隧道钻爆施工.ppt

三、隧道与地下工程掘进爆破1目 录1.1.前前 言言2.隧道常用掏槽形式3.隧道爆破参数设计4.4.隧道周边孔控制爆破隧道周边孔控制爆破5.特殊条件隧道爆破6.地铁隧道施工7.7.隧道爆破进展与展望隧道爆破进展与展望n青藏铁路之最21、前 言n隧道是人们利用地下空间的一种形式，被广泛应用于铁路、公路、水利、水电矿山、市政、人防等部门 n由于钻爆法对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，目前仍是隧道掘进的主要手段n目前我国引进全断面隧道掘进机，但根据我国的国情，钻爆法与掘进机在相当长的时间内将同时并存使用，而且在隧道掘进机及高压射流等新的岩石开挖技术进一步发展的同时，隧道爆破技术也会随着钻孔机具的不断改进、爆破器材的日益发展而不断进步 3n爆破开挖是以钻孔、爆破工序为主，配以装运机械出碴而完成隧道施工的方法n爆破开挖是建设隧道的主要工序，它的成败与好坏直接影响到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度，是隧道建设非常重要的组成部分n隧道爆破一般采用小孔径钻孔爆破.n钻爆法开挖隧道的缺点是劳动强度大，施工环境较差，但随着岩石爆破技术的进步和机械化程度的提高，钻爆法的优势必将得到进一步的发挥。

1、前 言4n铁路、公路交通等隧道爆破与矿山巷道掘进爆破原则基本相同，但其具有以下特点：1.隧道断面大，其高度和跨度超过6.0m，双线铁路和高速公路隧道以大断面和超大断面为主；爆破应重视对围岩保护2.地质条件复杂，尤其浅埋隧道（埋深小于2.0倍跨度）岩石风化严重，受地表水、裂隙水影响较大，岩石节理、裂隙、软弱夹层等直接影响钻孔和爆破效果3.隧道服务年限长，造价昂贵；施工中必须保证良好的质量；运营中应减少维修，避免中断交通4.隧道爆破钻孔质量和精度要求高，孔位、方向和深度要准确，使爆破断面达到设计标准，超、欠挖在允许范围之内1、前 言5表 1 国际遂道协会对隧道断面的划分划分断面积/m2超小断面100.06n隧道爆破一般采用小孔径的钻眼爆破，其钻眼、装药、堵塞、爆破等施工操作具有以下特点： 1.钻爆条件差加之它与支护、出碴运输等工作交替进行，致使爆破工作面受到限制，增加了爆破的施工难度2.爆破临空面少岩石的夹制作用大，耗药量大，不能充分发挥爆破效果3.钻孔质量要求较高既要使隧道方向正确，满足精度要求，又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不能超控过大爆破时要预防飞石崩坏支架、风管、水管、电线等，爆落岩石块度均匀，便于出碴。

4.随着以新奥法为理论基础设计的隧道越来越多，为充分利用围岩自承力，要求施工中尽量减少爆破对围岩的扰动，确保围岩完整5.隧道爆破施工方法、施工机具和设备的选择主要取决于开挖断面的大小和隧道所处的位置6.钻孔是隧道爆破的关键工序1、前 言7n隧道开挖常用方法：全断面法、台阶法、单侧壁导坑法(CD 法、CRD法)、双侧壁导坑法(孔镜法)和中导洞超前预留光爆层法n根据隧道的断面大小、地质情况、围岩性质和施工队伍素质等综合考虑选取开挖方法n一般情况下，I、II、III级围岩地段采用全断面方法；IV、V级围岩地段采用台阶法n围岩比较破碎地段，隧道特大断面或超浅埋段，采用CD 法、CRD法或双侧壁导坑法I、II、III级围岩地段，隧道断面较大时，采用中导洞超前预留光爆层法1、前 言8 单侧壁导坑法：CD法或CRD法 CD法是CENTER DIAPHRAGM简称；CRD则是CROSS DIAPHRAGM简称二者既有联系又有区别；适用于围岩软弱且大断面隧道爆破开挖 CD法是用钢支撑和喷射混凝土隔壁分割进行开挖的方法CRD法是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割进行开挖，一般在地质条件要求分部开挖及时封闭的条件下采用。

适用于围岩较差、地表沉陷难于控制或浅埋隧道，特点是：单侧导坑超前，中壁和另侧正台阶法施工，极大地降低了拱顶和边墙位移，但仰拱为薄弱环节，施工中易出现开裂，且围岩变化时不易调整施工方法 1、前 言9n单侧壁导坑法施工示意图101) 掏槽孔：断面中下部，最先起爆、担负掏槽爆破2) 扩扩槽孔：随掏槽孔之后起爆的一部分炮孔3) 边墙边墙 孔：直墙部位的炮孔4) 拱顶顶孔：隧道拱圈部位的炮孔；5) 周边边孔：周边轮 廓线上的炮孔；6) 底板孔：隧道最底部的一排炮孔；7) 二台孔：底板孔上面的一排炮孔；8) 崩落孔：其他爆破岩石的炮孔，又称掘进孔n隧道爆破各部位炮孔名称位置图1、前 言112、隧道常用掏槽形式n掏槽效果的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败n根据掏槽眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为三种:(1)楔形掏槽; (2)直孔掏槽; (3)混合掏槽12 楔形掏槽布孔示意图 13 直孔掏槽布置示意图 143、隧道爆破参数设计（1）循环进尺n隧道掘进循环进尺主要受钻孔设备能力、工程进度要求和岩石特性等的影响，需要综合考虑确定，从经济效益考虑，循环进尺宜取大值，但还要综合考虑钻孔机械的最大钻进深度，钻孔的效率与之配套装运机械设备的装运能力，岩体所能承受的爆破地震动强度，循环作业能力等因素。

2）炮眼直径n一般隧道的炮眼直径在3250mm之间;n药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的1015.（3）炮眼数量n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.：N=qS/n式中：N，炮眼数量；q，单位炸药消耗量，一般取q1.22.4 kg/m3；S,开挖断面积；，装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值；，每米药卷的炸药质量，kg/mn炮眼数量常用的经验数值可参考表15（4）炮孔深度n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n随着凿岩、装碴运输设备的改进，目前普遍存在加长炮眼深度以减少作业循环次数的趋势炮眼深度一般根据下列因素确定： （1）围岩的稳定性，避免过大的超欠挖； （2）凿岩机允许钻孔长度、操作条件和技术水平； （3）掘进循环安排，保证充分利用作业时间n目前较多采用的炮孔深度为1.21.8 m，中深孔2.53.5 m，深孔 3.55.15 m 3、隧道爆破参数设计16（5）装药量计算及分配n炮孔装药量多少是影响爆破效果重要因素药量不足，会出现炸不开，炮眼利用率低和石碴块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和机械设备，使抛碴过散等。

n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n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3、隧道爆破参数设计173、隧道爆破参数设计序号炮孔名称布置位置布置原则1掏槽孔隧道中心，偏下 为了便于装运，爆后找顶及喷混凝土等作业，要求碴堆集中一些，堆得高一些为此掏槽区应布置在断面中下方2周边孔沿隧道掘进周边轮廓线布置 隧道光面和预裂爆破，孔距E和光爆层厚度W光的关系以保证光面效果，一般取：E=0.8W光3扩槽孔内圈孔围绕掏槽孔布置扩槽孔、内圈孔比掘进孔密为确保爆破效果，为后续炮孔创造良好临空面，扩槽孔应适当加密4二台孔底板孔底板及底板附近 二台孔、底板孔要克服先爆炮孔产生的岩碴增加的负荷，因此也应适当加密他们的间距或抵抗线一般为掘进孔的80%左右5崩落孔掏槽孔一周边孔之间 掘进孔一般均匀布置即可，可采用线性布置形式，也可采用环形布置形式一般情况下，抵抗线应小于同排（同一环形）炮孔间距，常为炮孔间距的80%100%目前国内也有采用大孔距小抵抗线的线性布置形式，炮孔间距为抵抗线的1.52倍。

6）炮孔布置原则18（7）装药结构n隧道爆破，正向和反向起爆，研究表明：掏槽孔的首段应该采用正向装药起爆，其他孔采用反方向装药起爆；n从减振观点来看，每段起爆间隔时差应大于50ms，但每段起爆间隔时间又不宜过长，间隔时间过长，能量不能互相作用，后段爆破不能起补充前段爆破的破碎作用和抛掷作用一般：掏槽爆破间隔时间为5075，后续炮孔段间隔时间最大达到200300msn当爆破对隧道周围设施有影响时，按受影响设施的最大允许振动速度值确定最大一段允许炸药量 （8）起爆顺序n为了减小对围岩不必要的破坏，同一段号起爆的总药量要小于计算的最大单段允许用药量；此外，周边孔爆破和底板孔爆破的质点速度最大，有必要将周边孔和底板孔分为几个段位来爆破；正确的爆破顺序应为先掏槽，而后扩槽孔、掘进孔、二台孔、内圈孔、底板孔最后周边孔光面爆破 3、隧道爆破参数设计19 隧道掘进炮孔布置图（V级围岩）设计示例20偏压隧道掘进炮孔布置图（V级围岩，掏槽孔向深埋侧偏移） 设计示例214、隧道周边孔控制爆破n在隧道爆破施工中，首要的要求是开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小n周边孔的爆破效果反映了整个隧道爆破的成洞质量n实践表明，采用普通爆破方法不仅对围岩扰动大，而且难以爆出理想开挖轮廓，故目前广泛采用控制爆破技术。

n隧道控制爆破是指光面爆破和预裂爆破 224、隧道周边孔控制爆破41 影响隧道光面、预裂爆破的因素nA 地质条件影响：地质条件是影响光爆、预裂效应最主要因素岩石特性，地质结构，风化程度，直接影响光面爆破效果一般硬岩、中硬岩、岩石完整性较好的岩体，有利于光面爆破，宜采用中深孔光面爆破；当地质复杂，裂隙发育和风化较严重部位，应适当缩小孔距，减小线装药密度，这样有利于光面形成，即使没有留下半孔，但对围岩扰动也较小nB 钻孔精度的影响：钻孔精度主要体现两方面内容：1）尽量克服开孔误差、钻孔角度误差、测量放线误差、严格控制钻孔外插角度和外插量，保证轮廓面平整成型；2）确定孔距E和光爆层厚度光的关系以保证光面效果，一般取：E=0.8WnC 爆破技术和施工工艺：包括：1）选择低密度、低爆速的专用光面爆破炸药；2）采用不耦合装药，不偶合系数取：1.25D2.0范围内； 3）装药密度合理，防止过大或过小；4）不耦合间隔装药采用导爆索连接，防止装药太集中；确保填塞质量；5）光面、预裂爆破最好采用齐发爆破，需要控制时，齐发数量不应小于5发，延时时间小于25ms为宜234.2 隧道光面爆破（1）隧道光面爆破特点n光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆周边孔，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。

n主要标准：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，围岩壁上无危石等n光面爆破对围岩扰动小，又保存了围岩自身的承载能力，从而改善了衬砌结构受力状况；减少超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省混凝土，降低造价，加快施工进度；n在松软及不均质的地质岩体中较为有效的开挖爆破方法4、隧道周边孔控制爆破24（2）隧道光面爆破主要参数n光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定其主要参数包括：周边炮眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数和装药集中度等n影响光面爆破参数选择的因素，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备等，其中影响最大的是地质条件n光面爆破参数的选择，通常采取简单的计算并结合工程类比加以确定，在初步确定后，一般都要在现场爆破实践中加以修正改善4.2 隧道光面爆破4、隧道周边孔控制爆破25n周边炮眼间距E：一般取E=(l018)d ；当炮眼直径为3240 mm时，E3270 cm;n光面层厚度及炮眼密集系数：光面层厚度就是周边眼的最小抵抗线W；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KEW表示 ；实践表明，K0.8较为适宜，光面层厚度 W一般取5080 cm。

n装药量：周边眼的装药量通常以线装药密度表示；线装药密度一般为0.150.25 kg/m，全断面一次起爆时，为减少残眼，装药密度需适当增加，一般可达0。