隧道爆破施工超欠挖控制

设计时要考虑以下几个问题： (1)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)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。
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。
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。
(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。
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。
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；
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。
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
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(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
⑵隧道轮廓控制爆破的经济价值。 瑞士经验表明，光面爆破减少20cm超挖，节省各种费 用是爆破成本的4倍； 前苏联资料显示，光面爆破可使超挖减少到5～10cm， 使圬工消耗量降低30～50％，减少装载、运输费用5～7％； 日本试验表明，采用光面爆破后，超挖率由23.77％降 低到8.46％，混凝土超灌量由77.25％减少到27.5％。 国内对光面爆破的经济评价，概括为：超挖量由20％降 低到10％，衬砌速度加快30％，开挖进度提高12.6％，炸 药消耗量减少19.5％。
(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。
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。
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)破碎岩体的影响 断层破碎带的岩体破碎、有时软硬间隔，处理不当会 引起严重塌方。除采用隧道减轻振动控制爆破技术外， 还应采取台阶法或分部法开挖，并严格控制循环进尺在 1～2m内。
(3)非均质岩体的影响 非均质岩体对爆破作用的影响十分明显。分部开 挖时应将石质差的一侧先开挖或掏槽区设在该侧；爆 破参数应根据两种岩体的特性分别采用。为防止掉块、 坍塌，开挖后及时支护。
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台车钻眼。
(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。
第四节光面爆破效果的提高途经
1、影响光面爆破效果的主要因素 根据对276各开挖循环的统计、研究和调查的结果分析， 将影响超欠挖的因素和影响程度列于下表出。这种分析与 当前的施工实际是符合的。
钻孔精度 爆破技术 施工管理 测量放样 地质变化 其他 发生次数 发生频率 累计坡率 122 0.442 0.442 56 0.203 0.645 49 0.176 0.822 21 0.076 0.899 17 0.061 0.960 11 0.040 1.000
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。
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。