隧道工程钻爆法开挖技术

二、辅助眼
位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。 如图5-1中的黑色炮眼。
其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆 破创造临空面。
三、周边眼
周边眼(perimeter hole)。沿隧道周边布置 的炮眼称为周边眼。如图5-1中的蓝色炮眼。
其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。 按其所在位置的不同，又可分为帮眼、顶眼、 底眼。
一般取值范围为1.0---2.0，在孔距较小情 况下一般取大值。在岩石抗压强度较大时，一 般取小值。
❖ 装药量
周边眼的装药量通常以线装药密度表示。 施工中应根据孔距、光面层厚度、石质及炸 药种类等综合考虑确定装药量。
在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度 一般为0.15kg/m～0.25kg/m,全断面一次起爆 时，一般可达0.30kg/m～0.35kg/m。
楔形掏槽炮眼的对数视围岩类别而定：一般 Ⅳ级围岩，掏槽眼2对；Ⅲ围岩，掏槽眼2-3对；Ⅱ级围岩，掏槽眼3对；Ⅰ级围岩，掏 槽眼3--4对
➢楔形掏槽
❖ 楔形掏槽的分类及适用条件
分为：水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽 水平楔形掏槽适用于岩层为水平层理时。 垂直楔形掏槽适用于中硬以上的均质岩石
(a)垂直楔形掏槽 (b)水平楔形掏槽
周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系， 通常以周边眼的密集系数K（K=E/W）表示，其 大小对光面爆破效果有较大影响。
一般取K=0.8-1，过大会留下岩埂，过小， 形成凹坑
❖ 装药不耦合系数
在控制爆破中是一个很重要的参数。主要用 于预裂爆破与光面爆破。定义：炮孔直径与药 包直径之比.
用途：保护爆破的完整度，以防龟裂与减少 裂隙，保持岩体稳定性。用在预裂孔或周边眼 内。
第二节 掏槽眼布置
一、斜眼掏槽
斜眼掏槽（incline cut）的特点是掏槽眼与 开挖断面斜交，它的种类很多，如锥形掏槽、爬 眼掏槽、各种楔形掏槽、单向掏槽等。隧道爆破 中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。
(一)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)爬眼掏槽(b)插眼掏槽(c)侧向掏槽(d)扇形掏槽
爬眼掏槽：适用于岩层层理明显的倾斜工作面；
插眼掏槽：适用于断面下部有软弱层或岩层层理 倾向工作面的场合；
侧向掏槽：适用于断面一侧有软弱层，或岩层具 有垂直的层理，并与开挖方向成一角度。
➢楔形掏槽
由两排（一般2--4对）相对称的倾斜炮眼组成，爆破 后形成一个楔形槽，楔形掏槽爆力比较集中，爆破效果 较好，掏出的槽子体积较大，适用于各种不同程度的岩 层。
0.30～0.35 0.20～0.30 0.07～0.12
第四节 隧道爆破参数及炮眼布置
一、隧道爆破参数的确定
➢ 炮眼直径 ➢ 炮眼数目 ➢ 炮眼深度 ➢ 装药量
➢ 炮眼直径
炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗 药量和洞壁的平整程度均有影响。
加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量 相对集中，爆炸效果得以改善。但炮眼直径过 大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎 质量、洞壁平整程度和围岩稳定性
三、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。
四、减轻地震动掏槽
为了减少掏槽眼的爆破震动，经常采用特 殊掏槽形式。
复式楔形掏槽
混合掏槽
直眼分层掏槽
增加空眼直眼掏槽
五、竖井掏槽爆破
➢ 圆锥形深眼掏槽
➢ 大直径空眼掏槽
第三节 周边眼的控制爆破
2.4kg/m3；
S—开挖断面积，m2； τ—装药系数（炮孔填充系数） γ—每米药卷的炸药重量（kg/m）
❖ 第二种方法
首先计算周边眼数量N1和装药量Q1
N1
Bl
a
B
1
Q1 N11L1 1
式中：Bl—隧道开挖断面周长；
B—隧道开挖宽度 a—周边眼间距；
L1—周边眼钻孔平均深度 γ1—周边眼每米药卷的炸药重量（kg/m）
0.30～0.40 0.2～0.25 0.07～0.12
岩石 类别
表5-6 光面爆破一般参考数值
炮眼间距E （cm）
抵抗线W 密集系数 装药集中度
(cm)
(K=E/W) (kg/m)
硬岩 中硬岩
软岩
55～70 45～65 35～50
60～80 60～80 40～60
0.7～1.0 0.7～1.0 0.5～0.8
q—爆破每立方米岩石所需炸药的消耗 量，kg/m3;
二、炮眼的布置
➢ 布置原则 ❖ 先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼
空眼：给裝药眼创造临空面，保证掏槽眼范围内 的岩石被破碎。
(一)直眼掏槽的布置形式 ➢ 柱状掏槽 它是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。(a)菱形来自置 (b)楔形布置(c)三角形布置
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。
钻爆法施工技术
第一节 炮眼的种类及作用
➢ 掏槽眼 ➢ 辅助眼 ➢ 周边眼
图5-1 炮眼布置图
一、掏槽眼
针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为 提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置（一 般在中央偏下部)布置几个装药量较多的炮眼,如 图5-1中的红色炮眼。
其作用是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。
➢ 设计参数
❖ 周边眼间距 在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮
孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，
而大于岩体的极限抗拉强度的条件。即
E c / t d
E Ki d
一般取Ki=10~18
❖ 光爆层厚度及炮眼密集系数
所谓光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间 的一圈岩石层。其厚度就是周边眼的最小抵抗 线W。
五、隧道预裂爆破
➢ 控制标准
❖ 不平整度不超过15cm ❖ 保存有80%~90%以上的半面炮眼痕迹 ❖ 无明显的爆破裂缝
➢ 设计参数
表5-8 预裂爆破参数
岩石类别
硬岩 中硬岩 软岩
炮眼间距E（ cm）
40～50 40～45 35～40
至内排崩落眼间距 (cm)
40 40 35
装药集中度 （kg/m）
垂直楔形掏槽：普通、剪式、层状
垂直楔形掏槽：炮眼接近水平，凿岩方便，采用比较 广泛。
垂直楔形掏槽爆破参数
围岩级别 α（° ）
斜度比
a(cm) 眼底 炮眼数量（个
b(cm)
）
Ⅳ级 Ⅲ级 Ⅱ级 Ⅰ级
75～80 1:0.27～1:0.18 70～80 30 75～80 1:0.27～1:0.18 60～70 30 70～75 1:0.37～1:0.27 50～60 25 55～70 1:0.47～1:0.37 30～50 20
一般隧道的炮眼直径在32mm～50mm之间
➢ 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
❖ 第一种方法
N qs
式中：N—炮眼数量，不包括未装药的空眼数； q—单位炸药消耗量，一般取q=1.2kg/m3～
一、隧道控制爆破的分类
➢ 光面爆破
光面爆破是指延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，已形成平整的轮廓面的爆破作业。 ➢ 预裂爆破
预裂爆破是指延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，已形成平整的轮廓面的爆破作业。
二、光面爆破与预裂爆破的关系
ac
1
3
2
D为钻孔直径，一般不小于100mm
(二)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
(三)影响掏槽效果的因素 ➢ 眼距 最先一段起爆的炮眼与空眼的距离
空眼直径、眼距与岩石爆破效果关系
隧道局的建议公式
➢ 炮眼深度
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
❖ 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
➢ 装药量的计算
根据掏槽炮眼数目的不同分为三角锥、四角锥、 五角锥等。
(a)三角锥 (b)四角锥 (c)五角锥
➢ 锥形掏槽
锥形掏槽爆破参数
围岩级别
α（°）
a(cm)
眼数（个）
Ⅳ级以上
70
100
3
Ⅲ级
68
90
4
Ⅱ级
65
80
5
Ⅰ级
60
70
6
(二)斜眼掏槽的优缺点
❖优点
斜眼掏槽具有操作简单，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 药耗量低等优点。
❖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。
二、直眼掏槽
直眼掏槽(cylinder cut)由若干个垂直于开 挖面的彼此距离很近，相互平行的炮眼所组成， 其中有一个活几个不装药的炮眼（空眼），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。
➢ 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
四、隧道光面爆破
➢ 控制标准
❖ 开挖轮廓成形规则，岩面平整 ❖ 围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹 ❖ 无明显的爆破裂缝 ❖ 超欠挖符合规定要求
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。
➢ 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
4
bd
a=(1.0～1.5)D b=(1.2～2.5)D c=(3.0～4.0)D d=(4.0～5.0)D
(四)直眼掏槽实例 ➢ 雷公尖、大瑶山隧道
灰黑色厚层加中厚 层隐晶质灰岩，Ⅱ级 围岩。
开挖断面100m2左 右，钻眼深度5.15m。
装药眼直径48mm， 中空眼直径102mm
➢ 花果山隧道
致密块状的花岗岩，Ⅲ级围岩。 开挖断面100m2左右，钻眼深度3.9m和5.15m。 装药眼直径48mm，中空眼直径102mm
Aad
A
2
a
a
(
2
d
2
)
d
φ 中空眼
d 炮眼
一般情况下不大于空眼直径的2倍 常用的空眼直径为102mm，眼距采用18~20cm
➢ 空眼数目
空眼数目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空 眼数目越多。 ➢ 装药
装药长度占全眼长的70~90%
➢ 辅助抛掷
将空眼加深100~200mm，并在空眼底部放1~2 卷炸药。 ➢ 钻眼质量
其次计算总的装药量
Q qV qsL
然后计算掏槽眼和辅助眼数量
N2
Q Q1
2 L2 2
式中：L—炮眼的平均深度
L2—辅助眼和掏槽眼的平均深度
γ2—辅助眼和掏槽眼每米药卷的炸药重量（kg/m
）
τ2—辅助眼和掏槽眼的装药系数 η—炮眼利用率，一般取0.8~0.95
❖ 第三种方法 首先计算掏槽眼数量N1和装药量Q1 其次计算周边眼数量N2和装药量Q2 然后计算周边眼数量N3和装药量Q3 最后计算炮眼数量N和装药量Q
4 4～6
6 6
❖ 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
L=（0.5~0.7）B
L
α
B
❖ 复式楔形掏槽 为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽
➢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。
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、炮眼直 径和深度及爆破的质量要求来确定。
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。
Q qV
5-4
式中：Q—个爆破循环的总用药量，kg;