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1、第二节 隧道爆破施工技术,一、爆破对固体介质的破坏作用(一)无限介质中的爆破作用 如图7-6-1所示。1.压缩粉碎区 2.抛掷区 3.破坏区 4.震动区,(二)临空面与爆破漏斗,临空面又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。爆破漏斗，如图7-6-2所示。爆破漏斗有以下几何要素组成：药包中心到自由面最短距离，称为最下抵抗线(W)；最下抵抗线与自由面交点到爆破漏斗边沿的距离，叫爆破漏斗半径(r)；药包中心到爆破漏斗边沿的距离叫破裂半径(R)；可见漏斗深度(P)；压缩圈半径(R1)等。爆破漏斗半径r与最小抵抗线W的比值n(nr/w)，称为爆破作用指数 n1的爆破称为标准抛掷爆破，n1的爆破称为加强抛掷
2、爆破或扬弃爆破；0.75n1的爆破称为加强松动或减弱抛掷爆破；n0.75的爆破称为松动爆破。,(三)柱状药包爆破特点 简称柱状药包。有炸药爆炸特性所确定，球形药包爆炸应力波的传播方向，是以药包中心为圆心成球面状向四周传播。二、爆破材料 1.炸药的性能 炸药的主要性能如下：(1)敏感度。热敏感度。见表7-6-1。,火焰感度 机械感度 见表7-6-2。爆轰感度,表7-6-2 几种炸药的撞击、摩擦感度,(2)爆速几种炸药的爆速见表7-6-3。,表7-6-3 几种炸药的爆速,(3)爆力(威力),表7-6-4 几种炸药的爆力,(4)猛度 见表7-6-5。,表7-6-5 几种炸药的猛度值,(5)爆炸稳定性
3、和临界直径、最佳密度、管道效应 爆炸稳定性是指炸药经起爆后，能否连续、完全爆炸的能力。临界直径“临界直径”是在柱状装药时被动药卷能发生殉爆的最小直径min。最佳密度 管道效应(6)殉爆距离(7)安定性,2.隧道工程常用的炸药(1)铵梯炸药(2)浆状(水胶)炸药(3)乳化炸药(4)硝化甘油炸药又称胶质炸药 3.起爆材料(系统)(1)导火索与火雷管导火索是用来传递火焰给火雷管 火雷管是最简单的一种雷管，见图7-6-3。,(2)电雷管雷管可分为即发电雷管和迟发电雷管。即发电雷管见图7-6-4，图7-6-5 迟发电雷管按其延期时间差可分为秒迟发和毫秒迟发系列。,表7-6-7 秒迟发电雷管的延期时间,发
4、爆电源可用交、直流照明或动力电源，也可以用各种类型的专用电起爆器。(3)塑料导爆管与非电雷管 塑料导爆管的传爆原理及优点：塑料导爆管是用来传递微弱爆轰给非电雷管，使之爆炸的传爆材料 非电雷管的构造及延期时间系列：见图7-6-6。导爆管的发爆及连接网络：图7-6-7、图7-6-8,三、隧道爆破设计,(一)炮眼的种类和作用 1.掏槽眼如图7-6-10中的1号炮眼。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。2.辅助眼如图7-6-10中的2号炮眼。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。3.周边眼如图7-6-10中的3号、4号、5号炮眼，其作用是炸出较平整的隧道断
5、面轮廓。爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破。,(二)掏槽形式和参数1.斜眼掏槽斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖断面斜交 垂直楔形掏槽。图7-6-10 锥形掏槽图7-6-11所示为四角锥形掏槽其有关参数见表7-6-10。,表7-6-9 垂直楔形掏槽爆破参数,表7-6-10 锥形掏槽爆破参数,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。(1)直眼掏槽形式 柱状掏槽(图7-6-12)。螺旋形掏槽,(2)影响直眼掏槽效果的因素 眼距 空眼 装药 辅助抛掷 钻眼质量 3.混合掏
6、槽(1)复式掏槽 如图7-6-14所示。,(2)升级掏槽 如图7-6-15所示。,(3)分段掏槽 图7-6-16 图7-6-17,(三)隧道爆破的参数设计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。一般隧道的炮眼直径在3250mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的1015。2.炮眼数量 炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。,(7-6-1),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=1.12.9kg/m3，见表7-6-11；S开挖断面积，m2；装药系数，即装药长度与炮眼全长
7、的比值，可参考表7-6-12；每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石铵梯炸药的每m质量见表7-6-13。炮眼数量常用的经验数值可参考表7-6-14。,表7-6-12 装药系数值,表7-6-13 2号岩石铵梯炸药每米质量y值,表7-6-14 炮眼数量参考值,3.炮眼深度 炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。炮眼深度一般根据下列因素确定：(1)围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；(2)凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平；(3)掘进循环安排，保证充分利用作业时间。一般最大炮眼深度取断面宽度(或高度)的0.50.7倍，即L=(0.50.7)B。当围岩条件好时，采用较小值。另一种方法是利用每
8、一掘进循环的进尺数及实际的炮眼利用率来确定，即,(7-6-2),第三种方法是按每一掘进循环中所占时间确定，即,(7-6-3),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。计算总用药量Q的公式为,QqV(7-6-4),(四)炮眼的布置炮眼一般按下述原则布置：1.先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。2.周边眼应严格按照设计位置布置。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 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。可以有以下几种布置方式：1.直线形布眼如图7-6-18(a)
9、、(b)所示 2.多边形布眼如图7-6-18(c)所示。3.弧形布眼如图7-6-18(d)所示 4.圆形布孔。,二、周边眼的控制爆破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，在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆周边孔，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，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。其主要标准为：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，围岩壁上无危石等。2.隧道光面爆破的主要参数(1)周边炮眼间距E。如图7-6-19所示，即,(7-6-5),一般取Ki=1018，
10、即E=(1018)d；当炮眼直径为3240mm时，E=320700mm。,(2)光面层厚度及炮眼密集系数。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(图7-6-19)。周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系(3)装药量。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.150.25kg/m，全断面一次起爆时，为减少残眼，装药密度需适当增加，一般可达0.300.35kg/m。3.隧道光面爆破的技术措施(1)使用低爆速、低猛度、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。(3)严格掌握与周边眼相邻的内圈
11、炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。(4)严格控制装药集中度，必要时可采取间隔装药结构。,表7-6-15 光面爆破一般参考数值,（二）隧道预裂爆破 预裂爆破是由于首先起爆周边眼，在其他炮眼未爆破之前先沿着开挖轮廓线预裂爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝而得名。,表7-6-16 预裂爆破参数,四、钻爆施工(一)钻眼(二)装药 隧道爆破中常采用的装药结构有连续装药、间隔装药及不偶合装药等，如图7-6-20。,(三)堵塞及起爆(四)起爆顺序及时差(1)除预裂爆破的周边眼是最先起爆外，在一个开挖断面上，起爆顺序是由内向外逐层起爆。这个起爆顺序可以用迟发雷管的不同延期时间(段别)来实现。(2)试
12、验和研究表明，各层(卷)炮之间的起爆时差越小，则爆破效果越好。常采用的时差为40200ms，称为微差爆破。(3)内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，这个顺序不能颠倒，否则爆破效果大受影响，甚至完全失败。(4)同圈眼必须同时起爆，尤其是掏槽眼和周边眼，以保证同圈眼的共同作用效果。(5)延期时间可以由孔内控制或孔外控制。(五)盲炮的预防和处理 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,2盲炮的预防(1)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0.8，
13、重要工程不超过0.3；(3)不同燃速的导火索应分批使用；(4)提高爆破设计质量。设计内容包括炮孔布置、起爆方式、延期时间、网路敷设、起爆电流、网路检查等。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，避免爆破器材受潮。,3盲炮的处理(1)浅眼爆破盲炮处理：经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆；打平行眼装药爆破。用木制、竹制或其他不发生火星的材料制成的工具，轻轻地将炮眼内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆；在安全距离外用远距离操纵的风水管吹出盲炮填塞物及炸药，但必须采取措施，回收雷管；盲炮应在当班处理。(
14、2)深孔爆破盲炮处理 爆破网路未受破坏且最小抵抗线无变化者，可重新连线起爆；最小抵抗线有变化者，应验算安全距离，并加大警戒范围后连线起爆；在距盲炮口不小于10倍炮孔直径处另打平行孔装药起爆。爆破参数由爆破工作领导人确定；所用炸药为非抗水硝铵类炸药且孔壁完好者，可取出部分填塞物，向孔内灌水使之失效，然后进一步处理。,(六)超欠挖问题1.隧道允许超欠挖值隧道的允许超欠挖值应符合表7-6-17的规定。,表7-6-17 隧道允许超欠挖值,2.超欠挖的原因(1)地质条件：(2)钻孔设备(3)炸药品种及装药结构(4)爆破设计不当(5)施工操作 3.防止或减少超欠挖的措施(1)优化每循环进尺，尽可能将钻孔深
15、度设计在4m以内。(2)选择与岩石声阻抗相匹配的炸药品种。(3)利用空孔导向，或在有条件时采用异型钻头钻凿有翼形缺口的炮孔。(4)利用装药不偶合系数或相应的间隔装药方式。(5)提高施工人员素质，加强岗位责任制。,(七)隧道爆破质量检验标准一般采用表7-6-18所示的质量检验标准,某隧道为石灰岩，无地下水，属级围岩，隧道为矩形断面，其尺寸为4.2m3.0m，月掘进计划为130m，每月施工28d，采用四班四循环作业，炮眼利用率为0.9，采用2号岩石铵梯炸药，药卷直径32mm。钻爆设计如下：1.根据隧道的地质情况决定采用垂直楔形掏槽。2.计算导坑炮眼数N：式中，开挖面积S：4.23=12.6m2；单
16、位耗药量q=1.4kg/m3(根据开挖面面积及围岩级别查表7-6-3)；=0.8(查表7-6-4并根据工程实践经验)；=0.78(根据药卷直径32mm表7-6-5)。则 N=1.412.6/0.80.78=28个3.根据采用的垂直楔形掏槽及级围岩由铁路工程施工技术手册隧道中查得：掏槽炮眼与开挖面间的夹角=70，上、下两对炮眼间的距离a=50cm，同一平面上两炮眼眼底的距离b=20cm，掏槽炮眼为6个。,五、隧道爆破设计实例,4.计算每一循环炮眼深度：l=130/(2840.9)=1.29m1.30m每一循环进尺为1.3m0.9=1.17m。故掏槽眼及底眼深度l掏、底=1.3m+0.10m=1.
17、4m。辅助眼、帮眼、顶眼深度l辅、帮、顶=1.3m。5.计算各种炮眼的长度L及同一平面上两掏槽炮眼眼口间的距离B(图7-6-21)：,掏槽炮眼长度：同一平面上两掏槽炮眼眼口的距离B(图7-6-22)为辅助炮眼长度l辅：因辅助炮眼垂直于开挖面，故l辅=l辅=1.3m。为钻眼方便，根据围岩情况，各周边眼眼口均距开挖轮廓线5cm，其眼底超出开挖轮廓线10cm。帮眼和顶眼长度：底眼长度：6.炮眼布置，见图7-6-22。7.每一循环装药量Q的计算及炮眼装药量的分配。根据炸药供应及围岩情况，使用2号岩石铵梯炸药，其药卷直径为32mm，长度为200mm，每卷药卷为0.15kg。因,故,各个炮眼的装药量(折合
18、卷数)分配如下：20.6/0.15=138卷因为采用=0.8，设各种炮眼的装药系数：掏槽眼为0.9，辅助眼为0.8，帮、顶眼为0.7，底眼为0.9，则60.9+80.8+90.7+50.9=(6+8+9+5)所以=0.8故按上列装填系数进行分配是可以的。每个掏槽眼装药量=0.781.170.9=0.82kg，折合为5.4卷，采用6卷；每个辅助眼装药量=0.781.170.8=0.73kg，折合4.8卷，采用4.5卷；每个帮、顶眼装药量=0.781.170.7=0.64kg，折合4.2卷，采用4卷；每个眼底装药量=0.781.170.9=0.82kg，折合5.4卷，采用6卷。各种炮眼用药量为：掏槽眼 66卷=36卷；辅助眼 84.5卷=36卷；帮眼 44卷=16卷；顶眼 54卷=20卷；底眼 56卷=30卷。总共合计138卷。8.根据爆破器材情况，采用导爆管雷管孔内延期起爆法。起爆顺序按炮眼布置图的图标顺序起爆，共分6段，采用毫秒延期导爆管雷管。考虑爆区长度150m，首段6个掏槽眼选用5段导爆管雷管，其余依次为辅助眼4个6段、4个7段，帮眼4个8段，顶眼5个9段，底眼5个10段。采用连续装药结构，反向起爆方式。由起爆药卷引出的导爆管在孔外通过反射四通连接件联成闭合起爆网路，由1发8号火雷管起爆导爆管网路。,
