隧道爆破技术与施工.docx

隧道爆破技术与施工.docx

《隧道爆破技术与施工.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道爆破技术与施工.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

隧道爆破技术与施工

隧道爆破技术与施工

1、隧道爆破常识

l.1隧道爆破的特点

（1）只有一个自由面（临空面）；

（2）炮眼深度受到一定限制，这是与隧道围岩条件、打眼机械工具、爆破技术等有关系；

（3）受隧道围岩条件的控制，爆破参数主要取决于围岩级别；还取决于开挖方法与断面大小；

（4）钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行；

（5）隧道爆破、炮眼比较集中，1.5-2个/m2；

（6）多采用类比法设计，计算简单。

不象洞室爆破、拆除爆破等要进行较复杂的计算和药包的布置。

1.2炮眼直径与炮眼深度

（1）炮眼直径：

常采用Φ32-Φ45mm钻孔，采用液压台车液压钻机时，钻孔一般为Φ48mm、Φ63mm、Φ76mm和大中空孔Φ102mm、Φ152mm。

（2）炮眼深度

浅孔—1~3m；手持式风钻、液压钻；

深孔—3~5m；钻孔台车、液压钻；

超深孔—>5m；钻孔台车、液压钻。

1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级，即是通用的“铁路隧道围岩分级”，而不是按岩土可爆性分级分类的。

一般V、Ⅵ级围岩不用钻爆法。

1.4炮眼的种类和作用

隧道开挖爆破的炮眼数目与隧道断面、围岩级别、爆破方法等有关，多在几十至几百范围内。

炮眼按其在开挖断面所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可大致分为如下几种：

（1）掏槽眼

针对隧道爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，先在开挖断面的适当位置，布置一些装药量较多的炮跟，先行爆破，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

位于掏槽跟与周边限之间的炮眼，统称为辅助眼。

其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造“临空面”。

常把靠近掏槽服的炮眼并有扩大掏槽作用的炮眼，又称为“辅助掏槽眼”或“扩槽眼”；常把靠近周边眼的一排炮眼，称为“内圈眼”。

（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光滑的隧道断面轮廓。

按其所在不同位置，又可分为“帮眼”、“顶拱眼”、“底板眼”。

1.5隧道钻眼机械设备与装药设备，前面已介绍。

我们集团公司施工工点，仍多使用手持式风钻，或将风钻设置于台架上。

手持液压钻机在三处有限公司开始推广应用，这是一个方向，节能、省去管道敷设、扭矩和冲击力都大于一般风钻，可以打更深更大的炮眼。

自大瑶山隧道旌工引进全液压凿岩台车以来，我集团公司在少数重点工程中，仍使用全液压凿孔岩台车，有二臂、三臂和四臂台车，在轮式和轨行式两种走行方式可打3.9m、5.15m炮眼，眼径Φ48mm，大中空孔眼径Φ102mm。

国外台车，也在不断发展，多臂有5、6个臂；炮孔直径Φ48、Φ63、Φ76、Φ102、Φ152m不等，可在不同位置打起不同作用的炮眼，变得更先进。

同时，使用电子计算机控制的全自动钻孔台车（凿岩台车）也在欧洲和经济发达地区使用。

目前，工地装药仍以手工操作为主，很少使用装药机。

装药机应该提倡使用，也是应该大力推广的操作方法。

1.6炮眼布置测量设备

在掌子面布孔，是钻爆作业的第一道工序，以前完全是靠已有的中线、水平点，采用人工操作，用红油漆画出隧道轮廓线的方法。

采用激光指向仪控制隧道轮廓的方法较为先进，可以利用激光光斑，再画出炮眼位置。

目前此法已广泛应用。

采用“断面仪”布炮眼的方法最为先进．现在已经在少数工点应用。

使用激光指向仪和断面仪布眼，控制轮廓线准确，为隧道爆破取得良好效果的第一道工序的保证。

这样才能减少超、欠挖。

l.7常用的隧道爆破器材

（1）药卷：

①二号岩石炸药卷Φ32、Φ25mm；并可以根据使用单位的要求，做成Φ20mm、Φ40mm。

②二号岩石乳化炸药卷Φ32、Φ25rm，并可根据使用单位的要求，做出Φ40mm。

③低爆速光面爆破炸药卷，由化工厂特制，Φ20、Φ15mm的低爆速药卷，其爆速为1500m～2000m／s。

（2）雷管：

①火雷管；

②导爆管毫秒雷管；

③导爆管1／4秒和半秒级雷管。

应注意有瓦斯或矿尘爆炸危险场所禁止使用。

★起爆药卷——装有雷管的药卷叫做起爆药卷

1.7隧道爆破有害效应

与所有工程爆破一样，隧道爆破同样会产生有害效应

①爆破冲击波，应注意其对人对物的伤害。

②爆破振动，应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。

③爆破飞石，应注意其对人对物的伤害。

④爆破有害气体，应注意其对人的伤害。

⑤爆破噪音，应注意对人的伤害。

⑥爆破粉尘，应注意其对人的伤害。

对上列有害效应，都可以采取技术措施降低的。

可以而且应该采取技术措施预防有害效应对人对物的伤害与破坏。

2、隧道爆破设计

隧道开挖前应做好隧道爆破设计，这也是隧道实施性施组的一项内容，也是计划进度、工期、材料等的依据。

隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明”，并应绘制出大比例尺交底图对作业工人进行交底，付诸实施。

2.1隧道爆破设计的依据

（1）工程地质条件、围岩级别；

（2）开挖方法；

（3）开挖断面；

（4）掘进循环进尺；

（5）钻眼机具；

（6）爆破器材；

（7）施工队伍的操作技术；

（8）周围环境，尤其是城市隧道，更要考虑环境因素。

2.2隧道爆破设计的方法与内容

（1）利用经验参数，利用数理统计出来的参数，作为设计参数。

（2）工程类比方法：

①工程地质条件；

②断面大小；

③使用的爆破器材，尤其是炸药种类与药径；

④爆破效果。

（3）作一些简单的计算

①炮眼个数；

②装药量与单耗、装药集中度等。

（4）要有炮眼布置图：

包括掏槽眼、辅助眼、周边眼。

掏槽眼较复杂时，应绘制大样图。

图中要标明起爆先后顺序和雷管的安排布置。

一般有正面图与剖面图即可。

（5）要有钻孔、装药表，标明和表达出钻孔名称、钻孔直径、钻孔深度、角度、装药量、延时雷管段数（段别）、开挖断面、开挖进尺、炮眼利用率、炸药总重、单耗（1kg/m3）、雷管单耗（个/m3）。

（6）要有简单扼要的说明，包括工程地质条件、钻孔、装药、堵塞要求、安全技术措施以及经济技术指标等。

2.3隧道掏槽形式和主要参数

掏槽效果的好坏．直接影响整个隧道爆破效果，明显的是对炮眼利用率和周边光爆炮眼的影响。

根据掏槽炮眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类。

斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。

它的种类很多，如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等。

隧道爆破中常用的是水平楔形掏槽，其中深孔爆破采用大间距多对水平深孔楔形掏槽，一段为3.5m-5.0m深，使用于坚硬岩石较多。

（1）水平楔形掏槽

掏槽眼水平成对布置（两对以上），爆破后形成楔形槽口。

炮眼与开挖面的夹角、上下两对炮眼的间距a与同一平面上一对掏槽眼眼底的距离b，是影响此种掏槽爆破效果的重要因素。

此种掏槽形式的主要参数，随围岩级别不同而不同，列出一些经验数据作为设计参照。

见附录。

（2）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开挖面中心轴线倾斜，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。

四角锥形掏槽常用于受岩层层理、节理、裂隙影响较大的围岩。

由于毫秒雷管的应用，此种较难操作的角锥形掏槽也很少使用了。

因为毫秒雷管的应用，改善了掏槽效果。

斜眼掏槽具有操作简单，打眼精度要求较直眼掏槽低，能按岩层的实际状况选择掏槽方式和掏槽角度，易把岩石抛出、掏槽炮眼的数量少且炸药耗量低等优点。

但是，炮眼深度易受开挖断面尺寸的控制，不易提高循环进尺，也不便于多台凿岩机同时作业和开挖断面小时，进尺受限制。

此种掏槽的主要参数见附录。

直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，掏槽炮眼形式多样，掏槽深度不受围岩软硬和开挖面断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业，深孔爆破和钻眼机械化，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，不需随循环进展的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼深度，且石碴抛掷距离也可近些，受到工地欢迎。

但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量较多，对眼距、装药等要求严格一些，如果设计不当，可能使槽内岩石不易抛掷或重新固结而降低炮眼利用率。

（1）直眼掏槽形式

过去常用的有龟裂掏槽、五眼梅花掏槽（五眼中空）和螺旋掏槽。

近十多年来，由于重型凿岩机械的使用，尤其是钻孔台车的使用，能钻大于102mm直径炮孔的液压钻机投入施工之后，直眼掏槽的布置形式有了新的发展。

目前常见的形式有：

①柱状掏槽（或称筒形掏槽），这是隧道局在1979年研究成功并投入使用的非常成功的掏槽形式。

它是充分利用大直径中空眼作为“临空孔”（隧道局定的“术语”）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”（一般为Φ102mm和Φ153mm）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1个；当孔眼深度为3.0~3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5~5.0m时，采用3临空孔。

经验：

第一起爆装药孔离开临空孔的净距离不大于1.5倍。

并应注意炮眼平行，不能相交（打穿）。

大中空孔直眼掏槽区一般为1.0m×1.0m。

②螺旋形掏槽，它是由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空跟（不装药），邻近空眼的各装药孔至空眼之间的距离逐渐增大，其联线呈螺旋状。

见附录。

其主要参数：

装药眼与空眼之间的距离分别为a=（1.0—1.5）D，b=（1.2—2.5）D，c=（3.0—4.0）D，d=（4.0一5.0）D。

D为空眼直径，一般不小于Φ63mm，可用Φ102mm钻头，Φ63mm钻头、Φ76mm钻头。

也可以使用Φ63mm钻头钻成8字形空孔，爆破按l、2、3、4由近及远顺序起爆，以充分利用自由面，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两，利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎，并借助爆破产生的气体的余能将已破碎的岩块从槽腔内抛出。

在直胀掏槽中，应注意以下几点：

①眼距。

空眼与装药眼之问的距离。

当使用等直径炮孔时，此距离一般随岩石不同而变动，变动范围为炮眼直径的2—4倍：

当采用大直径空眼时（≥Φ63mm），眼距不宜超过空眼直径的2倍。

由于掏槽效果对眼距变化很敏感，往往眼距稍大就会造成掏槽效果降低或失败，而眼距过小不仅钻眼困难，还会发生槽内岩石被挤实现象，不能形成槽腔。

②空眼。

中空眼不仅起着临空面和破碎岩石的发展导向作用（即使岩石破碎后向空孔方向运动），同时为槽内岩石破碎提供一个膨胀的空问。

所以，增加空眼数目能获得良好的效果，一般随眼深加大，空眼数目也相应增加。

③装药。

直眼掏槽装药眼一般要“过量过药”，装药长度占炮眼长度的85％一90％，如果装药长度不够，会发生“留门坎’’和“挂门帘”现象。

当深度大于3.0m时，可能发生“管道效应”（即大炮眼装小药卷，爆破时，可能存在药卷爆熄现象），应采取相应措施防止爆轰中断。

措施：

一是加大药卷直径，做到偶合装药。

二是使用导爆索串装药卷；三是采用高威力炸药等。

④辅助抛掷。

采用辅助药卷，置于空眼底部（底部加深20cm），在掏槽眼全部起爆后接着起爆，帮助把槽内已破碎岩石抛出槽腔，达到确保掏槽效果的目的。

⑤钻眼质量。

要保证钻眼的准确，使各炮眼之间保持等距、平行极为重要。

如果两眼打穿，易造成殉爆，降低槽内岩石抛掷，使岩石再挤紧，不能形成自由面。

如果距离过大，或钻眼偏斜，易发生单个炮眼直径扩大或单个炮眼爆炸，炮眼间的岩石不易崩落，形成“岩梗”。

（1）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。

①直眼与斜眼结合成的掏槽。

②角锥与直眼结合的掏槽。

③楔形与直眼结合的掏槽形式。

①~③混合掏槽一般用在比较坚硬岩中。

④此外，还有升级掏槽，它是采用逐级加深的炮眼布置，按掘进方向平行钻孔，把全部掏槽深度分阶段达到爆破的目的。

见附录。

这种掏槽可适用于各类不同条件与岩石状况。

（2）特种掏槽