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隧道爆破的基本概念CONTENTS一、隧道爆破的基本概念二、隧道爆破器材及起爆方法四、隧道光面爆破技术三、隧道掏槽爆破技术五、隧道爆破设计一隧道爆破的基本概念一隧道爆破的基本概念隧道爆破的原则：先做出设计，在掌子面上布置炮眼，而后根据设计的炮眼深度和方向钻眼，然后根据设计装药量及起爆顺序将炸药及不同级别的雷管装入炮眼，待做好安全防护工作后，连接回路并起爆。一般要求：按照爆破顺序，最初的几个炮眼要形成一个槽腔，破岩深度取决于掏槽效果。理想的爆破：成功的隧道爆破，应该是达到预定的进尺，掌子面较平整，岩渣块度适宜装运，轮廓壁面平顺，超欠挖在预定的范围之内，围岩稳定。一隧道爆破的基本概念1主要名词解释1.1掏槽：在开挖面的中部，钻一定数量的眼，并且超量装药，以破碎抛掷岩石，首先形成一个槽腔，增加自由面，为其他炮眼的爆破增加条件。1.2光面爆破：使岩体沿开挖轮廓线爆除，最大限度少受损伤的爆破技术。1.3预裂爆破：周边眼在断面上所有炮眼爆破前先起爆，其工艺与光面爆破基本一样。1.4循环进尺：一次开挖爆破的隧道进尺。1.5炮眼间距：同一并排同段号爆破两相邻炮眼的中心距离。1.6抵抗线：通常将药包中心或重心到最近自由面的最短距离，称为最小抵抗线，一般常用W表示。（最小抵抗线是爆破时岩石阻力最小的方向，在这个方向上岩石运动速度最高，爆破作用也最集中。因而最小抵抗线是爆破作用的主导方向，也是抛掷作用的主导方向。）一隧道爆破的基本概念2主要名词解释2.1炸药单耗：1m³岩石所需要的炸药量。2.2炮眼利用率：实际循环进尺与炮眼深度之比。2.3掏槽眼：开挖断面中部，最先起爆的炮眼，可为崩下工作面的岩石为其它炮眼爆破创造条件。（掏槽眼深度应比爆破挖掘预计工作面向前推进距离的设计深度大150～200毫米，其装药量比辅助眼加大15%～20%。）2.4辅助眼：指在掏槽眼与周边眼之间钻凿的炮眼。2.5周边眼：布置于四周靠近岩壁的炮眼，其作用是形成轮廓断面形状。2.6底板眼：隧道底边上的炮眼。一隧道爆破的基本概念3主要名词解释3.1敏感度：炸药在外能作用起爆的难易程度，简称为敏感度，简称感度。3.2爆力：炸药爆炸后在介质内部产生的对介质整体的压缩、破坏和抛移。其大小主要取决于炸药爆炸时生成气体量和热量的多少。也是表示炸药爆炸作功的一个指标。3.3猛度：炸药爆炸后对与其相接触的物体破碎的能力。炸药的猛度大小与炸药爆炸时能量是否集中释放出来有关，炸药爆炸完成的时间愈短，则能量就能集中释放，对周围的冲击力量就愈大，破碎的作用也就愈大。炸药爆炸完成的时间长短，取决于炸药的爆速。由此可知，影响炸药猛度的主要是爆速。3.4爆速：爆轰波在炸药中稳定传播的速度，是衡量炸药爆炸性能的重要示性数。爆速，是爆炸火焰或其化学反应在药炷内传递速度称为爆速，依炸药成份不同而不同二隧道爆破器材及起爆方法二隧道爆破器材及起爆方法起爆方法：火雷管起爆法电雷管起爆法塑料导爆管非电雷管起爆法混合起爆法常用起爆器材：火雷管导火索电雷管塑料导爆管非电雷管二隧道爆破器材及起爆方法1.导火索起爆法：所需器材：雷管、主导爆索、炮眼导爆索。原理：用雷管首先引爆主导爆索，然后引爆炮眼导爆索，引起炸药的爆炸。2.电雷管起爆法：所需器材：起爆电源、导线、电雷管。原理：利用电能首先引起电雷管的爆炸，然后再引爆工业炸药。电雷管分为瞬发电雷管和延期电雷管，后者又分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。二隧道爆破器材及起爆方法3.塑料导爆管非电起爆法：所需器材：击发元件、传爆元件、起爆元件、连接元件。优点：抗杂电、操作简单、使用安全可靠、成本较低等。塑料导爆管常用的起爆网络连接方式：簇联法和并联法。三隧道掏槽爆破技术三隧道掏槽爆破技术概述隧道爆破开挖成败关键是掏槽技术。掏槽的成功与否直接影响爆破效果，直接影响隧道掘进的循环进尺。隧道开挖时，只有一个临空面，为给其它炮眼创造新的临空面，必须先在开挖面上炸出一个槽子，这个在开挖面上炸出一个槽子的过程就叫做掏槽，这个槽子内的炮眼就叫做掏槽炮眼。三隧道掏槽爆破技术1楔形掏槽由数对（一般为2～4对）对称的相向倾斜的炮眼组成，爆破后形成楔形的槽子。爆力比较集中，爆破效果较好，掏出的槽子体积较大，适应各种不同坚固程度的岩层。楔形掏槽根据岩层层理不同，分成水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽两类。三隧道掏槽爆破技术1.1水平楔形掏槽：适用于层理接近于水平或倾斜平缓层面、裂缝和夹层的围岩或均匀整体的围岩。水平楔形掏槽炮眼布置三隧道掏槽爆破技术1.2垂直楔形掏槽：适用于层理大致垂直或倾斜的各种岩层。因为它的所有炮眼都是接近水平的，钻凿方便，利用和装碴同时平行作业，应用比较广泛。其主要形式有普通、剪式和层状三种，(a)普通(b)剪式(c)层状三隧道掏槽爆破技术2掏槽形式的选定2.1掏槽选定的条件由以下几方面条件考虑决定：（1）开挖断面的大小及宽度；（2）地质条件；（3）机具器材条件；（4）钻眼爆破技术水平；（5）开挖技术要求等。2.2直眼掏槽与斜眼掏槽的选用条件根据以上条件把两大类掏槽适用条件加以对比，如下表。三隧道掏槽爆破技术序号直眼掏槽斜眼掏槽1大小断面均可以，小断面更优越大断面较适用2韧性岩层不适用对各种地质条件均适用3一次爆破深度可以较大受隧道宽度限制，不宜太深（5m）4技术要求高，钻眼精度影响大相对来说可稍差些5炸药用量较多相对较少些6需用雷管段数多需用雷管段数少7钻眼互相干扰少钻眼时，钻机干扰大8渣堆较集中抛渣远，易打坏设备直眼掏槽与斜眼掏槽的适用条件三隧道掏槽爆破技术3大断面中深眼掏槽爆破技术大断面的判别标准较多，目前主要按照国际隧道协会的判别标准为主，其判别标准如下：超小断面（S3㎡）、小断面（S=3-10㎡）、中等断面（S=10-50㎡）、大断面（S=50-100㎡）、超大断面（S100㎡）、中深眼也没有统一的规定，一般将炮眼深度1.5～3.5m定为中深眼。（其断面积约在60m2的范围内）。大断面中深眼隧道爆破有以下几种掏槽类型：三级复式楔形掏槽V型掏槽二级复式楔形掏槽大断面中深眼掏槽扇形掏槽大直径中空直眼掏槽四隧道光面爆破技术四隧道光面爆破技术定义：光面爆破是指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。（其特点是在设计开挖轮廓线上钻凿一排孔距与最小抵抗线相匹配的光爆孔，并采用不耦合装药或其他特殊的装药结构，在开挖主体爆破后，光爆孔内的装药同时起爆，从而形成一个贯穿光爆炮孔且光滑平整的开挖面。）光面爆破（包括预裂爆破）区别于普通爆破的主要特点是：轮廓成型规整，符合设计断面的轮廓要求，围岩保持稳定，不产生或很少产生炮震裂隙。创造舒适安全的施工条件，能加快施工进度。轮廓线钻眼法光面爆破的三大类型预裂爆破法光面爆破法四隧道光面爆破技术1光面爆破作用机理爆破时产生的冲击波和高温高压气体作用在眼壁上，炮眼周围的岩石受到强烈的压缩而破碎，粉碎圈以外的岩石在压缩波作用下产生径向裂缝，当压缩波传到自由面时，因弹性能的释放又以拉伸波的形式向反方向传播，此二拉伸波在其传播过程中把岩石拉成切向裂缝，将岩体拉成岩块，剩余气体的压力把岩块从岩体中抛掷出去，形成相互作用的爆破漏斗。四隧道光面爆破技术2预裂爆破成缝机理2.1成缝机理爆破时产生的应力波向眼壁四周传播。当应力超过岩石的抗拉强度时，便产生以眼轴为中心的放射短裂缝，其冲击的高温高压气体进入裂缝内，使它们扩展。由于眼与眼之间存在的空眼导向作用，使眼中心连线方向的裂缝得到进一步的扩展，最后形成贯通裂缝。炮眼直径、眼距、装药量及装药结构等选择适当，爆破后就能沿炮眼中心连线方向形成一定宽度的裂缝。这就是应力波和高温高压气综合作用的结果。预裂缝的形成过程如图所示。四隧道光面爆破技术预裂缝形成过程四隧道光面爆破技术2.2基本技术要求（1）预裂缝应达到一定的宽度，通常不宜小于1cm，以便在立体爆破时能有效地削减应力波的强度，减少对保留区围岩产生的破坏。（2）预裂壁面要求比较平整，有效地做到避免欠挖，控制超挖。（3）预裂壁面上应完整地留下半个炮眼痕迹，炮眼壁上没有或很少出现爆破裂隙。炮眼痕迹保存率至少达到50%以上。四隧道光面爆破技术3光面、预裂爆破的主要参数普通光面爆破就是将周边眼范围内的岩石爆下来，成型规整轮廓壁面并尽可能多保留半边眼痕迹和减小对围岩的扰动。“爆下来”主要与装药集中度（q）和最小抵抗线（W）有关；“成型规整”主要与炮眼间距（E）炮眼密集系数（m＝E/W）、最小抵抗线有关；“保留半边眼痕迹和减少围岩扰动”主要与不偶合系数（D=d炮眼/d炸药）有关。影响光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距（E）、周边眼密集系数（m）、最小抵抗线（W）、不偶合系数（D）和装药集中度（q）。它们之间是相互有联系的。四隧道光面爆破技术预裂爆破就是沿周边眼先炸开一个规整的裂缝面，主体爆破对减小对围岩的扰动，爆破后保留半边眼痕迹。“炸开一个规整的裂缝面”主要与装药集中度（q）和炮眼间距（E）有关；“保留半边眼痕迹和减小围岩松动”主要与不偶合系数（D）有关。这样，影响预裂爆破效果的主要参数应是：炮眼间距（E）、不偶合系数（D）和装药集中度（q）。四隧道光面爆破技术4光面、预裂爆破的设计方法光面、预裂爆破的设计，首先应该查阅工程图纸及资料，如隧道地质纵断面图，隧道施工设计文件，施工机具及爆破材料。而后根据现场条件、施工要求综合考虑，通过一两次的试爆，确定光爆参数。设计的内容有：周边眼的间距E、炮眼密集系数（或称相对距离）m、最小抵抗线W、不偶合系数D、装药集中度q、装药结构及起爆方式等。具体设计方法：工程类比法、理论计算方法、半经验半试验确定法等。四隧道光面爆破技术4.1工程类比法参照类似工程的经验数据，根据其工程的具体条件，确定有关参数的方法。采用此法，应根据具体工程条件，对照综合考虑确定之。1、地质条件；2、炸药种类；3、开挖断面的大小及形状；4、钻眼机具设备；5、开挖方法（全断面一次爆破成型，预留光面层）。爆破参数选出后，经过两三次试炮确定之。四隧道光面爆破技术4.2理论计算方法光面爆破参数的计算，各个系统有其自己的经验公式，但尚不够系统化。有的是建立在统计经验数据的基础上创立的，有的是在台阶爆破的基础上加以修正用于隧道爆破，但都有一些局限性。一般采用岩石爆炸力学计算方法。基本思想是：炸药在眼中爆炸时，使作用在眼壁的压力小于其岩石的抗压强度。4.3半经验、半试验确定法现场试验发现，根据爆破漏斗理论，通过在现场进行有限次数的单孔及三孔爆破漏斗试验确定光面、预裂爆破参数，是目前比较科学的有实用价值的光面爆破和预裂爆破参数的设计方法，即半经验、半试验法。五隧道爆破设计五隧道爆破设计概述隧道开挖中，爆破包括有导坑爆破，分部开挖爆破、软岩隧道减轻地震动控制爆破、断层破碎带控制爆破、中硬岩和硬岩全断面深眼爆破等，它们的设计程序、设计文件的编制等是不尽相同的。五隧道爆破设计1爆破设计1.1炮眼布置（1）炮眼数目的确定①计算确定炮眼数目：N=q·S/(τ·r)②查表确定炮眼数目N。（2）炮眼布置先布置掏槽眼。然后根据地质情况及开挖断面的大小均匀布置辅助眼和周边眼。导坑断面较大时，可根据上稀下密、周边适当加眼、中部均匀分布的原则布置辅助眼和周边眼。五隧道爆破设计（3）炮眼直径与炮眼深度的确定炮眼直径的确定1）对大小直径炮眼进行试爆比较2）对不同直径药卷与炮眼利用率及炮眼装填系数进行试爆3）确定炮眼直径合理炮眼深度的确定研究对炮眼深度影响的相关因素，如岩石、炸药、炮眼深度与炮眼利用率的关系等，采用经验统计值，试爆值和经验公式计算确定。五隧道爆破设计1.2装药量（1）单位炸药消耗量的确定考虑炮眼深度对单位炸药消耗量的影响、单位炸药消耗量与炮眼利用率；参照国家统一规定的定额确定或根据单位耗药量的计算。（2）总装药量的计算Q=q·L·S（kg）式中Q——一次（一个循环）爆破总装药量，kg；q——单位岩石爆破炸药消耗量，kg/m；L——炮眼深度或循环设计进尺，m；