隧道爆破施工技术PPT.ppt

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1、 目前，钻爆法由于对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工。钻爆法仍是隧道掘进的主要手段。隧道爆破一般采用小孔径的钻眼爆破，其钻眼、装药、堵塞、爆破等施工操作具有以下特点：1.由于滴水、潮湿空气、照明、通风和洞内气温、噪音、粉尘等的影响，钻眼爆破作业条件差；2.爆破的临空面少，岩石的夹制作用大，耗药量大，不能充分发挥爆破效果。3.对钻眼爆破质量要求较高。既要使隧道方向正确，满足精度要求；又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不能超挖过大。爆破时要预防飞石崩坏支架、风管、水管、电线等，爆落岩石块度要均匀，便于装碴运输。第一节 隧道爆破设计 岩石隧道开挖前

2、，应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破器材等做好钻爆设计。合理地确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序，安排好循环作业等，以正确指导钻爆施工，达到预期的效果。一、炮眼的一、炮眼的种类种类和和作用作用 隧道开挖爆破的炮眼数目，与隧道断面的大小有关，多在几十至数百范围内。炮眼类型按其所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可分为如下几种：掏槽眼、辅助眼、周边眼 1.掏槽眼。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,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。123掏槽眼辅助眼周边眼 2.

3、辅助眼。位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。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。123掏槽眼辅助眼周边眼 3.周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。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（3#眼）、顶眼（4#眼）、底眼（5#眼）。123掏槽眼辅助眼周边眼 爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条件，直接影响循环进尺和掘进效果；周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。二、掏槽二、掏槽形式形式和和参数参数 掏槽效果的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败。根据掏槽眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度

4、以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类:斜眼掏槽 斜眼掏槽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、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等。(1)楔形掏槽。掏槽眼水平成对布置（图51），爆破后将炸出楔形槽口。表5-1列出一些经验数据供参考。表表5-1 5-1 楔形掏槽爆破参数楔形掏槽爆破参数围岩类别（）斜度比a(cm)b(cm)炮眼数量（个）类以下类类类70807580707555701:0.271:0.181:0.271:0.181:0.371:0.271:0.471:0.3770806070506030503030252044666(2)锥形掏槽。这种炮眼呈角锥形布置，各掏槽眼

5、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。图5-2所示为四角锥形掏槽。a图5-2四角锥掏槽 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。但是，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。斜眼掏槽的特点表表5-2 5-2 锥形掏槽爆破参数锥形掏槽爆破参数围岩类别（）a(cm)眼数（个）类以下类类类706865601009080703456 直眼掏槽 直眼掏槽(cylinder

6、cut)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。由于直眼掏槽凿岩作业较方便，不需随循环进尺的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼的深度，且石碴的抛掷距离也可缩短，目前现场多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量要增多，对眼距、装药等要求严格，往往由于设计或施工不当，使槽内的岩石不易抛出或重新固结而降低炮眼利用率。1直眼掏槽形式 直眼掏槽形式很多，过去常用的有：菱形掏槽，五眼梅花掏槽和螺旋掏槽。近年来，由于重型凿岩机械的使用，尤其是能钻大于100mm直径炮孔的液压钻机投入施工

7、以后，直眼掏槽的布置形式有了新发展，目前常用的形式有：柱状掏槽。如图5-3所示。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。作为临空孔的空眼数目，视炮眼深度而定，一般当孔眼深度小于3.0m时采用一个；0当孔眼深度为3.0m3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5m5.15m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，其联线呈螺旋形状，如图5-4所示。装药眼与空眼之间的距离分别为a=(1.01.5)

8、D；b=(1.22.5)D；c=(3.04.0)D；d=(4.05.0)D.D为钻孔直径，一般不小于100mm，也可用60mm70mm的钻头钻成8字形双空。爆破按1、2、3、4由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。2影响直眼掏槽效果的因素 直眼掏槽以空眼作为增加的临空面，利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎，并借助爆破产生气体的余能将已破碎的岩石从槽腔内抛出，在直眼掏槽中应注意以下几点：眼距。空眼与装药眼之间的距离。当用等直径炮孔时，此距离一般随岩性不同而变动，变动范围为炮眼直径的24倍；当采用大直径空眼时，眼距不宜超过空眼直径的两倍。由于掏槽效果对眼距变化很敏感，往往眼距稍大会造成掏

9、槽失败或效果降低，而眼距过小不仅钻眼困难，还容易发生槽内岩石被挤实现象。空眼。空眼不仅起着自由面和破碎岩石发展的导向作用，同时为槽内岩石破碎提供一个膨胀的空间。所以，增加空眼数目，能获得良好的效果，一般随眼深加大，空眼数也相应增多。装药。直眼掏槽一般都是过量装药，装药长度占全眼长的70%90%，如果装药长度不够，易发生“挂门帘”和“留门坎”现象。当眼深大于2.5m 时易产生沟槽效应，应采取相应措施防止爆轰中断。辅助抛掷。直眼掏槽的关键是把槽内已破碎岩石抛出槽腔，当眼深在2.0m以上时，可采用辅助抛掷措施。一般是将空眼加深100200mm，并在眼底放一卷炸药，在掏槽眼全部起爆后接着起爆。混合掏槽

10、 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。三、隧道爆破的参数设计三、隧道爆破的参数设计 3.1炮眼直径一般隧道的炮眼直径在32mm50mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%15%。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。3.2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。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，其公式为：1-5 qSN 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/m32.4k

11、g/m3；S开挖断面积，m2；装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，可参考表5-3；每米药卷的炸药重量（kg/m）,2号岩石铵梯炸药的每米重量 见表5-4；表表5-3 5-3 装药系数装药系数值值 围岩类别炮眼名称 、掏槽眼辅助眼周边眼0.50.40.40.550.450.450.600.500.550.650.800.550.700.600.75表表5-4 25-4 2号岩石铵梯炸药每米重量号岩石铵梯炸药每米重量值值药卷直径（mm）32353840444550（kg/m）0.780.961.101.251.521.591.90 3.3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

12、深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。目前较多采用的炮眼深度为1.2m1.8m，中深孔2.5m3.5m,深孔3.5m5.15m。3.4装药量的计算及分配 眼装药量的多少，是影响爆破效果的重要因素。药量不足，会出现炸不开，炮眼利用率低和石碴块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和机械设备，使抛碴过散，对装碴不利，且增加了洞内有害气体，相应地增加了排烟时间和供风量等。计算总用药量Q的公式为：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,V一个循环进尺所爆落的岩石总体积，见表5-6；4-5 qVQ V=lS,m3；l计划循环进尺m；S开挖面积,m2。总的

13、炸药量应分配到各个炮孔中去，由于各炮眼的作用及受到岩石夹制情况不同，装药数量亦不同，通常按装药系数进行分配，值可参考表5-3取值。表表5-6 5-6 爆破岩石所需的单位耗药量爆破岩石所需的单位耗药量（kg/m3kg/m3）（）（2 2号岩石铵梯炸药）号岩石铵梯炸药）开挖部位和开挖面积（m2）围岩级别I一个自由面的水平和倾斜隧道467910121315162040431.51.31.21.21.11.81.61.51.41.32.32.01.81.71.61.12.92.52.252.12.01.4多个自由面部位扩大挖底0.60.520.740.620.950.791.21.0四、炮眼的布置四、

14、炮眼的布置 布置原则：1.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15cm20cm。2.周边眼应严格按照设计位置布置。周边眼设计位置应考虑3%5%的外插斜率。并应使前后两排炮眼的衔接台阶高度（即锯齿形的齿高）最小为佳。此高度一般要求为10cm左右，最大也不应大于15cm。外插角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，当采用2号岩石铵梯炸药时，W值一般取0.6m0.8m。炮眼间距W第二节 周边眼的控制爆破 一、隧道的光面爆破一、隧道的光面爆

15、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 光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括：周边炮眼的间距，光面爆破层的厚度，周边眼密集系数和装药集中度等。影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小

16、、断面形状、凿岩设备等。其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，通常是采取简单的计算并结合工程类比加以确定，在初步确定后，一般都要在现场爆破实践中加以修正改善。(1)周边炮眼间距E。一般周边炮眼间距E=（1018）d；当炮眼直径为32mm40mm时，E=320mm700mm。一般情况软质或完整的岩石E宜取大值，隧道跨度小、坚硬和节理裂隙发育的岩石E宜取小值，装药量也需相应减少。(2)光面层厚度及炮眼密集系数E/W。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（如图510）。必须保证周边炮眼间距E最小抵抗线W。实践表明，K=0.8左右较为适宜，光面层厚度W一般取50cm80cm。(3)装药量。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏。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。在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15kg/m0.25kg/m,全断面一次起爆时，为尽量减少残眼，需适当增加，一般可达0.30kg/m0.35kg/m。3.隧道光面爆破的技术措施