。第七章隧道施工工艺及施工技术煤矿许用电雷管与普通电雷管的区别在雷管的主装药内参加消焰剂或添加剂禁止使用铝质管壳采用铅质五芯延期体采用燃烧温度低、气体生成量少的延期药煤矿许用毫秒延期电雷管的段别分为五段，最长延期时间不超过130ms。第七章隧道施工工艺及施工技术起爆电源a.照明电和动力电

220v照明电和380v动力电作为起爆电源，特别适合大量电雷管的并联、串并联爆破网路。b.发爆器发爆器又称起爆器、放炮器。发爆器能够提供给爆破网路的电流较小，一般适用于电雷管的串联网路。第七章隧道施工工艺及施工技术电爆网络a.根本形式电爆网路由电雷管、端线、区域线、主线、电源开关和插座等构成。用来接长雷管脚线的导线称为端线。连接端线和主线的导线称为区域线。主线那么是指区域线与爆破电源之间的连接导线。第七章隧道施工工艺及施工技术电爆网路的根本形式有：串联、并联、簇并联、和串并联，很少采用并串联。第七章隧道施工工艺及施工技术b.本卷须知只准采用专用爆破电表导通网路和校核电阻。爆破网路主线应设中间开关，并与其它电源线路分开敷设，应采用绝缘良好的导线爆破网路的联接必须在工作面的全部炮孔(或药室)装填完毕和无关人员全部撤至平安地点之后，由工作面向起爆站依次进行。在有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中采用电力起爆时，只准使用防爆型发爆器作为起爆电源。继爆管结构继爆管结构示意图a—单向继爆管；b—双向继爆管1—消爆管；2—大内管；3—外套管；4—延期药；5—加强帽；6—正起爆药DDNP；7—副起爆药RDX；8—导爆索；9—连接管返回双向继爆管导爆索法测炸药的爆速图2—5导爆索法测爆速装置1—被测炸药；2—导爆索；3—铅(或)铝板，4—雷管；5—导爆索中点；6—爆轰波相遇点

返回普通瞬发电雷管返回三大索类器材区别三大索类器材区别三大索类器材区别三大索类器材区别返回第七章隧道施工工艺及施工技术三、隧道爆破设计岩石隧道爆破特点临空面少作业环境差，施工干扰大对钻眼爆破质量要求高复杂地质条件对钻爆施工影响大尽量减小对围岩的扰动第七章隧道施工工艺及施工技术(一)炮眼的种类和作用图5-1炮眼布置图掏槽眼辅助眼周边眼第七章隧道施工工艺及施工技术1.掏槽眼20cm5cm10cm①③④②⑤②①5cm10cm20cm①作用：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。掏槽眼与底眼比其它炮眼深15~25cm，装药量增加15%~20%，采用连续装药结构。直接影响着循环进尺或掘进速度第七章隧道施工工艺及施工技术2.辅助眼作用：扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。装药量介于掏槽眼和周边眼装药量之间，多采用连续装药结构。20cm5cm10cm①③④②⑤②①5cm10cm20cm②第七章隧道施工工艺及施工技术3.周边眼作用：炸出较平整的隧道断面轮廓。周边眼装药量最小，多采用不耦合装药。③④④⑤20cm5cm10cm①③④②⑤②①5cm10cm20cm底眼比其它炮眼深15~25cm。直接影响隧道断面的成形轮廓及对围岩的破坏程度第七章隧道施工工艺及施工技术特点：掏槽眼与开挖断面斜交。1.斜眼掏槽包括：锥形掏槽、各种楔形掏槽、单向掏槽等。(二)掏槽形式和参数隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。根据掏槽眼与工作面的相对关系以及掏槽眼在被爆岩体中的排列形式，可分为斜眼掏槽、直眼掏槽缓和混合掏槽。第七章隧道施工工艺及施工技术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弱夹层的厚度不同，布置一排或两排掏槽眼。掏槽眼的倾斜角度一般为50°~70°，岩石巩固程度高，角度取小值。(1)斜眼掏槽布置形式单向掏槽楔形掏槽锥形掏槽第七章隧道施工工艺及施工技术(a)顶部掏槽(d)扇形掏槽(b)底部掏槽(c)侧向掏槽第七章隧道施工工艺及施工技术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：垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽第七章隧道施工工艺及施工技术(a)垂直楔形掏槽(b)水平楔形掏槽水平楔形掏槽适用于岩层为水平层理时。(使用较少)垂直楔形掏槽适用于中硬以上的均质岩石第七章隧道施工工艺及施工技术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75～8075～8070～7555～701:0.27～1:0.181:0.27～1:0.181:0.37～1:0.271:0.47～1:0.3770～8060～7050～6030～503030252044～666第七章隧道施工工艺及施工技术掏槽数目较少，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L=0.5~0.7BbαB第七章隧道施工工艺及施工技术锥形掏槽炮眼呈角锥形布置，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，但互相并不贯穿，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。适用于岩石较坚硬的均质岩层。(a)三角锥(b)四角锥(c)五角锥第七章隧道施工工艺及施工技术围岩级别α（°）a(cm)眼数（个）Ⅳ级以上Ⅲ级Ⅱ级Ⅰ级706865601009080703456锥形掏槽爆破参数第七章隧道施工工艺及施工技术操作简单，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(2)斜眼掏槽的优缺点第七章隧道施工工艺及施工技术2.直眼掏槽直眼掏槽由假设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。第七章隧道施工工艺及施工技术(1)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。第七章隧道施工工艺及施工技术作为临空孔(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。试验说明：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。第七章隧道施工工艺及施工技术螺旋形掏槽螺旋形掏槽是由柱状掏槽开展而来，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100mm第七章隧道施工工艺及施工技术(2)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第七章隧道施工工艺及施工技术(3)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第七章隧道施工工艺及施工技术φdaA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18~20cm第七章隧道施工工艺及施工技术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。装药过量装药，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

保证各炮眼之间保持等距、平行第七章隧道施工工艺及施工技术序号适用条件斜眼掏槽直眼掏槽1开挖断面大小大断面较适用大小断面均可以，小断面更优2地质条件各种地质条件均适用韧性岩层不适用3炮眼深度受断面大小限制，不宜太深不受断面大小限制，可以较大4对钻眼要求相对来说可稍差些钻眼精度影响大5爆破材料消耗相对较小炸药、雷管用量较多6施工条件钻机干扰大钻眼相互干扰小7爆破效果抛渣远爆堆较集中直眼掏槽与斜眼掏槽的适用条件第七章隧道施工工艺及施工技术3.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。主要有：复式掏槽、升级掏槽和分段掏槽。第七章隧道施工工艺及施工技术为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽复式楔形掏槽三级复式楔形掏槽第七章隧道施工工艺及施工技术二级复式楔形掏槽〔V形掏槽〕第七章隧道施工工艺及施工技术注意：选择掏槽形式的时候要根据围岩地质条件以及设备情况综合确定。假设断面较大、有足够的设备、司钻空间较大时，可采用混合掏槽中的复式掏槽；假设断面不大、设备缺乏、司钻空间小，可采用垂直楔形掏槽或直眼掏槽。掏槽深度大、掏槽效果好能提高炮眼利用率；布置和施工都较为复杂。特点第七章隧道施工工艺及施工技术炮眼直径炮眼数目炮眼深度装药量(三)隧道爆破参数的设计第七章隧道施工工艺及施工技术

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，改善爆炸效果。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。必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等综合分析，合理选用孔径。

一般隧道的炮眼直径在φ32mm~φ50mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%~15%。第七章隧道施工工艺及施工技术

2.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那么来计算第七章隧道施工工艺及施工技术式中：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(见表)γ—每米药卷的炸药重量〔kg/m〕第一种方法第七章隧道施工工艺及施工技术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〕第七章隧道施工工艺及施工技术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0.8~0.95第七章隧道施工工艺及施工技术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然后计算辅助眼数量N3和装药量Q3最后计算炮眼数量N和装药量Q第七章隧道施工工艺及施工技术

3.炮眼的深度影响炮眼深度的因素：

围岩的稳定性，防止过大的超欠挖；凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平；掘进循环安排，保证充分利用作业时间。炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。适宜的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。L第七章隧道施工工艺及施工技术确定炮眼深度的常用方法有三种：按开挖断面跨度确定炮眼深度L=(0.5~0.7)B

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。第七章隧道施工工艺及施工技术l—每掘进循环的方案进尺数；η—炮眼利用率，不低于0.85。

按每掘进循环的进尺数与实际炮眼利用率来确定第七章隧道施工工艺及施工技术按每一掘进循环所占用时间确定

式中，m—钻机数量；v—钻眼速度m/h；t—每一掘进循环中钻眼所占时间(h)。目前较多采用的炮眼深度为1.2m~1.8m，中深孔2.5m~3.5m,深孔3.5m~5.15m。

第七章隧道施工工艺及施工技术4.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。第七章隧道施工工艺及施工技术(1)首先计算总用药量(2)折合成炸药卷数(以2号岩石铵梯炸药为准φ32mm,长200mm，m=0.15kg)故炸药卷数然后，按装药系数进行分配。第七章隧道施工工艺及施工技术5.其它一些参数确实定查相应的标准确定掏槽眼与开挖面夹角α，上、下两对炮眼间距a，同一平面上两炮眼眼底的距离b，确定掏槽眼的个数。第七章隧道施工工艺及施工技术因为掏槽眼和底眼深度比其它眼深约15~20cm，故计算掏槽眼和底眼的深度时，应该是据公式计算出的值再加上20cm。20cm5cm10cm①③④②⑤②①5cm10cm20cm即L掏、底＝L+0.2

L辅、顶、帮＝L

第七章隧道施工工艺及施工技术计算各炮眼长度及同一平面上两掏槽眼眼口距离BbccBααLL’掏＝L掏/sinαL’辅＝L辅(因辅助眼垂直于开挖面)B＝2c+b=2L/tanα+b第七章隧道施工工艺及施工技术为了钻眼方便，根据围岩情况，各周边眼眼口距开挖轮廓线5cm，其眼底超出开挖轮廓线10cm；10cm5cm15cmL周L’周第七章隧道施工工艺及施工技术1.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。(四)炮眼的布置第七章隧道施工工艺及施工技术多边形布置围绕着掏槽部位，由里向外，将炮眼逐层布置成正方形、长方形、多边形等第七章隧道施工工艺及施工技术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。第七章隧道施工工艺及施工技术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第七章隧道施工工艺及施工技术

(1)先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。2.布置原那么20cm5cm10cm①③④②⑤②①5cm10cm

①掏槽眼②辅助眼③④顶眼和帮眼⑤底眼20cm第七章隧道施工工艺及施工技术

(2)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。第七章隧道施工工艺及施工技术(4)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。

(5)当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面。

(3)辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题，这可以由施工经验决定，一般抵抗线W约为炮眼间距的60%~80%，并在整个断面上均匀排列。第七章隧道施工工艺及施工技术(一)隧道控制爆破的分类四、周边眼的控制爆破光面爆破预裂爆破光面爆破是指沿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，以形成平整的轮廓面的爆破作业。预裂爆破是指沿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，以形成平整的轮廓面的爆破作业。第七章隧道施工工艺及施工技术(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第七章隧道施工工艺及施工技术(三)隧道光面爆破控制标准开挖轮廓成形规那么，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第七章隧道施工工艺及施工技术设计参数光面爆破参数示意图简单计算并结合工程类比加以确定，然后在现场爆破实践中加以修正改善。第七章隧道施工工艺及施工技术周边眼间距一般取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。即第七章隧道施工工艺及施工技术光爆层厚度及炮眼密集系数一般取K=0.8

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。光爆层厚度一般取50~80cm第七章隧道施工工艺及施工技术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。第七章隧道施工工艺及施工技术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。第七章隧道施工工艺及施工技术岩石类别炮眼间距（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7-2-15光面爆破一般参考数值第七章隧道施工工艺及施工技术光面爆破技术措施(1)采用小直径药卷或专用的低爆速、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。(2)采用不偶合装药结构。光面爆破的不偶合系数最好大于2,但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。第七章隧道施工工艺及施工技术光面爆破技术措施(3)严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。(4)严格控制装药集中度。必要时可采用间隔装药。(5)确保钻眼精度。第七章隧道施工工艺及施工技术(四)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第七章隧道施工工艺及施工技术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7-2-16预裂爆破参数第七章隧道施工工艺及施工技术五、钻爆施工(一)钻眼1.钻眼设备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支腿式全液压凿岩机第七章隧道施工工艺及施工技术气腿式凿岩机三臂凿岩台车第七章隧道施工工艺及施工技术2.钻眼施工本卷须知(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(二)装药1.装药结构偶合装药不偶合装药根据炮眼内药卷与炮眼之间的关系：第七章隧道施工工艺及施工技术根据炮眼内药卷与药卷之间的关系：1－引线；2－炮泥；3－雷管；4－药卷；5－小直径药卷。11234234(a)间隔装药(b)连续装药间隔装药；连续装药第七章隧道施工工艺及施工技术起爆用的雷管或起爆药柱在装药中的位置称为起爆点。在炮眼爆破法中，根据起爆点在装药中的位置和数目，将起爆方式分为正向起爆、反向起爆和多点起爆。根据起爆点位置不同第七章隧道施工工艺及施工技术1234(a)正向起爆(b)反向起爆123412343(c)多点起爆起爆点位于装药靠近炮眼口，爆轰波传向眼底。起爆点位于装药靠近炮眼底，爆轰波传向眼口。同一炮眼内设置多个起爆点。第七章隧道施工工艺及施工技术(1)装药前一定要清孔(2)使用木质或竹制炮棍(3)注意保护起爆装置2.本卷须知第七章隧道施工工艺及施工技术(三)堵塞及起爆堵塞的目的是：保证炸药充分反响，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率。第七章隧道施工工艺及施工技术1.禁止无堵塞爆破2.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%。3.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。第七章隧道施工工艺及施工技术4.起爆顺序及时差(1)除预裂爆破外，由里向外逐层起爆。可用延期雷管实现。各层(卷)炮间起爆时差越小爆破效果越好(2)同圈眼必须同时起爆。(3)延期时间可由孔内或孔外控制。第七章隧道施工工艺及施工技术注意爆破平安，发布三次信号第一次：清场第二次：起爆第三次：解除5.起爆6.爆后检查与处理检查危石、塌方、盲炮、支护破坏情况第七章隧道施工工艺及施工技术(四)盲炮的预防和处理(自学)

放炮时，炮眼内预期发生爆炸的装药未发生爆炸的现象称为盲炮，俗称瞎炮。炸药、雷管或其他火工品不能被引爆的现象称为拒爆。1．盲炮产生的原因(1)火雷管拒爆产生盲炮(2)电力起爆产生盲炮(3)导爆索起爆产生盲炮(4)导爆管起爆系统拒爆产生盲炮第七章隧道施工工艺及施工技术2．盲炮的预防(1)爆破器材要妥善保管，严格检查，禁止使用技术性能不符合要求的爆破器材；(2)同一串联支路上使用的电雷管，其电阻差不应大于0.8Ω，重要工程不超过0.3Ω；(3)不同燃速的导火索应分批使用；第七章隧道施工工艺及施工技术(4)提高爆破设计质量。对于重要爆破，必要时须进行网路模拟试验；(5)改善爆破操作技术，保证施工质量。(6)在有水的工作面或水下爆破时，应采取可靠的防水措施，防止爆破器材受潮。第七章隧道施工工艺及施工技术(五)超欠挖问题(自学)1.隧道允许超欠挖值隧道的允许超欠挖值应符合表7-2-17的规定。表7-2-17

隧道允许超欠挖值开挖部位围岩级别