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隧道爆破技术1、隧道爆破常识1.1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眼，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）辅助眼位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼，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”。常把靠近掏槽眼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”。1.7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、φ25mm，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1,500m～2,000m/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。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。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。2.3.1斜眼掏槽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。（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。2.3.2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：（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，并借助爆破产生的气体的余能将已破碎的岩块从槽腔内抛出。在直眼掏槽中，应注意以下几点：①眼距。空眼与装药眼之间的距离。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%-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”。2.3.3混合掏槽与特种掏槽（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。2.4.1炮眼直径炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和岩壁平整度均有影响。一般隧道的炮眼直径在φ32-φ50mm之间，大型液压钻机可打φ102mm、φ75mm、φ63mm炮眼，作为中空孔。药卷与眼壁之间的空隙一般为炮眼直径的10%-15%。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以提高，也可以减少炮眼数目。但炮眼直径大于φ45mm，则需要重型凿岩机。因此，一般还是以φ32mm～φ45mm作为装药孔与中空孔。重型凿岩机钻装药孔φ48mm、φ63mm，作为中空孔可钻φ75mm、φ102mm、最大φ152mm。设计时，必须根据岩性、凿岩设备和工具，钻头直径、炸药性能等作综合分析，合理选用孔径。2.4.2炮眼数量炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药品种（性能）有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。炮眼数量的计算很简单，炮眼数量按照其能装完设计的炸药量来计算。通常按各炮眼平均分配炸药量的原则进行计算。N=qs/xyN——炮眼数量，不包括不装药的空孔眼数/个。q——单位炸药消耗量，按工程类比法，有参考值表，直接查找，或根据自己的经验。一般在q=1.2-2.4kg/m3选取。硬岩取大值，软岩取小值。S——开挖断面面积；χ——装药量系数（计算装药系数），即装药长度与炮眼全长的比值，可参考下列数据。γ——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石铵梯炸药每米质量，列于下表。装药系数χ值（供参考用）围岩级别炮眼名称ⅣⅢⅡⅠ掏槽眼0.500.550.800.80-0.85辅助眼0.400.450.600.70-0.75周边眼0.400.450.500.602号岩石铵梯炸药卷每米质量γ值药卷直径（mm）3235384044γ(kg/m)0.780.961.101.251.52按公式计算出的N值，还应根据光面爆破、预裂爆破周边眼需增加一些来做调整。下面列出炮眼数量参考值围岩级别开挖面积（m2）4-67-910-1213-1540-50Ⅳ10-1315-1617-1920-24Ⅲ11-1616-2018-2523-30Ⅱ12-1817-2421-3027-3575-90Ⅰ18-2528-3337-4243-4880-100炮眼数量参考值炮眼深度考虑炮眼深度的因素：围岩级别、打眼机械及工具、循环进尺要求、炮眼利用率高、作业循环时间最省、超挖小等技术经济指标。目前较多采用的是浅孔1.0-1.8m，中深孔2.5-2.3m，深孔3.5-5.15m，当岩石坚硬，断面大，又有深孔钻机时，在采用台阶法开挖时，下台阶可以采用超深孔爆破，深度可达15m。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。药量不足，会炸不开，炮眼利用率低和爆落石碴块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和抛碴过散过远，对装碴不利，增加洞内有害气体，相应地增加排烟时间和供风量等。合理的药量应根据所使用的炸药的性能和质量、地质条件、开挖断面尺寸、临空面数目（如台阶法下台阶开挖临空面有2个）、炮眼直径和深度及爆破的质量与安全控制要求来确定。目前多采取先用体积公式计算出一个循环的总用药量，然后按各种类型炮眼的爆破特征进行分配，再在I点爆破实践中加以检验与修正，直到取得良好的爆破效果为止的方法。计算总用药量Q的公式很简单，为下列：Q=qV式中Q——一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，主要取决于围岩级别、临空面数目、断面大小。下表列出经验数据，供选用。所用的炸药是2号岩石铵梯炸药。V——一个循环进尺所爆落的岩石总体积（“紧方”），m3，其值为V=LS其中L——设计进尺=炮眼深度×炮眼利用率S——开挖断面面积m2爆破岩石所需单位