钻爆法隧道结构设计与施工(合)
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称为自由面片层爆破。
2010-05-28
§5.3 台阶爆破设计
3）柱部装药量：
Qp b2V b3V b4V
2 3
4
bi 0.4ai
l p b2V b3V b4V
2
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3
§5.3 台阶爆破设计
4）假设眼底为集中装药时的总装药量计算：
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§5.3 台阶爆破设计
2 3
4
对于某种特定的炸药，底部集中装药量只 与抵抗线有关。
2010-05-28
§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药 引入每单位体积岩石炸药消耗量 c 由上式 可得：
Q0 a2 c 3 a3 a4V V V Q0 0.07 c 3 0.40 0.004V V V
2010-05-28
§5.3 台阶爆破设计
2） 底部分布装药:装药长度 hb 1.3V
Q0 0.9lbV
lb 1.1a2V 1.1a3V 1.1a4V
2
3
底部总装药量为：
Qb 1.43 V 1.43 V 1.43 V
2 3
2010-05-28
4
§5.3 台阶爆破设计
3）柱部装药量：
当台阶高度大于抵抗线时，
2010-05-28
2010-05-28
2010-05-28
（4）钢拱架
两种基本形式：
a.用型钢做成的钢拱 b.钢筋焊接成的格栅拱
钢拱架可以迅速架设，并能提供足够的支护抗 力。现在主要用来做为早期支护，但大多数情况下 都是将它灌入混凝土作为永久支护结构的一部分。
2010-05-28
钢支撑支护
2010-05-28
(2)柔性支护结构
锚喷支护是指锚杆支护、喷射混凝土支护以及
a b c d e f
锚杆钢筋网喷射混凝土支护
2010-05-28
a.锚杆支护
2010-05-28
锚杆支护
2010-05-28
b.喷射混凝土支护
喷射混凝土支护---早期支护
2010-05-28
c.锚杆喷射混凝土支护
2010-05-28
5.6
爆破损伤及控制
爆破损伤及控制
爆破损伤的原因： （1）爆破引起的动压力及爆破引起气体膨胀 在破碎过程中起的重要作用。 （2）由荷载释放引起的破裂。 在地下工程中使用爆破，对岩体的完整性 起到主要影响，使整体稳定性下降。
2010-05-28
控制爆破破坏： （1）机械开挖。 （2）采用预裂或光面爆破技术。这就要求有一 个爆破的正确设计。
2010-05-28
以光面爆破为例： a.在隧道爆破情况下，首先要创造一个空间，爆破产生的
破碎岩石可膨胀到这个空间中。
b.下一步就是将其他爆破的岩石逐渐爆破到这个空间。平 行炮眼采用0.5s延期瞬发雷管起爆。 c.最后一步是使用光面爆破，通过同时起爆装药量较少的 周边炮眼来剥离余下0.5-1m的岩石，留下一个平整的开 挖面。
pcon,max
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tf c r0
tf c r0
5.7.3 支护结构抗力设计计算
当t 0.04r0时,采用厚壁圆筒： E （ c r0 －r ） Kc 2 2 r0 (1 c )[(1 2c )r0 r1 ]
2 2 1
pcon,max
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时。
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Kb
psin,max ur0 ,max
Eb d 2b r0 my 2l S a Sb
psin,max dc lmy
灌浆锚杆
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1 sc sl 4l [ 2 Q] Kb r0 d b Eb
psout ,max
不灌浆锚杆
Tbf sc sl
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(2)柔性支护结构
柔性支护结构是根据现代支护原理而提出来的，它既能及
时地进行支护，限制围岩过大变形而出现松动，又允许围岩出 现一定的变形，同时还能根据围岩的变化情况及时调整参数。 所以，它是适应现代支护原理的支护形式。锚喷支护是一种主 要的柔性支护类型，其他如预制的薄型混凝土支护及钢支撑等
2010-05-28
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5.7 隧道支护结构设计 按支护作用机理，目前采用的支护结构大致可
(1)刚性支护结构
(2)柔性支护结构
(3)复合式支护结构
2010-05-28
(1)刚性支护结构
这类支护结构通常具有足够大的刚性和断面尺寸， 一般用来承受强大的松动地压。但只要可能，就应 避免松动压力的发生。刚性支护只有很小的柔性， 这类支护通常采用现浇混凝土，有的采用石砌块或 混凝土砌块。
第五章 钻爆法隧道结构设计与施工
主讲：孟杏微
本章重点、难点： 1、了解钻爆法常用的钻爆机械以及碎岩理论； 2、掌握台阶爆破设计和和轮廓爆破； 3、掌握隧道爆破参数的设计。
2010-05-28
§5.1引言
问题1：常用的碎岩方法有哪些？ 问题2：用钻爆法时可以采用哪几种开挖方法， 以及它们的适用条件？
2
5.7.3.2灌浆锚杆支护设计
灌浆锚杆的支护特性是比较复杂的，它对围岩变形的约束
能力是通过锚杆与胶结材料之间的剪应力来传递的，所以，围
岩在向隧道内变形的过程中，锚杆始终受拉(图5-9)。同时， 锚杆所能提供的约束力必然与灌浆的质量有关。
因此，目前评价锚杆力学特征，需通过拉拔试验得到的拉
拔荷载与位移的关系来确定。若假定锚杆的粘结力是沿隧道周 边非均匀分布(图5-9)，且其破坏形式是胶结材料与孔壁脱离
z r0 K （ 1 + ） c E r0 K （ c 1+）
对于圆形洞室,按霍克—布朗公式： Ec[r0 -（r0－t ) ] Kc 2 2 (1 )[(1 2c )r0 （r0－t ) ]
2 2
pcon,max
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fc （r0－t ) [1 ] 2 2 r0
《岩石爆破现代技术》详细介绍了台阶爆破和
隧道爆破技术，下面将详细介绍二者的设计原
理。
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§5.3 台阶爆破设计
台阶爆破几何参数如图：
抵抗线（外观抵抗线和实际抵抗线）
底部装药量、柱部装药量、堵塞长度 炮眼间距等。
2010-05-28
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§5.3 台阶爆破设计
外观抵抗线：炮眼到最近自由面的水平距离。 实际抵抗线：炮眼到最近自由面的垂直距离。
4）假设眼底为集中装药时的总装药量计算：
Qt ,cb Q0 l p (Hb V )
ScT Qt ,cb / HbV
2
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§5.3 台阶爆破设计
5）假设眼底为分布装药时的总装药量计算：
如果台阶高度小于2V，则柱部不需要装药；
如果台阶高度大于2V，则柱部装药长度为
H b 2V
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加背板刚支架的有效支护 设计计算
sr0 sr0 ( sin con ) 2S tb 1 [ 1] Leabharlann Baidu 2 2 K s Ea As Es I s 2sin EBW
3
pss ,max
3A s f y I y 2Sr0 {3I s XAs [r0 (tB 0.5 X )](1 con )}
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药 对于抵抗线，一般取值在 1～ 15m的范围内，
得到：
c (0.45 0.02)kg / m3
可近似取0.45：
Q0 cV 0.45 V
3
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3
§5.3 台阶爆破设计
2） 底部分布装药
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§5.3 台阶爆破设计
台阶垂直和炮眼水平；
2 台阶爆破设计（几个假设）
单眼装药；确定ai时，使用相同的炸药； 每一个延期爆破一个眼；
台阶面为破碎自由面；
岩石常数根据瑞典经验确定。
2010-05-28
§5.3 台阶爆破设计
考虑实际情况后的几点修正： 岩石类型的影响、炸药类型的影响、钻眼斜度 的影响、炮眼间距的影响、协同炮眼的影响、钻 孔误差的影响。
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5.7.3 5.7.3.1 (1)
当t 0.04 r0时,采用薄壁圆筒：
当t 0.04 r0时,采用薄壁圆筒：
c c 2 0 c
tEc K tE c 2 K r (1 r) (1 0 c)
pcon,max
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§5.3 台阶爆破设计
5）假设眼底为分布装药时的总装药量计算：
Qt ,db 1.3Vlb ( Hb 2V )l p
ScT Qt ,db / HbV
2
如果取台阶的高度为 2V ，则通过计算底部 集中装药和底部分布装药是接近的。
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d.钢筋网喷射混凝土支护
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钢筋网喷射混凝土支护
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f.锚杆钢筋网喷射混泥土支护
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（3）金属网
• 常用的三种形式：
a.金属网板 金属网板使用薄钢板经冷冲压或者热冲压制成。 b.焊接金属网 焊接金属网是由ф6~ф8的钢筋焊接而成的。 c.编制金属网 主要用来加固围岩缺陷部分和防止围岩剥落。
1 ）底部集中装药
Q0 a2V a3V a4V
2 3
在瑞典花岗岩中采用LFB炸药测试得到：
4
a2 0.07kg / m2
a3 0.40kg / m2
a4 0.004kg / m2
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药
Q0 0.07V 0.40V 0.004 V
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5.4.4组合支护体系的特性 当二种支护体系，例如锚杆和喷混凝土联合成为一个支护体 系且同时架设，可假定组合支护体系的刚度K′等于每个组成 部分刚度的总和
K K1 K2
'
此时，组合支护所提供的支护抗力也是两者之和。
2010-05-28
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§5.3 台阶爆破设计
1 破碎概念
装药量 Q 与岩石破碎量最一般的关系可表示
为：
Q k2V k3V k4V
2 3
4
下面分五种情况进行介绍：
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药
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§5.3 台阶爆破设计
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
2010-05-28
§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.3 台阶爆破设计
1963 年 由 Langefors 和 Kihlstrom 编 写 的
2010-05-28
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5.7 隧道支护结构设计
支护结构的基本作用就是保持隧道断面的使用净 空，防止岩体质量的进一步恶化，同围岩一起组成 一个有足够安全度的隧道结构体系，承受可能出现 的各种荷载，诸如水、土压力以及一些特殊使用要 求的外荷载。此外，支护结构必须能够提供一个能 满足使用要求的工作环境，保持隧道内部的干燥和 清洁。
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§5.3 台阶爆破设计
3）柱部装药量：
Qp b2V b3V b4V
2 3
4
bi 0.4ai
l p b2V b3V b4V
2
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3
§5.3 台阶爆破设计
4）假设眼底为集中装药时的总装药量计算：
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§5.3 台阶爆破设计
2 3
4
对于某种特定的炸药，底部集中装药量只 与抵抗线有关。
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药 引入每单位体积岩石炸药消耗量 c 由上式 可得：
Q0 a2 c 3 a3 a4V V V Q0 0.07 c 3 0.40 0.004V V V
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§5.3 台阶爆破设计
2） 底部分布装药:装药长度 hb 1.3V
Q0 0.9lbV
lb 1.1a2V 1.1a3V 1.1a4V
2
3
底部总装药量为：
Qb 1.43 V 1.43 V 1.43 V
2 3
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4
§5.3 台阶爆破设计
3）柱部装药量：
当台阶高度大于抵抗线时，
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（4）钢拱架
两种基本形式：
a.用型钢做成的钢拱 b.钢筋焊接成的格栅拱
钢拱架可以迅速架设，并能提供足够的支护抗 力。现在主要用来做为早期支护，但大多数情况下 都是将它灌入混凝土作为永久支护结构的一部分。
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钢支撑支护
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(2)柔性支护结构
锚喷支护是指锚杆支护、喷射混凝土支护以及
a b c d e f
锚杆钢筋网喷射混凝土支护
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a.锚杆支护
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锚杆支护
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b.喷射混凝土支护
喷射混凝土支护---早期支护
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c.锚杆喷射混凝土支护
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5.6
爆破损伤及控制
爆破损伤及控制
爆破损伤的原因： （1）爆破引起的动压力及爆破引起气体膨胀 在破碎过程中起的重要作用。 （2）由荷载释放引起的破裂。 在地下工程中使用爆破，对岩体的完整性 起到主要影响，使整体稳定性下降。
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控制爆破破坏： （1）机械开挖。 （2）采用预裂或光面爆破技术。这就要求有一 个爆破的正确设计。
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以光面爆破为例： a.在隧道爆破情况下，首先要创造一个空间，爆破产生的
破碎岩石可膨胀到这个空间中。
b.下一步就是将其他爆破的岩石逐渐爆破到这个空间。平 行炮眼采用0.5s延期瞬发雷管起爆。 c.最后一步是使用光面爆破，通过同时起爆装药量较少的 周边炮眼来剥离余下0.5-1m的岩石，留下一个平整的开 挖面。
pcon,max
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tf c r0
tf c r0
5.7.3 支护结构抗力设计计算
当t 0.04r0时,采用厚壁圆筒： E （ c r0 －r ） Kc 2 2 r0 (1 c )[(1 2c )r0 r1 ]
2 2 1
pcon,max
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时。
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Kb
psin,max ur0 ,max
Eb d 2b r0 my 2l S a Sb
psin,max dc lmy
灌浆锚杆
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1 sc sl 4l [ 2 Q] Kb r0 d b Eb
psout ,max
不灌浆锚杆
Tbf sc sl
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(2)柔性支护结构
柔性支护结构是根据现代支护原理而提出来的，它既能及
时地进行支护，限制围岩过大变形而出现松动，又允许围岩出 现一定的变形，同时还能根据围岩的变化情况及时调整参数。 所以，它是适应现代支护原理的支护形式。锚喷支护是一种主 要的柔性支护类型，其他如预制的薄型混凝土支护及钢支撑等
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5.7 隧道支护结构设计 按支护作用机理，目前采用的支护结构大致可
(1)刚性支护结构
(2)柔性支护结构
(3)复合式支护结构
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(1)刚性支护结构
这类支护结构通常具有足够大的刚性和断面尺寸， 一般用来承受强大的松动地压。但只要可能，就应 避免松动压力的发生。刚性支护只有很小的柔性， 这类支护通常采用现浇混凝土，有的采用石砌块或 混凝土砌块。
第五章 钻爆法隧道结构设计与施工
主讲：孟杏微
本章重点、难点： 1、了解钻爆法常用的钻爆机械以及碎岩理论； 2、掌握台阶爆破设计和和轮廓爆破； 3、掌握隧道爆破参数的设计。
2010-05-28
§5.1引言
问题1：常用的碎岩方法有哪些？ 问题2：用钻爆法时可以采用哪几种开挖方法， 以及它们的适用条件？
2
5.7.3.2灌浆锚杆支护设计
灌浆锚杆的支护特性是比较复杂的，它对围岩变形的约束
能力是通过锚杆与胶结材料之间的剪应力来传递的，所以，围
岩在向隧道内变形的过程中，锚杆始终受拉(图5-9)。同时， 锚杆所能提供的约束力必然与灌浆的质量有关。
因此，目前评价锚杆力学特征，需通过拉拔试验得到的拉
拔荷载与位移的关系来确定。若假定锚杆的粘结力是沿隧道周 边非均匀分布(图5-9)，且其破坏形式是胶结材料与孔壁脱离
z r0 K （ 1 + ） c E r0 K （ c 1+）
对于圆形洞室,按霍克—布朗公式： Ec[r0 -（r0－t ) ] Kc 2 2 (1 )[(1 2c )r0 （r0－t ) ]
2 2
pcon,max
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fc （r0－t ) [1 ] 2 2 r0
《岩石爆破现代技术》详细介绍了台阶爆破和
隧道爆破技术，下面将详细介绍二者的设计原
理。
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§5.3 台阶爆破设计
台阶爆破几何参数如图：
抵抗线（外观抵抗线和实际抵抗线）
底部装药量、柱部装药量、堵塞长度 炮眼间距等。
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§5.3 台阶爆破设计
外观抵抗线：炮眼到最近自由面的水平距离。 实际抵抗线：炮眼到最近自由面的垂直距离。
4）假设眼底为集中装药时的总装药量计算：
Qt ,cb Q0 l p (Hb V )
ScT Qt ,cb / HbV
2
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§5.3 台阶爆破设计
5）假设眼底为分布装药时的总装药量计算：
如果台阶高度小于2V，则柱部不需要装药；
如果台阶高度大于2V，则柱部装药长度为
H b 2V
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加背板刚支架的有效支护 设计计算
sr0 sr0 ( sin con ) 2S tb 1 [ 1] Leabharlann Baidu 2 2 K s Ea As Es I s 2sin EBW
3
pss ,max
3A s f y I y 2Sr0 {3I s XAs [r0 (tB 0.5 X )](1 con )}
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药 对于抵抗线，一般取值在 1～ 15m的范围内，
得到：
c (0.45 0.02)kg / m3
可近似取0.45：
Q0 cV 0.45 V
3
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§5.3 台阶爆破设计
2） 底部分布装药
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§5.3 台阶爆破设计
台阶垂直和炮眼水平；
2 台阶爆破设计（几个假设）
单眼装药；确定ai时，使用相同的炸药； 每一个延期爆破一个眼；
台阶面为破碎自由面；
岩石常数根据瑞典经验确定。
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§5.3 台阶爆破设计
考虑实际情况后的几点修正： 岩石类型的影响、炸药类型的影响、钻眼斜度 的影响、炮眼间距的影响、协同炮眼的影响、钻 孔误差的影响。
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5.7.3 5.7.3.1 (1)
当t 0.04 r0时,采用薄壁圆筒：
当t 0.04 r0时,采用薄壁圆筒：
c c 2 0 c
tEc K tE c 2 K r (1 r) (1 0 c)
pcon,max
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§5.3 台阶爆破设计
5）假设眼底为分布装药时的总装药量计算：
Qt ,db 1.3Vlb ( Hb 2V )l p
ScT Qt ,db / HbV
2
如果取台阶的高度为 2V ，则通过计算底部 集中装药和底部分布装药是接近的。
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d.钢筋网喷射混凝土支护
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钢筋网喷射混凝土支护
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f.锚杆钢筋网喷射混泥土支护
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（3）金属网
• 常用的三种形式：
a.金属网板 金属网板使用薄钢板经冷冲压或者热冲压制成。 b.焊接金属网 焊接金属网是由ф6~ф8的钢筋焊接而成的。 c.编制金属网 主要用来加固围岩缺陷部分和防止围岩剥落。
1 ）底部集中装药
Q0 a2V a3V a4V
2 3
在瑞典花岗岩中采用LFB炸药测试得到：
4
a2 0.07kg / m2
a3 0.40kg / m2
a4 0.004kg / m2
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药
Q0 0.07V 0.40V 0.004 V
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5.4.4组合支护体系的特性 当二种支护体系，例如锚杆和喷混凝土联合成为一个支护体 系且同时架设，可假定组合支护体系的刚度K′等于每个组成 部分刚度的总和
K K1 K2
'
此时，组合支护所提供的支护抗力也是两者之和。
2010-05-28
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§5.3 台阶爆破设计
1 破碎概念
装药量 Q 与岩石破碎量最一般的关系可表示
为：
Q k2V k3V k4V
2 3
4
下面分五种情况进行介绍：
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§5.3 台阶爆破设计
1） 底部集中装药
2010-05-28
§5.3 台阶爆破设计
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.2钻爆法掘进隧道
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§5.3 台阶爆破设计
1963 年 由 Langefors 和 Kihlstrom 编 写 的
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2010-05-28
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5.7 隧道支护结构设计
支护结构的基本作用就是保持隧道断面的使用净 空，防止岩体质量的进一步恶化，同围岩一起组成 一个有足够安全度的隧道结构体系，承受可能出现 的各种荷载，诸如水、土压力以及一些特殊使用要 求的外荷载。此外，支护结构必须能够提供一个能 满足使用要求的工作环境，保持隧道内部的干燥和 清洁。