隧道爆破(講義資料)

鐵路隧道爆破第三部分地下工程系劉勇1精選ppt隧道施工爆破概述炮眼的種類及作用掏槽眼布置隧道爆破參數及炮眼布置周邊眼的控制爆破鉆爆施工鉆爆設計實例2精選ppt一、隧道的基本概念第一節(jié)隧道爆破施工概述二、圍巖分級隧道的定義隧道的分類隧道施工方法以圍巖的穩(wěn)定性為基礎的分級方法巖石強度完整性3精選ppt三、巖石隧道爆破特點臨空面少要求高地質條件復雜4精選ppt第二節(jié)炮眼的種類及作用掏槽眼輔助眼周邊眼圖5-1炮眼布置圖5精選ppt一、掏槽眼針對隧道開挖爆破只有一個臨空面的特點，為提高爆破效果，宜先在開挖斷面的適當位置（一般在中央偏下部)布置幾個裝藥量較多的炮眼,如圖5-1中的紅色炮眼。其作用是先在開挖面上炸出一個槽腔，為后續(xù)炮眼的爆破創(chuàng)造新的臨空面。6精選ppt二、輔助眼位于掏槽眼與周邊眼之間的炮眼稱為輔助眼。如圖5-1中的黑色炮眼。其作用是擴大掏槽眼炸出的槽腔，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。7精選ppt三、周邊眼周邊眼(perimeterhole)。沿隧道周邊布置的炮眼稱為周邊眼。如圖5-1中的藍色炮眼。其作用是炸出較平整的隧道斷面輪廓。按其所在位置的不同，又可分為幫眼、頂眼、底眼。8精選ppt一、斜眼掏槽第三節(jié)掏槽眼布置斜眼掏槽（inclinecut）的特點是掏槽眼與開挖斷面斜交，它的種類很多，如錐形掏槽、爬眼掏槽、各種楔形掏槽、單向掏槽等。隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和錐形掏槽。9精選ppt單向掏槽由數個朝同一方向傾斜的炮眼組成。適用于隧道斷面內有軟弱夾層、層理、節(jié)理和裂隙時。單向掏槽法可根據巷道斷面大小或軟夾層的厚度不同，布置一排或兩排掏槽眼。掏槽眼的傾斜角度一般為50°~70°，巖石堅固程度高，角度取小值(一)斜眼掏槽布置形式10精選ppt(a)頂部掏槽(b)底部掏槽(c)側向掏槽(d)扇形掏槽11精選ppt楔形掏槽由兩排相對稱的傾斜炮眼組成，爆破后形成一個楔形槽。楔形掏槽的分類及適用條件分為：水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽水平楔形掏槽適用于巖層為水平層理時。垂直楔形掏槽適用于中硬以上的均質巖石12精選ppt(a)垂直楔形掏槽(b)水平楔形掏槽13精選ppt垂直楔形掏槽爆破參數圍巖級別α（°）斜度比a(cm)b(cm)炮眼數量（個）Ⅳ級以下Ⅲ級Ⅱ級Ⅰ級75～8075～8070～7555～701:0.27～1:0.181:0.27～1:0.181:0.37～1:0.271:0.47～1:0.3770～8060～7050～6030～503030252044～66614精選ppt掏槽數目較少，掏槽體積大，易將巖石拋出。掏槽眼深度受到隧道斷面尺寸的限制，巖堆分散。楔形掏槽的特點bαL=0.5~0.7BB15精選ppt為了提高循環(huán)進尺，可以采用復式楔形掏槽復式楔形掏槽16精選ppt17精選ppt錐形掏槽這種炮眼呈角錐形布置，各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心軸線傾斜，眼底趨于集中，但互相并不貫通，爆破后形成錐形槽。根據掏槽炮眼數目的不同分為三角錐、四角錐、五角錐等。(a)三角錐(b)四角錐(c)五角錐18精選ppt錐形掏槽圍巖級別α（°）a(cm)眼數（個）Ⅳ級以上Ⅲ級Ⅱ級Ⅰ級706865601009080703456錐形掏槽爆破參數19精選ppt斜眼掏槽具有操作簡單，精度要求較直眼掏槽低，能按巖層的實際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，易把巖石拋出，掏槽眼的數量少且炸藥耗量低等優(yōu)點。優(yōu)點眼深易受開挖斷面尺寸的限制，不易提高循環(huán)進尺，也不便于多臺鑿巖機同時作業(yè)。

缺點(二)斜眼掏槽的優(yōu)缺點20精選ppt二、直眼掏槽直眼掏槽(cylindercut)由若干個垂直于開挖面的炮眼所組成，掏槽深度不受圍巖軟硬和開挖斷面大小的限制，可以實現(xiàn)多臺鉆機同時作業(yè)、深眼爆破和鉆眼機械化，從而為提高掘進速度提供了有利條件。21精選ppt(一)直眼掏槽的布置形式柱狀掏槽(a)菱形布置(b)楔形布置(c)三角形布置它是充分利用大直徑空眼作為臨空孔和巖石破碎后的膨脹空間，使爆破后能形成柱狀槽口的掏槽爆破。22精選ppt作為臨空孔(freehole）的空眼(busterhole)數目，視炮眼深度而定:一般當孔眼深度小于3.0m時采用一個；當孔眼深度為3.0m～3.5m時，采用雙臨空孔；當孔眼深度為3.5m～5.15m時采用三個。試驗表明：第一個起爆裝藥孔離開臨空孔的距離應不大于1.5倍的臨空孔直徑。23精選ppt螺旋形掏槽螺旋形掏槽是由柱狀掏槽發(fā)展而來，其特點是中心眼為空眼，鄰近空眼的各裝藥眼至空眼之間的距離逐漸加大，其連線呈螺旋形，并且由近及遠依次起爆a=(1.0～1.5)Db=(1.2～2.5)Dc=(3.0～4.0)Dd=(4.0～5.0)DD為鉆孔直徑，一般不小于100mm1234acdb24精選ppt(二)直眼掏槽的特點適用于中硬巖層或堅硬巖層適宜采用中深孔爆破鑿眼效率高炮眼利用率高拋擲距離短耗藥量大要求嚴格25精選ppt(三)影響掏槽效果的因素眼距最先一段起爆的炮眼與空眼的距離空眼直徑、眼距與巖石爆破效果關系26精選pptφdaA中空眼炮眼隧道局的建議公式一般情況下不大于空眼直徑的2倍常用的空眼直徑為102mm，眼距采用18~20cm27精選ppt空眼數目空眼數目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空眼數目越多。裝藥

裝藥長度占全眼長的70~90%輔助拋擲

將空眼加深100~200mm，并在空眼底部放1~2卷炸藥。鉆眼質量28精選ppt(四)直眼掏槽實例雷公尖、大瑤山隧道灰黑色厚層加中厚層隱晶質灰?guī)r，Ⅱ級圍巖。開挖斷面100m2左右，鉆眼深度5.15m。裝藥眼直徑48mm，中空眼直徑102mm29精選ppt花果山隧道致密塊狀的花崗巖，Ⅲ級圍巖。開挖斷面100m2左右，鉆眼深度3.9m和5.15m。裝藥眼直徑48mm，中空眼直徑102mm30精選ppt瑞典樣板掏槽31精選ppt三、混合掏槽混合掏槽是指兩種以上的掏槽方式的混合使用，一般在巖石特別堅硬或隧道開挖斷面較大時使用。32精選ppt四、減輕地震動掏槽為了減少掏槽眼的爆破震動，經常采用特殊掏槽形式。復式楔形掏槽33精選ppt混合掏槽34精選ppt直眼分層掏槽35精選ppt增加空眼直眼掏槽36精選ppt五、豎井掏槽爆破圓錐形深眼掏槽37精選ppt大直徑空眼掏槽38精選ppt一、隧道控制爆破的分類第四節(jié)周邊眼的控制爆破光面爆破預裂爆破光面爆破是指延開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之后起爆，已形成平整的輪廓面的爆破作業(yè)。預裂爆破是指延開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之前起爆，已形成平整的輪廓面的爆破作業(yè)。39精選ppt二、光面爆破與預裂爆破的關系相同點區(qū)別孔距必須與最小抵抗線相匹配采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥同組光爆孔(預裂孔)同時起爆起爆順序不同裝藥量不同40精選ppt三、光面爆破與預裂爆破的成縫機理爆炸后圍巖的靜壓力場41精選ppt應力集中的預裂效應42精選ppt爆轟氣體的楔入效應43精選ppt四、隧道光面爆破控制標準開挖輪廓成形規(guī)則，巖面平整圍巖壁上保存有50%以上的半面炮眼痕跡無明顯的爆破裂縫超欠挖符合規(guī)定要求44精選ppt設計參數45精選ppt周邊眼間距一般取Ki=10~18在不偶合裝藥的前提下，光面爆破應滿足炮孔內靜壓力F小于爆破巖體的極限抗壓強度，而大于巖體的極限抗拉強度的條件。即46精選ppt光爆層厚度及炮眼密集系數一般取K=0.8

所謂光面層就是周邊眼與最外層輔助眼之間的一圈巖石層。其厚度就是周邊眼的最小抵抗線W。周邊眼的間距E與光面層厚度W有著密切關系，通常以周邊眼的密集系數K（K=E/W）表示，其大小對光面爆破效果有較大影響。47精選ppt裝藥不耦合系數一般取裝藥不耦合系數≥2~5

合理的不耦合系數應使爆炸后作用在孔壁上的壓力低于巖石的動抗壓強度，而高于其動抗拉強度。48精選ppt裝藥量在光面層單獨爆落時，周邊眼的線裝藥密度一般為0.15kg/m～0.25kg/m,全斷面一次起爆時，一般可達0.30kg/m～0.35kg/m。周邊眼的裝藥量通常以線裝藥密度表示。施工中應根據孔距、光面層厚度、石質及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。49精選ppt巖石類別炮眼間距E（cm）抵抗線W(cm)密集系數(K=E/W)裝藥集中度(kg/m)硬巖中硬巖軟巖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光面爆破一般參考數值50精選ppt五、隧道預裂爆破控制標準不平整度不超過15cm保存有80%~90%以上的半面炮眼痕跡無明顯的爆破裂縫51精選ppt設計參數巖石類別炮眼間距E（cm）至內排崩落眼間距(cm)裝藥集中度（kg/m）硬巖中硬巖軟巖40～5040～4535～404040350.30～0.400.2～0.250.07～0.12表5-8預裂爆破參數52精選ppt一、隧道爆破參數的確定第五節(jié)隧道爆破參數及炮眼布置炮眼直徑炮眼數目炮眼深度裝藥量53精選ppt炮眼直徑炮眼直徑對鑿巖生產率、炮眼數目、單位耗藥量和洞壁的平整程度均有影響。加大炮眼直徑以及相應裝藥量可使炸藥能量相對集中，爆炸效果得以改善。但炮眼直徑過大將導致鑿巖速度顯著下降，并影響巖石破碎質量、洞壁平整程度和圍巖穩(wěn)定性一般隧道的炮眼直徑在32mm～50mm之間54精選ppt炮眼數目炮眼數量主要與開挖斷面、炮眼直徑、巖石性質和炸藥性能有關，炮眼的多少直接影響鑿巖工作量。炮眼數量應能裝入設計的炸藥量，通?？筛鶕髋谘燮骄峙湔ㄋ幜康脑瓌t來計算55精選ppt式中：N—炮眼數量，不包括未裝藥的空眼數；q—單位炸藥消耗量，一般取q=1.2kg/m3～2.4kg/m3；

S—開挖斷面積，m2；

τ—裝藥系數γ—每米藥卷的炸藥重量（kg/m）第一種方法56精選ppt第二種方法首先計算周邊眼數量N1和裝藥量Q1式中：Bl—隧道開挖斷面周長；B—隧道開挖寬度a—周邊眼間距；L1—周邊眼鉆孔平均深度

γ1—周邊眼每米藥卷的炸藥重量（kg/m）57精選ppt其次計算總的裝藥量然后計算掏槽眼和輔助眼數量式中：L—炮眼的平均深度L2—輔助眼和掏槽眼的平均深度

γ2—輔助眼和掏槽眼每米藥卷的炸藥重量（kg/m）τ2—輔助眼和掏槽眼的裝藥系數η—炮眼利用率，一般取0.8~0.9558精選ppt第三種方法首先計算掏槽眼數量N1和裝藥量Q1其次計算周邊眼數量N2和裝藥量Q2然后計算周邊眼數量N3和裝藥量Q3最后計算炮眼數量N和裝藥量Q59精選ppt一、隧道爆破參數的確定第五節(jié)隧道爆破參數及炮眼布置炮眼深度炮眼深度是指炮眼底至開挖面的垂直距離。合適的炮眼深度有助于提高掘進速度和炮眼利用率。L60精選ppt對于斜眼掏槽，由于施工原因和巖石的夾制作用，一般最大炮眼深度取斷面寬度（或高度）B的0.5～0.7倍，當圍巖條件好時，采用較小值。按開挖斷面跨度確定炮眼深度L=（0.5～0.7）B61精選ppt按每掘進循環(huán)的進尺數來確定按每掘進循環(huán)中所占時間來確定目前常用的炮眼深度為1.8m~2.5m62精選ppt裝藥量的計算合理的藥量應根據所使用的炸藥的性能和質量、地質條件、開挖斷面尺寸、臨空面數目、炮眼直徑和深度及爆破的質量要求來確定。目前多采取先用體積公式計算出一個循環(huán)的總用藥量，然后按各種類型炮眼的爆破特性進行分配，再在爆破實踐中加以檢驗和修正，直到取得良好的爆破效果為止的方法。63精選ppt式中：Q—個爆破循環(huán)的總用藥量，kg;q—爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗量，kg/m3;64精選ppt二、炮眼的布置布置原則先布置掏槽眼，其次是周邊眼，最后是輔助眼掏槽眼一般應布置在開挖面中央偏下部位，其深度應比其它眼深15cm～20cm。為爆出平整的開挖面，除掏槽和底部炮眼外，所有掘進眼眼底應落在同一平面上。底部炮眼深度一般與掏槽眼相同。65精選ppt周邊眼應嚴格按照設計位置布置斷面拐角處應布置炮眼。周邊眼設計位置應考慮0.03～0.05的外插斜率。66精選ppt保證光爆層的合理厚度靠近周邊眼的輔助眼分布均勻。當炮眼的深度超過2.5m時，靠近周邊眼的內圈輔助眼應與周邊眼有相同的傾角。層狀巖層炮眼方向應盡量垂直于層理面。67精選ppt布置方式直線形布置形式簡單且易掌握，同排炮眼的最小抵抗線一致，間距一致，前排眼為后排眼創(chuàng)造臨空面，爆破效果較好。68精選ppt布置方式多邊形布置這種布眼是圍繞著掏槽部位，由里向外，將炮眼逐層布置成正方形、長方形、多邊形等69精選ppt弧形布置順著拱部輪廓線，逐圈布置炮眼。此外，還可將開挖面上部布置成弧形，下部布置成直線形，以構成混合型布置70精選ppt圓形布置當開挖面為圓形時，炮孔圍繞斷面中心逐層布置成圓形。這種布孔方式，多用在圓形隧道、泄水洞以及圓形豎井的開挖中71精選ppt一、隧道開挖方法第六節(jié)鉆爆施工全斷面開挖法臺階開挖法導坑法分部開挖法鉆爆施工是把鉆爆設計付諸實施的重要環(huán)節(jié)，包括鉆孔、裝藥、堵塞和爆破后可能出現(xiàn)的問題處理等72精選ppt二、鉆爆施工鉆眼鉆眼設備氣腿式鑿巖機三臂鑿巖臺車73精選ppt支腿式全液壓鑿巖機74精選ppt鉆眼施工注意事項(1)必須標出掏槽眼和周邊眼的位置，嚴格按照炮眼的設計位置、深度、角度和眼徑進行鉆眼(2)濕式鑿巖裝藥裝藥前一定要清孔使用木質或竹制炮棍注意保護起爆裝置75精選ppt堵塞禁止無堵塞爆破堵塞材料一般為砂子和粘土混合物，其比例大致為砂子50%～40%，粘土50%～60%。堵塞長度當炮眼直徑為φ25mm或φ50mm時，堵塞長度不能小于18cm和45cm。和最小抵抗線有關，通常取0.2~0.5W76精選ppt起爆注意爆破安全，發(fā)布三次信號第一次：清場第二次：起爆第三次：解除起爆爆后檢查與處理檢查危石、塌方、盲炮、支護破壞情況77精選ppt一、隧道爆破的設計程序第六節(jié)隧道爆破設計實例1、準備階段隧道開挖斷面工程地質施工方案爆破技術要求查閱相關設計圖,了解工程概況78精選ppt工期安排循環(huán)進尺施工機械查閱并了解施工組織設計情況實地考察爆破器材的選型及訂購小型的爆破試驗79精選ppt2、設計階段確定開挖方案、循環(huán)進尺、炮眼直徑查閱類似工程資料初步設計現(xiàn)場試爆修改設計80精選ppt二、隧道爆破設計文件的編制1、炮眼布置圖炮眼間距抵抗線總的斷面尺寸起爆順序掏槽眼要單獨畫圖81精選ppt2、裝藥參數表炮眼名稱炮孔編號孔深/m孔數單孔裝藥量/kg總裝藥量/kg雷管段別掏槽眼1~62.261.27.21輔助眼7-122.060.95.4313~242.0120.910.85周邊眼25~462.0220.6313.867底板眼47~512.251.055.259合計5142.5182精選ppt3、設計說明設計依據適用條件施工要求及注意事項機具及材料的有關說明安全要求83精選ppt3、必要的附圖裝藥結構圖爆破網路連接圖鉆眼分工順序圖裝藥分工順序圖84精選ppt三、隧道爆破設計實例(一)全斷面爆破設計實例1、工程概況隧道穿越Ⅲ級圍巖，地下水不發(fā)育，普氏系數f=4~6，隧道斷面設計為半圓拱形，開挖寬度為4.5m，高4m。85精選ppt2、施工方案選擇采用全斷面光面爆破開挖，每月施工28d，采用4班循環(huán)平行作業(yè)，月掘進計劃210m。3、爆破參數選擇(1)炮眼直徑采用2號巖石銨梯炸藥。掏槽眼和輔助眼采用φ35mm，長度165mm，每卷質量為150g；周邊眼采用φ22mm，長度270mm，每卷質量為105g。根據現(xiàn)場施工機具，炮眼直徑選用42mm。86精選ppt(2)炮眼深度每循環(huán)的計劃進尺數：取炮眼利用率為0.93，則炮眼深度為：實際取炮眼深度為2m，實際循環(huán)進尺為：87精選ppt掏槽眼及底眼的深度為：輔助眼及周邊眼的深度為：88精選ppt(3)每一循環(huán)裝藥量計算89精選ppt(4)掏槽眼布置根據圍巖情況和實際開挖進尺，決定采用垂直楔形掏槽。掏槽形式采用6個掏槽眼，掏槽眼與開挖面的夾角取75°，上下兩對掏槽眼間的距離取60cm，同一平面上兩炮眼眼底的距離為30cm。掏槽眼參數90精選ppt91精選ppt掏槽眼長度掏槽眼的裝藥系數為0.55，則單孔裝藥量為：掏槽眼裝藥量實際取1.2kg(8卷)掏槽眼總裝藥量為：92精選ppt(5)周邊眼光面爆破參數選擇根據圍巖情況和隧道斷面尺寸，光爆孔間距取500mm，最小抵抗線取600mm，光爆孔密集系數為0.83。周邊眼數量實際取22個周邊眼周邊眼間距及最小抵抗線93精選ppt周邊眼單孔裝藥量為了保證開挖凈空，周邊眼向外傾斜，眼底距輪廓線為100mm。則周邊眼的長度為：取周邊眼的線裝藥密度為0.3kg/m，則單孔裝藥量為：實際取0.63kg(6卷)94精選ppt周邊眼總裝藥量周邊眼的總裝藥量為：95精選ppt(6)輔助眼參數選擇炮眼數量實際取23個96精選ppt輔助眼單孔裝藥量實際取0.9kg(6卷)底板眼單孔裝藥量實際取1.05kg(7卷)97精選ppt4、炮眼布置98精選ppt5、爆破參數表炮眼名稱炮孔編號孔深/m孔數單孔裝藥量/kg總裝藥量/kg雷管段別掏槽眼1~62.261.27.21輔助眼7-122.060.95.4313~242.0120.910.85周邊眼25~462.0220.6313.867底板眼47~512.251.055.259合計5142.5199精選ppt6、爆破網路及起爆采用毫秒導爆管雷管，孔內延期起爆。采用簇聯(lián)網路，所有炮眼共分為6簇。每簇采用一發(fā)瞬發(fā)導爆管雷管起爆，6發(fā)導爆管雷管由一發(fā)火雷管起爆。100精選ppt火雷管導火索瞬發(fā)導爆管雷管101精選ppt(二)臺階法開挖爆破設計實例1、工程概況堡鎮(zhèn)隧道位于長陽縣的賀家坪鎮(zhèn)和榔坪鎮(zhèn)之間，隧道采用左、右兩單線方案。隧道穿越Ⅳ、Ⅴ級圍巖，地下水不發(fā)育，普氏系數f=2~3，隧道斷面設計為橢圓形斷面，開挖寬度為7.46m，高9.85m。102精選ppt103精選ppt2、施工方案選擇Ⅳ級圍巖地段采用臺階法光面爆破開挖，每月施工24d，采用3班循環(huán)平行作業(yè)，月掘進計劃180m。3、爆破參數選擇(1)炮眼直徑采用2號巖石銨梯炸藥。掏槽眼和輔助眼采用φ35mm，長度165mm，每卷質量為150g；周邊眼采用φ22mm，長度270mm，每卷質量為105g。根據現(xiàn)場施工機具，炮眼直徑選用42mm。104精選ppt(2)炮眼深度每循環(huán)的計劃進尺數：取炮眼利用率為0.9，則炮眼深度為：105精選ppt(3)上臺階布置106精選ppt(3)下臺階布置107精選ppt(3)爆破參數108精選ppt(三)瓦斯隧道爆破1、瓦斯隧道的一般介紹瓦斯指從煤(巖)體內滲出的各種有害氣體的總稱，包括沼氣、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等，在一定壓力、溫度條件下，瓦斯遇到火源將發(fā)生燃燒或爆炸，給施工帶來極