铁路隧道爆破施工技术

n 第一章：岩石性质与分级第一章：岩石性质与分级n 第二章：凿岩工具及机械第二章：凿岩工具及机械n 第三章：工业炸药第三章：工业炸药n 第四章：起爆器材第四章：起爆器材n 第五章：隧道爆破设计第五章：隧道爆破设计n 第六章：隧道爆破设计实例第六章：隧道爆破设计实例1.1 岩石的种类岩石的种类 岩石一般分为三类：火成岩、沉积岩、变质岩。岩石一般分为三类：火成岩、沉积岩、变质岩。（1）火成岩：是由埋藏在地壳下部深处的岩浆（熔融物）火成岩：是由埋藏在地壳下部深处的岩浆（熔融物质）上升冷凝或喷出地表形成的。常见的有花岗岩、闪长质）上升冷凝或喷出地表形成的。常见的有花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩等。岩、辉绿岩、玄武岩等。（2）沉积岩：地壳上面存在的岩石受外力作用后遭到）沉积岩：地壳上面存在的岩石受外力作用后遭到破坏而成碎小物质风化产物，风化产物经搬运沉积或堆积破坏而成碎小物质风化产物，风化产物经搬运沉积或堆积原地叫沉积岩。地面上沉积岩的分布占大陆面积的原地叫沉积岩。地面上沉积岩的分布占大陆面积的75%。常见的有灰岩等常见的有灰岩等 （3）变质岩：由火成岩或变质岩经过强烈变化（由高）变质岩：由火成岩或变质岩经过强烈变化（由高温高压或岩浆的熔液热气的作用）而形成的。一般有片麻温高压或岩浆的熔液热气的作用）而形成的。一般有片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、大理岩等。岩、片岩、千枚岩、板岩、大理岩等。1.2 岩石的物理性质及力学性质岩石的物理性质及力学性质 （1）孔隙率：是指岩石中各孔隙的总体积与岩石的总体积之比。孔隙）孔隙率：是指岩石中各孔隙的总体积与岩石的总体积之比。孔隙率越大，岩石强度越低，其一方面使破碎岩石所需炸药降低，一方面会因率越大，岩石强度越低，其一方面使破碎岩石所需炸药降低，一方面会因炸药能量自孔隙中逸出而使爆破效果受到影响。炸药能量自孔隙中逸出而使爆破效果受到影响。（2）密度及体积密度：前者是指构成岩石的物质质量对该物质所具有）密度及体积密度：前者是指构成岩石的物质质量对该物质所具有的体积之比；后者是指岩石的质量对包括孔隙在内的岩石体积之比。二者的体积之比；后者是指岩石的质量对包括孔隙在内的岩石体积之比。二者愈大，则愈难破碎。愈大，则愈难破碎。（3）岩石的破胀性：岩石破碎后总体积与破碎前总体积之比。即松散）岩石的破胀性：岩石破碎后总体积与破碎前总体积之比。即松散系数，其值一般为系数，其值一般为1.21.4之间。之间。（4）岩石的强度与硬度：强度是指岩石抵抗外力破坏的能力，是指岩）岩石的强度与硬度：强度是指岩石抵抗外力破坏的能力，是指岩石的完整性开始被破坏的极限应力值；硬石的完整性开始被破坏的极限应力值；硬 度是指岩石抵抗工具侵入的能力。度是指岩石抵抗工具侵入的能力。某些硬度较大的岩石往往比较脆，易于爆破。某些硬度较大的岩石往往比较脆，易于爆破。（5）岩石的裂隙性：岩体是由结构面网络和岩块组成的地质体。）岩石的裂隙性：岩体是由结构面网络和岩块组成的地质体。1.2 岩石的物理性质及力学性质岩石的物理性质及力学性质 （6）波阻抗：岩石密度与纵波在该岩石中的传播速度的乘积，为岩石）波阻抗：岩石密度与纵波在该岩石中的传播速度的乘积，为岩石的波阻抗。炸药的波阻抗值与岩石的相近，其在岩石中引起的应变亦大。的波阻抗。炸药的波阻抗值与岩石的相近，其在岩石中引起的应变亦大。爆破效果愈好。爆破效果愈好。（7）岩石的弹性与塑性：）岩石的弹性与塑性：线性弹性变形非线性弹性变形比例极限脆性破坏塑 性屈服变形延性破坏弹性变形区塑性变形区1.2 岩石的物理性质及力学性质岩石的物理性质及力学性质1.3 铁路隧道岩石的工程分级铁路隧道岩石的工程分级我国于我国于1972年制定的我年制定的我国铁路隧道围岩分级法：国铁路隧道围岩分级法：按按RMQ值的大小将隧道值的大小将隧道工程岩体分成五级：工程岩体分成五级：2.1 凿岩工具凿岩工具（1）冲击式凿岩工具称为钎子：包）冲击式凿岩工具称为钎子：包括钎头、钎杆、钎肩和钎尾。括钎头、钎杆、钎肩和钎尾。（2）一般钎杆、钎肩和钎尾为一个）一般钎杆、钎肩和钎尾为一个整体。钎杆断面有园形与中空六边整体。钎杆断面有园形与中空六边形二种，用得最多的是中空六边形。形二种，用得最多的是中空六边形。（3）钎头有：十字形及一字形等。）钎头有：十字形及一字形等。其中用得最多的为一字形。一字形其中用得最多的为一字形。一字形钎头用于钻凿坚固和韧性的岩石，钎头用于钻凿坚固和韧性的岩石，与其它钻头相比，其结构简单，凿与其它钻头相比，其结构简单，凿速较高，故应用最广泛，但其缺点速较高，故应用最广泛，但其缺点是开眼困难，裂隙性岩石易卡钎，是开眼困难，裂隙性岩石易卡钎，直径磨损较快。十字形钎头基本上直径磨损较快。十字形钎头基本上能克服以上缺点，但与一字形相比，能克服以上缺点，但与一字形相比，其硬合金片用量较大，制造困难。其硬合金片用量较大，制造困难。修磨比较麻烦，坚固性及钻速均差修磨比较麻烦，坚固性及钻速均差一些。一些。一字形十字形2.2 凿岩机械凿岩机械（1）在隧道施工中人）在隧道施工中人工一般使用气腿式风动工一般使用气腿式风动凿岩机，台车凿眼时则凿岩机，台车凿眼时则采用导轨式液压凿岩机。采用导轨式液压凿岩机。（2）气腿式风动凿岩）气腿式风动凿岩机重量一般在机重量一般在30kG才以才以下，主机安装在气腿上，下，主机安装在气腿上，靠气腿推力钻进，可钻靠气腿推力钻进，可钻凿水平或倾斜的炮眼，凿水平或倾斜的炮眼，这类凿岩机有这类凿岩机有YT24、YT26和和YT28等。一般等。一般是用得最多的是是用得最多的是YT28，主要由主机、气腿和风主要由主机、气腿和风（水）管路等组成（水）管路等组成。3.1 工业炸药分类工业炸药分类使用类分类使用类分类矿用炸药矿用炸药岩石炸药岩石炸药露天炸药露天炸药特种炸药特种炸药成分类分类成分类分类硝铵类炸药硝铵类炸药硝化甘油炸药硝化甘油炸药芳香簇硝基化合物芳香簇硝基化合物其它炸药其它炸药3.1 工业炸药分类工业炸药分类硝铵类炸药硝铵类炸药氧化剂氧化剂还原剂还原剂敏化剂敏化剂加强剂加强剂其它成份其它成份（1）氧化剂：即硝酸铵，炸药中爆炸时提供氧元素；）氧化剂：即硝酸铵，炸药中爆炸时提供氧元素；（2）还原剂：亦称可燃剂）还原剂：亦称可燃剂，常用的有梯恩梯，木粉、木炭、柴油、铝粉等，常用的有梯恩梯，木粉、木炭、柴油、铝粉等，它与氧化合进行燃烧反应；它与氧化合进行燃烧反应；（3）敏化剂：常用的有梯恩梯，二硝基萘、铝粉等，其作用是增加炸药的）敏化剂：常用的有梯恩梯，二硝基萘、铝粉等，其作用是增加炸药的敏感度，改善爆炸性能；敏感度，改善爆炸性能；（4）加强剂：为提高炸药威力而加入的物质，如梯恩梯，铝粉等；）加强剂：为提高炸药威力而加入的物质，如梯恩梯，铝粉等；（5）其它物质：如消焰剂（食盐）、防潮剂（如石蜡）疏松剂（木粉）等。）其它物质：如消焰剂（食盐）、防潮剂（如石蜡）疏松剂（木粉）等。3.2 含水硝铵炸药含水硝铵炸药含水硝铵炸药含水硝铵炸药浆状炸药浆状炸药水胶炸药水胶炸药乳化炸药乳化炸药（1）浆状炸药：浆状炸药是由氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝剂等基本成人份组成）浆状炸药：浆状炸药是由氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝剂等基本成人份组成的悬浮状的饱和水胶混合物，其外观呈半流动胶浆体。浆状炸药敏感度低，不能用的悬浮状的饱和水胶混合物，其外观呈半流动胶浆体。浆状炸药敏感度低，不能用普通普通8#管起爆，而需要用起爆药包起爆；管起爆，而需要用起爆药包起爆；（2）水胶炸药：是浆状炸药的改进型，不同之处在于使用的是水溶性的敏化剂；）水胶炸药：是浆状炸药的改进型，不同之处在于使用的是水溶性的敏化剂；使得其氧化剂的藕合状况大为改善，能获得更好的爆炸性能。其优点是抗水性能好，使得其氧化剂的藕合状况大为改善，能获得更好的爆炸性能。其优点是抗水性能好，感度较高、可用感度较高、可用8#火雷管起爆，并具有较好的爆炸性能，可塑性好，使用安全。缺火雷管起爆，并具有较好的爆炸性能，可塑性好，使用安全。缺点是成本高，爆炸后生成的有毒气体比点是成本高，爆炸后生成的有毒气体比2#岩石炸药多。岩石炸药多。（3）乳化炸药：不同于水包油型的浆状炸药或水胶炸药而是以油为连续相的油包）乳化炸药：不同于水包油型的浆状炸药或水胶炸药而是以油为连续相的油包水型的乳胶体，不含爆炸性的敏化剂及胶凝剂。此炸药可使氧化剂水溶液微细的液水型的乳胶体，不含爆炸性的敏化剂及胶凝剂。此炸药可使氧化剂水溶液微细的液滴均匀地分散在含有气泡的近似油状物质中，使炸药形成一灰白色或浅黄色的汕包滴均匀地分散在含有气泡的近似油状物质中，使炸药形成一灰白色或浅黄色的汕包水型乳胶体。主要特点是：抗水性强，爆速高（水型乳胶体。主要特点是：抗水性强，爆速高（5000m/s）；威力大；硬度高可达）；威力大；硬度高可达雷管感度；密度可调安全性好，其对于冲击、磨擦及枪击的感度低生成有毒气体少。雷管感度；密度可调安全性好，其对于冲击、磨擦及枪击的感度低生成有毒气体少。共同特点是：硝酸铵溶共同特点是：硝酸铵溶解于水后，成为硝酸盐解于水后，成为硝酸盐的水溶液，当其达到饱的水溶液，当其达到饱和后不再吸收水分。即和后不再吸收水分。即“以水防水以水防水”。3.2 乳化炸药乳化炸药 我国于我国于1982年前后研年前后研究露天乳化炸药混装车及究露天乳化炸药混装车及现场连续混装工艺现场连续混装工艺，并于，并于04年左右在宜万线隧道施年左右在宜万线隧道施工中进行了乳化炸药混装工中进行了乳化炸药混装车现场混装炸药实验并取车现场混装炸药实验并取得了成功，目前我集团的得了成功，目前我集团的关角隧道正准备进行类似关角隧道正准备进行类似 的实验。我国生产的乳化的实验。我国生产的乳化炸药有炸药有RLCLHELRJ等等系列。隧道施工中常用的系列。隧道施工中常用的是是2#岩石乳化炸药即岩石岩石乳化炸药即岩石型。下表列出的是我国生型。下表列出的是我国生产的部分乳化炸药的成份产的部分乳化炸药的成份及性能指标。及性能指标。4.1 雷管及其性能雷管及其性能（1）导火索与火雷管：导火索是用来传递火焰给火雷管，火雷管是最简）导火索与火雷管：导火索是用来传递火焰给火雷管，火雷管是最简单的一种雷管。通过导火索燃烧喷出的火焰引爆雷管，只限用于无瓦斯和单的一种雷管。通过导火索燃烧喷出的火焰引爆雷管，只限用于无瓦斯和矿尘危险的地下或露天小规模爆破作业中。常用的主要有矿尘危险的地下或露天小规模爆破作业中。常用的主要有6#消火雷管、消火雷管、8#火雷管，两者的装药量不同。火雷管，两者的装药量不同。8#火雷管主要有金属壳、纸壳及塑料壳三种。火雷管主要有金属壳、纸壳及塑料壳三种。123451-管壳；2-加强帽；3-正起爆药；4-副起爆药；5-聚能穴（2）在爆破施工中应对雷管进行必要的检验，检验内容有：雷管是否受）在爆破施工中应对雷管进行必要的检验，检验内容有：雷管是否受潮，管潮，管 外有无浮药，管体有无裂缝、锈蚀等；管内有无杂物；是否在有效外有无浮药，管体有无裂缝、锈蚀等；管内有无杂物；是否在有效期内，一般纸壳有效期为一年，其它为二年；每批雷管奕随机抽样检查，期内，一般纸壳有效期为一年，其它为二年；每批雷管奕随机抽样检查，做铅板穿孔试验和引爆标准铵梯炸药的试验。铅板厚做铅板穿孔试验和引爆标准铵梯炸药的试验。铅板厚5mm，被穿出孔直径，被穿出孔直径不小不小 于雷管外径，一具雷管应能引爆一个药卷且爆后不留残药于雷管外径，一具雷管应能引爆一个药卷且爆后不留残药火雷管12341-塑料塞；2-延期药；3-延期内管；4-加强帽；电雷管可分为即发电雷管和迟发电雷管。迟发电雷管按其延期时间差可电雷管可分为即发电雷管和迟发电雷管。迟发电雷管按其延期时间差可分为秒迟发和毫秒迟发系列。分为秒迟发和毫秒迟发系列。4.1 雷管及其性能雷管及其性能即发电雷管延期电雷管电雷管(b)引火头式(a)直插式123456 789101-脚线；2-管壳；3-密封塞；4-纸垫；5-桥丝；6-引火头；7-加强帽；8-DDNP；9-正起爆药；10-副起