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1、中铁五局第五工程有限责任公司,朱东平2012年5月.昆明,隧道施工技术基础知识培训,控制爆破篇,提 纲,一、控制爆破作用原理二、控制爆破的技术要点三、控制爆破设计参数四、掏槽方式的选择与布置五、装药结构与起爆六、影响光面爆破的因素分析七、解决超欠挖的办法八、隧道超欠挖的规定九、爆破设计举例,一、控制爆破作用原理,控制爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。一是认为，炸药起爆时，对岩体产生的效应；二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生
2、切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀和裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。,为什么需要开展控制爆破工作？开挖和支护是影响隧道稳定的两个关键工序，新奥法的核心是利用和发挥围岩的自承能力，避免过度破坏和损伤围岩。1、能极大的减少对围岩的振动和扰动，对周边围岩的破坏也很小，有利于隧道围岩的稳定，能防止掉石、落块和坍方，保证施工作业安全。2、可以减少超挖、欠挖工程量，可以相应减少出碴量、炸药量喷砼及衬砌砼量，加快施工进度，大大降低施工成本，经济效益明显。3、控制爆破后断面轮廓成型规整，有利于后续工
3、程如防水板、止水带、衬砌砼的施工。,要使控制爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点：1、根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。2、严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。3、周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。4、采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。5、边孔直径小于等于50mm。,二、控制爆破的技术要点,1）光面爆破层厚度w,即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的1020倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。2）孔距a,一般为光面爆破层厚度的0.750.
4、90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。w a,三、控制爆破的设计参数,3）装药不偶合系数：不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取25。,(1)斜眼掏槽单向斜眼掏槽多向斜眼掏槽a:楔形掏槽水平楔形、垂直楔形等b:锥形掏槽三、四、五眼锥形等,四、掏槽方式的选择与布置,斜眼掏槽的特点：可充分利用自由面，逐步扩大掏槽范围；掏槽面积较大，适用于较大断面的巷道。但因炮眼倾斜，掏槽眼深度受到巷道宽度的限制，循环进尺也同样受到限制，不利于多台凿岩机同时作业。斜眼掏槽，炮眼布置要点：掏槽眼数目视岩石硬度和断面大小而定，一般为4-8个；夹角550-700；炮眼方向垂直于层理；每侧眼距3
5、00-400mm，坚硬岩石取小值；眼底间距100-200mm；眼底比其他炮眼深200mm。,(2)直眼掏槽特征：设置空眼形式：直线掏槽、角柱式掏槽、螺旋掏槽,三角柱掏槽,直线掏槽,菱形掏槽,五星掏槽,螺旋掏槽,直眼掏槽的特点：1）优点：不受断面大小的限制；爆破的岩石块度均匀，抛离不远；有利于使用台车；适用于深孔爆破。2）缺点：对炮眼的技术要求高；钻眼工作量大，需要雷管段数多。适用条件：岩石中硬以上，整体性好，炮眼较深的情况。,（3）混合掏槽实质：直眼掏槽，斜眼扩大槽孔。可以增大斜眼与工作面的夹角，克服斜眼掏槽的缺点。,1、装药结构 1）堵塞段 所有装药的炮眼都要堵塞炮泥，炮眼深度小于1m时，封
6、泥长度不宜小于炮眼深度的1/2，炮眼深度超过1米时，封泥长度不宜小于0.5米，炮眼长度超过2.5米时，封泥长度不宜小于1米，光面爆破周边眼封泥长度不宜小于0.3米。2）孔底加强段 段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。3）均匀装药段 该段一般为轴向间隔不偶合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位,国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。,五、装药结构及起爆,周边眼空气间隔装药示意图,其他炮眼装药示意图,2、起爆为保证同时起爆，光面爆破一般都用导爆索起爆，
7、并通常采用分段并联法。由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏。为保证周边孔准爆，对光面爆破孔可采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。,1、钻孔精度2、爆破技术3、施工管理4、测量放线5、地质变化6、其它因素,0,40,80,120,160,200,240,280,N=276,数量（次）,频次（%）,100,0,20,40,60,80,89.9,82.2,64.5,44.2%,1,2,20.3%,3,17.6%,4,7.6%,5,6.1%,6,4.2%,影响因素统计分析,1、钻孔；2、爆破技术；3、施工管理；4、测量放线；5、地质变化；6、其他,六、影响光面爆破的因素分析,1、改变“
8、宁超勿欠”的传统观念 必须改变“宁超勿欠”树立“少超少欠”的的观点；铁路隧道施工规范中规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌；侵入值应小于衬砌厚度的1/3,并小于10cm；对喷锚衬砌不大于5cm。2、提高钻孔的技术水平 钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边眼的外插角、开口位置e和钻孔的深度L，它们与超欠挖高度h有如下关系：h=e+Ltan（/2）式中表明，随着外插角和钻孔深度L的增大h也增大。和L主要取决于钻眼工操作水平。,七、解决超欠挖的办法,因此，拱部控制上仰角，边墙控制外插角，底板控制下插角。实际施工中、周边开口的位置e有三种情况，第一种情
9、况不影响超欠挖；第二种情况将使超挖增加一个e值；第三种情况将使超挖减少一个e值（出现欠挖）,放样线,e=0,放样线,e0,e,放样线,e0,e,3、进一步解决好爆破技术参数的合理匹配这里的技术参数指的是：爆破方法、爆破方式、爆破器材及装药方法；1）爆破方法的影响 采用控制爆破优于普通爆破2）爆破方式的影响 爆破方式有全断面一次爆破、台阶法爆破、导洞先行扩大爆破和预留光面层爆破等方式；通常认为地质条件许可时，全断面一次爆破方式（包括台阶法）有利于减少爆破重复振动、减少工序转换和干扰，便于快速施工。而从减少超欠挖，改善开挖成形看，预留光面层、导洞先行的开挖爆破方式是比较好的。,3）爆破器材和装药方
10、法 采用合理的爆破器材（雷管、炸药）和装药方法，可以减少由于爆破产生的振动波和应力波对围岩的破坏作用，因而有利于减少超欠挖，提高轮廓质量。测试表明：当相邻段位炮孔起爆时差小于50ms时，震动波会在围岩中产生叠加作用，从而加大对围岩的扰动和破坏，使超挖增大，因此采用毫秒雷管跳段使用可以获得较好的效果。装药方法有：体积不耦合装药、空气间隔装药、小直径药卷全孔均匀装药。4、现场施工管理和组织 现场管理与组织是指人员组织，作业安排，技术交底、指导，质量检测、反馈及相应规章、技术标准的制定等。管理的目的就是要把众多的因素置于可控的状态，达到爆破设计的基本要求。,在爆破管理中应遵循一下原则：1）必须采用控
11、制爆破，通过工程类比和现场试验，优化爆破参数设计。2）应严格控制断面的测量放线精度，避免随意的放大和缩小断面。3）必须严格控制钻孔精度，重点是控制周边眼的外插角、开口误差以及炮眼在断面上是分布均匀性。4）必须做到及时检查和及时反馈。5）必须强化施工组织管理、推行标准化作业并经常加强作业人员的文化和责任心的教育。5、测量放线 控制超欠挖主要是开挖轮廓线（或周边孔线）的精度要控制好。因此，首先要保证中线和标高的准确性，其次要通过正确的方法来保证轮廓线位置的准确,6、地质条件 地质条件是客观存在的，其主要是指围岩节理裂隙的变化，因此在施工过程中需采取以下措施：紧跟开挖面对围岩进行观测描述，并对围岩的
12、节理裂隙状态进行预测，据此调整爆破参数和施工方法或采取局部内移炮眼、局部空孔不装药、加密炮眼、局部调整起爆顺序得辅助措施。,1、隧道永许超挖值应符合下表规定（炮眼深度小于3m）,八、隧道超欠挖的规定,2、采用风钻打眼，炮眼深度在3m以内时，两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm。3、隧道开挖不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，永许岩石个别突出部分侵入衬砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱脚和边墙以上1m范围内严禁欠挖。4、隧道周边眼痕迹率是衡量开挖面平整度的一个指标，炮眼炮痕保存率应满足下表要求,九、爆破设计举例,1、每循环炸药用量QqsL式中：q 爆破1m3岩石炸药用量（kg/m3
13、）S开挖断面积（m2）L炮眼深度，按3.0m单位岩石炸药消耗量q：级围岩取1.6 kg/m3；级围岩取1.4 kg/m3；V级围岩取0.40.6kg/m3。2、炮眼数目N=式中：q单位岩石炸药消耗量(Kg/m3),qs,ad2,0.0012,S开挖断面积(m2)a炸药装填系数取0.7d药卷直径（m）,取0.032m3、光面爆破参数周边眼单孔装药量采用简易经验公式计算:式中：g周边眼单孔装药量(g)E周边眼孔距(m)W抵抗线(m)L孔深(m)Rb岩石单轴抗压强度(Mpa)本隧道取：E=0.65m，W=0.8m，Rb=6080MPa4、开挖断面爆破设计图,小断面开挖断面炮眼布置图,结束！谢谢大家！,
