隧道爆破施工超欠挖控制

(3)同时爆生气体的膨胀也对周围岩石施加巨大 压力，但传播速度较低，随传播距离增加而脱离 冲击波，称为爆生气体的膨胀作用 爆生气体的膨胀作用。被视为静力 爆生气体的膨胀作用 作用，表现为炸药的暴力作功形式，其大小主要 取决于炸药的爆热。 (4)一般工程爆破，冲击作用与爆生气体的膨胀 作用是同时存在的，只是气体膨胀作功的时间比 冲击作用长。从岩石致碎原因讲，岩性不同，两 种作用占的地位也有所不同。在松软的岩层，爆 在松软的岩层， 在松软的岩层 生气体起主要破坏作用；在坚硬的岩层， 生气体起主要破坏作用；在坚硬的岩层，冲击作 用起主要破坏作用。 用起主要破坏作用。为充分利用炸药的能量应根 据岩性选用不同品种的炸药。
(2)大直径中空直眼掏槽 由中空眼逐步扩大形成槽腔。常用的有单螺旋、双 螺旋掏槽，对称掏槽。要求钻孔方向精确；减少眼位 偏差值；使用毫秒雷管按设计起爆顺序起爆；控制掏 槽眼间距，防止殉爆；控制掏槽眼的炸药用量，防止 拒爆。
2、全断面深眼掏槽爆破技术 、 在掌子面中下部钻大直径中空炮眼，周围配合一些逐 渐最大间距的小炮眼进行掏槽。一般有菱形、螺旋、对 称等掏槽。
(4)人字形节理的影响 节理发育、成人字形，隧道拱部易出现坍塌，爆破时 应控制药量，加密炮眼。
第三节 隧道爆破的掏槽技术
影响隧道爆破开挖的质量，关键在掏槽爆破技术和 周边成型控制爆破技术。掏槽爆破的目的在于为后续 炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间。 1、半断面开挖中深眼掏槽爆破技术 、 半断面的开挖面积约20～50m2，中深炮眼深度为 1.5~3.5m。有以下几种掏槽类型。 (1)V形掏槽，适用于中硬岩、硬岩的中深眼隧道爆破。 只要钻眼精确（达到深度、保证角度），按设计装药， 一般均能取得良好的效果。
4、对隧道轮廓控制爆破的初步评价 ⑴隧道轮廓控制爆破两种技术——光面爆破与预裂爆 破的比较。 英国人认为在有显著节理裂隙的地层中，岩体经常沿 节理面破碎爆落，不完全按预裂方向开裂，应普遍采用光 面爆破； 我国隧道工程实践也表明，裂隙发育程度及倾角对预 裂爆破后形成平滑壁面有很大影响，当裂隙与裂面斜交或 几组裂隙相交，则易于造成岩石沿节理面脱落。应根据不 同地质条件采取不同的爆破方法及相应的钻爆参数。
②影响光面爆破效果的主要技术参数：炮眼间距、最 小抵抗线、周边孔密集系数、周边眼装药集中度、不耦 合系数。光面爆破效果与技术参数的关系，见下表。
爆破效果 有关的技 术参数 爆的下来 最小抵抗、周边眼装药 集中度 成形规整 炮眼间距、周边孔密 集系数 炮眼残留率 不耦合系数
3、爆破漏斗 当药包处于临空面附近（其最短距离称为最小抵抗 线），压缩应力波到达临空面，被反射成拉伸波，当 拉伸应力大于岩石抗拉强度，在临空面附近形成一系 列张拉裂缝，当最小抵抗线合适时，与药包周围的裂 缝贯通，在爆生气体膨胀作功的作用下，将破碎的岩 石抛出，形成爆破漏斗。
4、地质条件对隧道爆破作用的影响 、 (1)岩体层理的影响 ①层厚﹥0.5m，节理不发育的完整岩体对爆破作用的影 响不大。 ②层厚﹤0.5m，节理裂隙极为发育的岩体，爆破易引起 垂直层理方向的掉块或塌方。在易坍塌之处均采用密钻眼、 在易坍塌之处均采用密钻眼、 在易坍塌之处均采用密钻眼 弱装药的爆破技术。 弱装药的爆破技术。
上述六个影响因素中，钻孔精度、爆破技术、施工管理 对超欠挖的影响占82％，因此这三项影响因素应作为对超 欠挖的控制重点。 2、降低超欠挖的方法与途径 ⑴改变“宁超勿欠”的观念，树立“少欠少超”的观点。 日本隧道施工中，在断面上取100个点，有不超过16个点的 欠挖就可以，避免开挖轮廓线无谓扩大，使超挖得以减少。 我国铁路隧道施工规范规定：当围岩完整、石质坚硬时，容 许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌，侵 入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌应不 大于5cm。 ⑵提高钻孔技术。周边炮孔的外插角、开口位置和钻孔 深度,与超挖高度有关。
2、严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度，主要表 现在以下几方面： ⑴弃渣量增加，需多装多运； ⑵超挖空间回填，增加混凝土材料的消耗； ⑶欠挖清除，造成人工、器材的超额消耗； ⑷超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造 成困难。 3、严重的超欠挖会影响施工质量，主要从以下几方面认识： ⑴超欠挖造成开挖轮廓（形状和尺寸）与设计相差很大时，围 岩应力重分布也会相差很大，使支护受力状态与设计不符； ⑵超挖形成的凹角处存在应力集中，岩块易损坏； ⑶欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出；
⑶隧道轮廓控制爆破的技术价值。主要表现在： ①围岩炮震裂缝减少，保护了围岩自身的承载能力， 为锚喷支护提供有利的基础。特别在软弱岩层更显示出这 一作用； ②避免围岩裂隙扩大，提高了坑道的稳定性，减少落 石伤人事故； ③极大减少超挖量，减少出渣量，节约衬砌材料，提 高施工进度； ④隧道成形规整，凹凸减小，有利于围岩稳定，喷层 易平顺，有利于防水板铺挂。
①塑性变形。眼间岩石被剪切 到空眼，大部分岩石密实、变 质固结在空眼中，不增加槽口。 ②破碎。岩石被破碎，大部分 残留或挂在槽腔内。对脆性岩 石大多可达到掏槽；但塑性岩 石的碎屑在槽腔内重新固结， 掏槽失败。 ③完全抛出。理想的间距必须处于完全抛出带，不仅岩石 破碎，且抛出槽腔之外。 ④两眼贯穿。槽口并无增大。 实践证明，空眼直径102mm，装药眼直径40mm，空眼 到装药眼岩壁间距18～20mm，掏槽爆破效果非常好。
第二节 岩石爆破机理与地质影响作用 1、炸药的爆炸作用 (1)炸药的爆炸反应极为迅速，瞬间产生大量的高温、 高压的爆生气体。1kg炸药爆炸，爆温可达2000～ 4000℃，爆压可达数十万个大气压，反应时间为十 万～百万分之一秒。 (2)药包爆炸的瞬间，在周围岩石中激起一个强烈的 冲击波，较高的波头压力具有很大的摧毁力，向外传递， 随传播距离增加而逐渐衰减，称为冲击作用 冲击作用。属于动力 冲击作用 作用，表现为炸药的猛度作功形式，其大小主要取决于 炸药的爆炸速度。
①开口位置取正值（在 设计线以外），超挖高度随 增加而增大； 开口位置取负值（在设 计线以内），超挖高度随减 小而减少。 如容许一定欠挖，对减 少超挖是有效的。 再者，要解决开眼位置误 差，采用掌子面标出炮眼位 置，或设炮眼排距标尺，或 实行领杆工制度。
②钻孔深度是一个设计指标，在其他条件一定时，采用 较浅孔爆破对减少超挖是有利的。一般情况下采用3.5m左右 的孔深即可。但施工中应注意检查每循环的各炮孔底在同一 平面上，使下一循环开眼有一整齐的掌子面。 ③炮孔的外插角的最小值受钻孔机具的外缘高度控制， 凿岩台车为5～7cm，故最小平均超挖约为7cm。如取钻孔 深度为3m，则外插角为1.34°,一般人工操作水平难以达到。 需培训熟练的司钻工，或先钻一个标准眼插入炮棍，其他眼 平行钻进；最好采用有控制钻眼角度装置的凿岩)影响直眼掏槽的最重要的因素是岩石特性。主要有 三个方面： ①在塑性岩石中直眼掏槽比脆性岩石直眼掏槽困难 的多。 ②岩石结构是中空直眼掏槽必须考虑的因素。 ③岩体的结构面或不均质性是设计时的特殊问题。 (2)空眼的直径与数量构成的容积至少满足破碎岩石的 膨胀余量要求，否则爆碎抛不出，导致掏槽失败。目 前国内采用空眼直径75～100mm，空眼个数2～4个。 (3)在装药眼条件及装药密度一定时，根据装药眼与空 眼间距，其间岩石可发生四种情况：
(3)提高爆破技术。这里的爆破技术包括光面爆破方式以 及各种爆破参数。 ①不同爆破方式及减少超挖效果的比较，见下表。
爆破方式 全断面或台阶法 预留光面法 导洞先行扩大法 超挖值(cm) 10.8~14.5 12.88 7.2~10.5 欠挖值(cm) 3~13 2~7 0.3~0.6 炮孔残留率(%) 60~80 75 81~86
(4)炸药的性质和装药量对掏槽影响很大，其中爆速最具 决定性。中硬岩选用爆速3000m/s，硝铵类炸药；坚硬 岩选用爆速4000m/s，乳胶、乳化类炸药。 装药量往往采用把炮眼基本填满，浅眼留出10～20cm 的炮眼，深眼留出20～40cm的炮眼装填炮泥。 (5) (5)起爆顺序和段间隔时差。距空眼最近的炮眼最先起爆、 后续炮按此确定。段间隔时间50～100ms，效果较好， 开始几段一定要跳段使用，以免串段。 (6)除第一段顺向起爆外，其余眼均反向起爆，以便破碎 岩石、抛出槽外。
①三级复式楔形掏槽 上下排距用50～90cm，硬岩取小值、中硬岩取 中值、软岩取大值。硬岩爆破时最好全部采用高 威力炸药；排数通常上下两排即可，十分坚硬岩 石可用三排或四排。
②二级复式楔形掏槽
③几个关键技术技术： ①开挖断面较宽时，尽量缩小掏槽角，因而要尽量加 大第一级掏槽眼的水平间距。 ②掏槽炮眼深度﹥2.5m，其底部加强装药应占1/3炮眼 长度，前部装药集中度可减为底部装药集中度的40～ 50％，留出20％的炮眼程度不装药，并装填不少于 40cm长的炮泥。 ③掏槽眼应每级均尽量同时起爆，级间间隔时差以 25～50ms为宜，以保证前段爆破的岩石破碎与抛掷。
2、爆破破岩过程 (1)从破岩的角度考虑，将爆破后由药包中心向外，分 成爆破粉碎区和爆破破碎区。
(2)靠近药包周围的岩石直接受到巨大爆轰压力的作用，被 击的粉碎，形成粉碎区。 (3)破损区的形成是两个过程： ①在爆轰压力作用下，岩石质点向外做径向位移，产生径 向压缩应力，在切向引起拉应力，因岩石的抗拉强度远小于 抗压强度，岩石被拉裂，在药包周围断产生一系列放射状的 径向裂缝，直到拉应力小于岩石抗拉强度处为止。被压缩的 岩石内储存了弹性能。 ②当爆生气体的温度和压力迅速下降，导致岩石的弹性 能释放，岩石质点向内做径向位移，产生切向压缩应力，在 径向引起拉应力，岩石被拉裂，在药包周围断产生环状的裂 缝。
隧道爆破施工超欠挖控制
编制人： 编制人：隆贤伟 主讲人： 主讲人：隆贤伟 编制单位：成都华川集团LJ7合同段项目经理部 编制单位：成都华川集团 合同段项目经理部
第一节 概述 钻爆法目前仍是我国隧道施工中开挖的主要方法，与机械开 挖相比，适用地质条件广、费用低、设备简单，但对围岩的扰动 大、开挖面成形质量差，主要表现在超欠挖量上。 1、超欠挖的定义：以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖 的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为 欠挖。