隧道工程鉆爆法開(kāi)挖技術(shù)

鉆爆法施工技術(shù)第一節(jié)炮眼的種類(lèi)及作用掏槽眼輔助眼周邊眼圖5-1炮眼布置圖一、掏槽眼針對(duì)隧道開(kāi)挖爆破只有一個(gè)臨空面的特點(diǎn)，為提高爆破效果，宜先在開(kāi)挖斷面的適當(dāng)位置（一般在中央偏下部)布置幾個(gè)裝藥量較多的炮眼,如圖5-1中的紅色炮眼。其作用是先在開(kāi)挖面上炸出一個(gè)槽腔，為后續(xù)炮眼的爆破創(chuàng)造新的臨空面。二、輔助眼位于掏槽眼與周邊眼之間的炮眼稱(chēng)為輔助眼。如圖5-1中的黑色炮眼。其作用是擴(kuò)大掏槽眼炸出的槽腔，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。三、周邊眼周邊眼(perimeterhole)。沿隧道周邊布置的炮眼稱(chēng)為周邊眼。如圖5-1中的藍(lán)色炮眼。其作用是炸出較平整的隧道斷面輪廓。按其所在位置的不同，又可分為幫眼、頂眼、底眼。一、斜眼掏槽第二節(jié)掏槽眼布置斜眼掏槽（inclinecut）的特點(diǎn)是掏槽眼與開(kāi)挖斷面斜交，它的種類(lèi)很多，如錐形掏槽、爬眼掏槽、各種楔形掏槽、單向掏槽等。隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和錐形掏槽。單向掏槽由數(shù)個(gè)朝同一方向傾斜的炮眼組成。適用于隧道斷面內(nèi)有軟弱夾層、層理、節(jié)理和裂隙時(shí)。單向掏槽法可根據(jù)巷道斷面大小或軟夾層的厚度不同，布置一排或兩排掏槽眼。掏槽眼的傾斜角度一般為50°~70°，巖石堅(jiān)固程度高，角度取小值(一)斜眼掏槽布置形式(a)爬眼掏槽(b)插眼掏槽(c)側(cè)向掏槽(d)扇形掏槽爬眼掏槽：適用于巖層層理明顯的傾斜工作面；插眼掏槽：適用于斷面下部有軟弱層或巖層層理傾向工作面的場(chǎng)合；側(cè)向掏槽：適用于斷面一側(cè)有軟弱層，或巖層具有垂直的層理，并與開(kāi)挖方向成一角度。楔形掏槽由兩排（一般2--4對(duì)）相對(duì)稱(chēng)的傾斜炮眼組成，爆破后形成一個(gè)楔形槽，楔形掏槽爆力比較集中，爆破效果較好，掏出的槽子體積較大，適用于各種不同程度的巖層。楔形掏槽炮眼的對(duì)數(shù)視圍巖類(lèi)別而定：一般Ⅳ級(jí)圍巖，掏槽眼2對(duì)；Ⅲ圍巖，掏槽眼2--3對(duì)；Ⅱ級(jí)圍巖，掏槽眼3對(duì)；Ⅰ級(jí)圍巖，掏槽眼3--4對(duì)楔形掏槽楔形掏槽的分類(lèi)及適用條件分為：水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽水平楔形掏槽適用于巖層為水平層理時(shí)。垂直楔形掏槽適用于中硬以上的均質(zhì)巖石(a)垂直楔形掏槽

(b)水平楔形掏槽垂直楔形掏槽：普通、剪式、層狀垂直楔形掏槽：炮眼接近水平，鑿巖方便，采用比較廣泛。垂直楔形掏槽爆破參數(shù)圍巖級(jí)別α（°）斜度比a(cm)眼底b(cm)炮眼數(shù)量（個(gè)）Ⅳ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅰ級(jí)75～8075～8070～7555～701:0.27～1:0.181:0.27～1:0.181:0.37～1:0.271:0.47～1:0.3770～8060～7050～6030～503030252044～666掏槽數(shù)目較少，掏槽體積大，易將巖石拋出。掏槽眼深度受到隧道斷面尺寸的限制，巖堆分散。楔形掏槽的特點(diǎn)bαL=（0.5~0.7）BBL為了提高循環(huán)進(jìn)尺，可以采用復(fù)式楔形掏槽復(fù)式楔形掏槽錐形掏槽這種炮眼呈角錐形布置，各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心軸線傾斜，眼底趨于集中，但互相并不貫通，爆破后形成錐形槽。根據(jù)掏槽炮眼數(shù)目的不同分為三角錐、四角錐、五角錐等。(a)三角錐(b)四角錐(c)五角錐錐形掏槽圍巖級(jí)別α（°）a(cm)眼數(shù)（個(gè)）Ⅳ級(jí)以上Ⅲ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅰ級(jí)706865601009080703456錐形掏槽爆破參數(shù)斜眼掏槽具有操作簡(jiǎn)單，精度要求較直眼掏槽低，能按巖層的實(shí)際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，易把巖石拋出，掏槽眼的數(shù)量少且炸藥耗量低等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)眼深易受開(kāi)挖斷面尺寸的限制，不易提高循環(huán)進(jìn)尺，也不便于多臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)。

缺點(diǎn)(二)斜眼掏槽的優(yōu)缺點(diǎn)二、直眼掏槽

直眼掏槽(cylindercut)由若干個(gè)垂直于開(kāi)挖面的彼此距離很近，相互平行的炮眼所組成，其中有一個(gè)活幾個(gè)不裝藥的炮眼（空眼），掏槽深度不受?chē)鷰r軟硬和開(kāi)挖斷面大小的限制，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)、深眼爆破和鉆眼機(jī)械化，從而為提高掘進(jìn)速度提供了有利條件。空眼：給裝藥眼創(chuàng)造臨空面，保證掏槽眼范圍內(nèi)的巖石被破碎。(一)直眼掏槽的布置形式柱狀掏槽(a)菱形布置(b)楔形布置(c)三角形布置它是充分利用大直徑空眼作為臨空孔和巖石破碎后的膨脹空間，使爆破后能形成柱狀槽口的掏槽爆破。作為臨空孔(freehole）的空眼(busterhole)數(shù)目，視炮眼深度而定:一般當(dāng)孔眼深度小于3.0m時(shí)采用一個(gè)；當(dāng)孔眼深度為3.0m～3.5m時(shí)，采用雙臨空孔；當(dāng)孔眼深度為3.5m～5.15m時(shí)采用三個(gè)。試驗(yàn)表明：第一個(gè)起爆裝藥孔離開(kāi)臨空孔的距離應(yīng)不大于1.5倍的臨空孔直徑。螺旋形掏槽螺旋形掏槽是由柱狀掏槽發(fā)展而來(lái)，其特點(diǎn)是中心眼為空眼，鄰近空眼的各裝藥眼至空眼之間的距離逐漸加大，其連線呈螺旋形，并且由近及遠(yuǎn)依次起爆a=(1.0～1.5)Db=(1.2～2.5)Dc=(3.0～4.0)Dd=(4.0～5.0)DD為鉆孔直徑，一般不小于100mm1234acdb(二)直眼掏槽的特點(diǎn)適用于中硬巖層或堅(jiān)硬巖層適宜采用中深孔爆破鑿眼效率高炮眼利用率高拋擲距離短耗藥量大要求嚴(yán)格(三)影響掏槽效果的因素眼距

最先一段起爆的炮眼與空眼的距離空眼直徑、眼距與巖石爆破效果關(guān)系φdaA中空眼炮眼隧道局的建議公式一般情況下不大于空眼直徑的2倍常用的空眼直徑為102mm，眼距采用18~20cm空眼數(shù)目

空眼數(shù)目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空眼數(shù)目越多。裝藥

裝藥長(zhǎng)度占全眼長(zhǎng)的70~90%輔助拋擲

將空眼加深100~200mm，并在空眼底部放1~2卷炸藥。鉆眼質(zhì)量(四)直眼掏槽實(shí)例雷公尖、大瑤山隧道灰黑色厚層加中厚層隱晶質(zhì)灰?guī)r，Ⅱ級(jí)圍巖。開(kāi)挖斷面100m2左右，鉆眼深度5.15m。裝藥眼直徑48mm，中空眼直徑102mm花果山隧道致密塊狀的花崗巖，Ⅲ級(jí)圍巖。開(kāi)挖斷面100m2左右，鉆眼深度3.9m和5.15m。裝藥眼直徑48mm，中空眼直徑102mm三、混合掏槽

混合掏槽是指兩種以上的掏槽方式的混合使用，一般在巖石特別堅(jiān)硬或隧道開(kāi)挖斷面較大時(shí)使用。四、減輕地震動(dòng)掏槽

為了減少掏槽眼的爆破震動(dòng)，經(jīng)常采用特殊掏槽形式。復(fù)式楔形掏槽混合掏槽直眼分層掏槽增加空眼直眼掏槽五、豎井掏槽爆破圓錐形深眼掏槽大直徑空眼掏槽一、隧道控制爆破的分類(lèi)第三節(jié)周邊眼的控制爆破光面爆破預(yù)裂爆破光面爆破是指延開(kāi)挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之后起爆，已形成平整的輪廓面的爆破作業(yè)。預(yù)裂爆破是指延開(kāi)挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之前起爆，已形成平整的輪廓面的爆破作業(yè)。二、光面爆破與預(yù)裂爆破的關(guān)系相同點(diǎn)區(qū)別孔距必須與最小抵抗線相匹配采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥同組光爆孔(預(yù)裂孔)同時(shí)起爆起爆順序不同裝藥量不同四、隧道光面爆破控制標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)挖輪廓成形規(guī)則，巖面平整圍巖壁上保存有50%以上的半面炮眼痕跡無(wú)明顯的爆破裂縫超欠挖符合規(guī)定要求設(shè)計(jì)參數(shù)周邊眼間距一般取Ki=10~18在不偶合裝藥的前提下，光面爆破應(yīng)滿(mǎn)足炮孔內(nèi)靜壓力F小于爆破巖體的極限抗壓強(qiáng)度，而大于巖體的極限抗拉強(qiáng)度的條件。即光爆層厚度及炮眼密集系數(shù)一般取K=0.8-1，過(guò)大會(huì)留下巖埂，過(guò)小，形成凹坑

所謂光面層就是周邊眼與最外層輔助眼之間的一圈巖石層。其厚度就是周邊眼的最小抵抗線W。周邊眼的間距E與光面層厚度W有著密切關(guān)系，通常以周邊眼的密集系數(shù)K（K=E/W）表示，其大小對(duì)光面爆破效果有較大影響。裝藥不耦合系數(shù)在控制爆破中是一個(gè)很重要的參數(shù)。主要用于預(yù)裂爆破與光面爆破。定義：炮孔直徑與藥包直徑之比.用途：保護(hù)爆破的完整度，以防龜裂與減少裂隙，保持巖體穩(wěn)定性。用在預(yù)裂孔或周邊眼內(nèi)。一般取值范圍為1.0---2.0，在孔距較小情況下一般取大值。在巖石抗壓強(qiáng)度較大時(shí)，一般取小值。裝藥量在光面層單獨(dú)爆落時(shí)，周邊眼的線裝藥密度一般為0.15kg/m～0.25kg/m,全斷面一次起爆時(shí)，一般可達(dá)0.30kg/m～0.35kg/m。周邊眼的裝藥量通常以線裝藥密度表示。施工中應(yīng)根據(jù)孔距、光面層厚度、石質(zhì)及炸藥種類(lèi)等綜合考慮確定裝藥量。五、隧道預(yù)裂爆破控制標(biāo)準(zhǔn)不平整度不超過(guò)15cm保存有80%~90%以上的半面炮眼痕跡無(wú)明顯的爆破裂縫設(shè)計(jì)參數(shù)巖石類(lèi)別炮眼間距E（cm）至內(nèi)排崩落眼間距(cm)裝藥集中度（kg/m）硬巖中硬巖軟巖40～5040～4535～404040350.30～0.400.2～0.250.07～0.12表5-8預(yù)裂爆破參數(shù)巖石類(lèi)別炮眼間距E（cm）抵抗線W(cm)密集系數(shù)(K=E/W)裝藥集中度(kg/m)硬巖中硬巖軟巖55～7045～6535～5060～8060～8040～600.7～1.00.7～1.00.5～0.80.30～0.350.20～0.300.07～0.12表5-6光面爆破一般參考數(shù)值一、隧道爆破參數(shù)的確定第四節(jié)隧道爆破參數(shù)及炮眼布置炮眼直徑炮眼數(shù)目炮眼深度裝藥量炮眼直徑炮眼直徑對(duì)鑿巖生產(chǎn)率、炮眼數(shù)目、單位耗藥量和洞壁的平整程度均有影響。加大炮眼直徑以及相應(yīng)裝藥量可使炸藥能量相對(duì)集中，爆炸效果得以改善。但炮眼直徑過(guò)大將導(dǎo)致鑿巖速度顯著下降，并影響巖石破碎質(zhì)量、洞壁平整程度和圍巖穩(wěn)定性一般隧道的炮眼直徑在32mm～50mm之間炮眼數(shù)目炮眼數(shù)量主要與開(kāi)挖斷面、炮眼直徑、巖石性質(zhì)和炸藥性能有關(guān)，炮眼的多少直接影響鑿巖工作量。炮眼數(shù)量應(yīng)能裝入設(shè)計(jì)的炸藥量，通?？筛鶕?jù)各炮眼平均分配炸藥量的原則來(lái)計(jì)算式中：N—炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼數(shù)；q—單位炸藥消耗量，一般取q=1.2kg/m3～2.4kg/m3；

S—開(kāi)挖斷面積，m2；

τ—裝藥系數(shù)（炮孔填充系數(shù)）γ—每米藥卷的炸藥重量（kg/m）第一種方法第二種方法首先計(jì)算周邊眼數(shù)量N1和裝藥量Q1式中：Bl—隧道開(kāi)挖斷面周長(zhǎng)；B—隧道開(kāi)挖寬度a—周邊眼間距；

L1—周邊眼鉆孔平均深度

γ1—周邊眼每米藥卷的炸藥重量（kg/m）其次計(jì)算總的裝藥量然后計(jì)算掏槽眼和輔助眼數(shù)量式中：L—炮眼的平均深度L2—輔助眼和掏槽眼的平均深度

γ2—輔助眼和掏槽眼每米藥卷的炸藥重量（kg/m）τ2—輔助眼和掏槽眼的裝藥系數(shù)η—炮眼利用率，一般取0.8~0.95第三種方法首先計(jì)算掏槽眼數(shù)量N1和裝藥量Q1其次計(jì)算周邊眼數(shù)量N2和裝藥量Q2然后計(jì)算周邊眼數(shù)量N3和裝藥量Q3最后計(jì)算炮眼數(shù)量N和裝藥量Q炮眼深度炮眼深度是指炮眼底至開(kāi)挖面的垂直距離。合適的炮眼深度有助于提高掘進(jìn)速度和炮眼利用率。L對(duì)于斜眼掏槽，由于施工原因和巖石的夾制作用，一般最大炮眼深度取斷面寬度（或高度）B的0.5～0.7倍，當(dāng)圍巖條件好時(shí)，采用較小值。按開(kāi)挖斷面跨度確定炮眼深度L=（0.5～0.7）B裝藥量的計(jì)算合理的藥量應(yīng)根據(jù)所使用的炸藥的性能和質(zhì)量、地質(zhì)條件、開(kāi)挖斷面尺寸、臨空面數(shù)目、炮眼直徑和深度及爆破的質(zhì)量要求來(lái)確定。目前多采取先用體積公式計(jì)算出一個(gè)循環(huán)的總用藥量，然后按各種類(lèi)型炮眼的爆破特性進(jìn)行分配，再在爆破實(shí)踐中加以檢驗(yàn)和修正，直到取得良好的爆破效果為止的方法。式中：Q—個(gè)爆破循環(huán)的總用藥量，kg;q—爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗

量，kg/m3;二、炮眼的布置布置原則先布置掏槽眼，其次是周邊眼，最后是輔助眼掏槽眼一般應(yīng)布置在開(kāi)挖面中央偏下部位，其深度應(yīng)比其它眼深15cm～20cm。為爆出平整的開(kāi)挖面，除掏槽和底部炮眼外，所有掘進(jìn)眼眼底應(yīng)落在同一平面上。底部炮眼深度一般與掏槽眼相同。周邊眼應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置布置斷面拐角處應(yīng)布置炮眼。周邊眼設(shè)計(jì)位置應(yīng)考慮0.03～0.05的外插斜率。保證光爆層的合理厚度靠近周邊