第七章 隧道爆破施工技术

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隧道施工工艺及施工技术
复式楔形掏槽 为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽
三级复式楔形掏槽
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二级复式楔形掏槽（V形掏槽）
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特点 掏槽深度大、掏槽效果好 能提高炮眼利用率； 布置和施工都较为复杂。 注意：选择掏槽形式的时候要根据围岩地质条件以 及设备情况综合确定。 若断面较大、有足够的设备、司钻空间较大时，可 采用混合掏槽中的复式掏槽；若断面不大、设备不 足、司钻空间小，可采用垂直楔形掏槽或直眼掏槽。
④
10cm
②
②
⑤
20cm 20cm 10cm
作用：炸出较平整的隧道断面轮廓。 周边眼装药量最小，多采用不耦合装药。 底眼比其它炮眼深15~25cm。
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(二)掏槽形式 根据掏槽眼与工作面的相对关系以及掏槽 眼在被爆岩体中的排列形式，可分为斜眼掏槽、 直眼掏槽缓和混合掏槽。
1.斜眼掏槽
二、起爆器材
设置传爆起爆系统的目的是在装药以外的安全 距离处通过发爆和传递，使装在药包或药卷中的雷 管起爆，并引发药包或药卷爆炸，从而爆破岩石。 起爆器材包括：导火索、导爆索、继爆管、导 爆管、雷管、起爆药柱、起爆器和起爆所需的其它 用品。
三大索类器材：导火索、导爆索和导爆管。
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(b)底部掏槽 (a)顶部掏槽
(c)侧向掏槽
(d)扇形掏槽
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楔形掏槽
由两排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成一 个楔形槽。 楔形掏槽的分类及适用条件 分为：垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽
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(b)水平楔形掏槽 (a)垂直楔形掏槽
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(一)炮眼的种类和作用
掏槽眼
周边眼 辅助眼
图5-1
炮眼布置图
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5cm ① ①
1.掏槽眼
③④
5cm
②
②
⑤
①
10cm
20cm
20cm 10cm
作用：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。 掏槽眼与底眼比其它炮眼深15~25cm，装药量 增加15%~20%，采用连续装药结构。
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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。
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(1)直眼掏槽的布置形式 柱状掏槽 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。
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4.装药量的计算
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性进行分 配，再在爆破实践中加以检验和修正，直到取得 良好的爆破效果为止的方法。
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Q q V
V lS
(1)首先计算总用药量
(2)折合成炸药卷数(以2号岩石铵梯炸药为准
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(二)光面爆破与预裂爆破的关系
相同点 孔距必须与最小抵抗线相匹配 采取不耦合装药或装填低威力炸药 同组光爆孔(预裂孔)同时起爆
区别
起爆顺序不同 装药量不同
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四、周边眼的控制爆破
(一)隧道控制爆破的分类
光面爆破 光面爆破是指沿开挖边界布置密集炮孔，采 取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之 后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。 预裂爆破
预裂爆破是指沿开挖边界布置密集炮孔，采 取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之 前起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。
雷管
起爆药柱
起爆器
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常用的工业炸药起爆方法可分为导火索起 爆法、导爆索起爆法、导爆管起爆法和电力起 爆法。
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三、 隧道爆破设计
岩石隧道爆破特点
临空面少
对钻眼爆破质量要求高
尽量减小对围岩的扰动 复杂地质条件对钻爆施工影响大 作业环境差，施工干扰大
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2.炮眼数目 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
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qs
N

式中：N—炮眼数量，不包括未装药的空眼数；
确定炮眼深度的常用方法有三种 ：

按开挖断面跨度确定炮眼深度
对于斜眼掏槽，由于施工原因和岩石的夹制作 用，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B 的0.5～0.7倍，当围岩条件好时，采用较小值。 L=(0.5~0.7)B
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按每掘进循环的进尺数与实际炮眼利用率来确定
L l
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5cm ① ①
2.辅助眼
5cm
③④ ② ② ⑤
②
10cm
20cm
20cm 10cm
作用：扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破 创造临空面。 装药量介于掏槽眼和周边眼装药量之间，多采 用连续装药结构。
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③
③④ 5cm ① ① 5cm
3.周边眼
④ ⑤
多边形布置 围绕着掏槽部位，由
里向外，将炮眼逐层布
置成正方形、长方形、 多边形等
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弧形布置 顺着拱部轮廓线，
逐圈布置炮眼。此外， 还可将开挖面上部布
置成弧形，下部布置
成直线形，以构成混
合型布置。
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当开挖面为圆形时，炮孔围绕断面中心逐层
圆形布置 布置成圆形。这种布孔方式，多用在圆形隧道、 泄水洞以及圆形竖井的开挖中
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药包爆炸 爆轰波 作用于岩壁 气体产物
楔 入 应 力 波 作 用 下 的 破 碎 岩 块
爆轰气体 与应力波 共同作用 学说
此时继续 压缩
产生压碎区域
产生冲击波
衰减为应力波 继续衰减
径向裂隙
环向裂隙
使破碎岩块向前延伸并进一步张开 若P足够大，则推动破碎岩块作径向抛掷运动
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第二节 隧道爆破施工技术
一、 爆破对固体介质的破坏作用
炸药爆炸的定义 炸药爆炸是一种高速进行的，能自动传播的 化学反应，在此反应过程中放出大量的热，并 生成大量的气态产物。 炸药爆炸的三要素 (1)放出热量

爆炸
(2)生成气体产物 (3)反应的高速度
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l—每掘进循环的计划进尺数；
l 月循环计划进尺 天数 台班数
η—炮眼利用率，不低于0.85。
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按每一掘进循环所占用时间确定
L m vt N
式中，m—钻机数量； v—钻眼速度m/h； t—每一掘进循环中钻眼所占时间(h) 。
目前较多采用的炮眼深度为1.2m~1.8m， 中深孔2.5m~3.5m,深孔3.5m~5.15m。
垂直楔形掏槽适用于中硬 以上的均质岩石
水平楔形掏槽适用于 岩层为水平层理时。 (使用较少)
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楔形掏槽的特点 掏槽数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出。 掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，岩堆分 散。
b
α B
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锥形掏槽
炮眼呈角锥形布置，各掏槽眼以相等或近似相 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。适用于岩石较坚硬的均质岩层。
(a)三角锥
(b)四角锥
(c)五角锥
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优点
(2)斜眼掏槽的优缺点
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。
缺点
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。
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(2)直眼掏槽的特点 适用于中硬岩层或坚硬岩层 适宜采用中深孔爆破 凿眼效率高 炮眼利用率高 抛掷距离短 耗药量大 要求严格
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3.混合掏槽
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。主 要有：复式掏槽、升 级掏槽和分段掏槽。
q—单位炸药消耗量，一般取q=1.2kg/m3~2.4kg/m3； S—开挖断面积，m2； τ—装药系数(见表) γ—每米药卷的炸药重量（kg/m）
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3.炮眼的深度 炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。 合适的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利 用率。
L
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φ32mm,长200mm，m=0.15kg)
故炸药卷数
n
Q 0 . 15
然后，按装药系数进行分配。
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(四)炮眼的布置 布置方式
直线形布置 形式简单且易掌握，同排炮眼的最小抵抗 线一致，间距一致，前排眼为后排眼创造临 空面，爆破效果较好。
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特点：掏槽眼与开挖断面斜交。 包括：锥形掏槽、各种楔形掏槽、单向掏槽等。 隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。
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单向掏槽 楔形掏槽 锥形掏槽
(1)斜眼掏槽布置形式
单向掏槽
由数个朝同一方向倾斜的炮眼组成。 适用于隧道断面内有软弱夹层、层理、节理 和裂隙时。 单向掏槽法可根据巷道断面大小或软弱夹层 的厚度不同，布置一排或两排掏槽眼。 掏槽眼的倾斜角度一般为50°~70 °，岩石 坚固程度高，角度取小值。
(a)菱形布置
(b)楔形布置
(c)三角形布置
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作为临空孔(free hole）的空眼(buster hole) 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； 当孔眼深度为3.0m～3.5m时，采用双临空孔；

当孔眼深度为3.5m～5.15m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。
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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，其连线呈螺旋形，并且 由近及远依次起爆。
a=(1.0～1.5)D b=(1.2～2.5)D c=(3.0～4.0)D d=(4.0～5.0)D D为钻孔直径，一般不小于100mm
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(三)隧道爆破参数的设计
炮眼直径
炮眼数目
炮眼深度
装药量
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1.炮眼直径 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。 一般隧道的炮眼直径在φ32mm~φ50mm之间， 药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的 10%~15%。