隧道工程钻爆法开挖技术

钻爆法施工技术第一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。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。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。一、斜眼掏槽第二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。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(a)爬眼掏槽(b)插眼掏槽(c)侧向掏槽(d)扇形掏槽爬眼掏槽：适用于岩层层理明显的倾斜工作面；插眼掏槽：适用于断面下部有软弱层或岩层层理倾向工作面的场合；侧向掏槽：适用于断面一侧有软弱层，或岩层具有垂直的层理，并与开挖方向成一角度。楔形掏槽由两排（一般2--4对）相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成一个楔形槽，楔形掏槽爆力比较集中，爆破效果较好，掏出的槽子体积较大，适用于各种不同程度的岩层。楔形掏槽炮眼的对数视围岩类别而定：一般Ⅳ级围岩，掏槽眼2对；Ⅲ围岩，掏槽眼2--3对；Ⅱ级围岩，掏槽眼3对；Ⅰ级围岩，掏槽眼3--4对楔形掏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(a)垂直楔形掏槽

(b)水平楔形掏槽垂直楔形掏槽：普通、剪式、层状垂直楔形掏槽：炮眼接近水平，凿岩方便，采用比较广泛。垂直楔形掏槽爆破参数围岩级别α（°）斜度比a(cm)眼底b(cm)炮眼数量（个）Ⅳ级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=（0.5~0.7）BBL为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽复式楔形掏槽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)斜眼掏槽的优缺点二、直眼掏槽

直眼掏槽(cylindercut)由若干个垂直于开挖面的彼此距离很近，相互平行的炮眼所组成，其中有一个活几个不装药的炮眼（空眼），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。空眼：给裝药眼创造临空面，保证掏槽眼范围内的岩石被破碎。(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。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。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100mm1234acdb(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(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(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102mm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102mm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。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。复式楔形掏槽混合掏槽直眼分层掏槽增加空眼直眼掏槽五、竖井掏槽爆破圆锥形深眼掏槽大直径空眼掏槽一、隧道控制爆破的分类第三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。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设计参数周边眼间距一般取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。即光爆层厚度及炮眼密集系数一般取K=0.8-1，过大会留下岩埂，过小，形成凹坑

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。装药不耦合系数在控制爆破中是一个很重要的参数。主要用于预裂爆破与光面爆破。定义：炮孔直径与药包直径之比.用途：保护爆破的完整度，以防龟裂与减少裂隙，保持岩体稳定性。用在预裂孔或周边眼内。一般取值范围为1.0---2.0，在孔距较小情况下一般取大值。在岩石抗压强度较大时，一般取小值。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。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一、隧道爆破参数的确定第四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（炮孔填充系数）γ—每米药卷的炸药重量（kg/m）第一种方法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）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Q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。L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）B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。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;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。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。保证光爆层的合理厚度靠近周边