《隧道爆破设计(重要)课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隧道爆破设计(重要)课件(75页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、隧道爆破技术 1、隧道爆破常识 1.1隧道爆破的特点 (1)只有一个自由面(临空面); (2)炮眼深度受到一定限制,这是与隧道围岩条件、打眼机械工具、爆破技术等有关系; (3)受隧道围岩条件的控制,爆破参数主要取决于围岩级别;还取决于开挖方法与断面大小;,(4)钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行; (5)隧道爆破、炮眼比较集中,1.5-2个/m2; (6)多采用类比法设计,计算简单。不象洞室爆破、拆除爆破等要进行较复杂的计算和药包的布置。,1.2炮眼直径与炮眼深度 (1)炮眼直径:常采用3245mm钻孔,采用液压台车液压钻机时,钻孔一般为48mm、63mm、76mm和大中空孔102mm、1
2、52mm。 (2)炮眼深度 浅孔1-3m;手持式风钻、液压钻; 深孔3-5m;钻孔台车、液压钻; 超深孔5m;钻孔台车、液压钻。,1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级,即是 通用的“铁路隧道围岩分级”,而不是按岩土可爆性分级分类的。一般、级围岩不用钻爆法。 1.4炮眼的种类和作用 隧道开挖爆破的炮眼数目与隧道断面、围岩级别、爆破方法等有关,多在几十至几百范围内。 炮眼按其在开挖断面所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可大致分为如下几种:,(1)掏槽眼 针对隧道爆破只有一个临空面的特点,为提高爆破效果,先在开挖断面的适当位置,布置一些装药量较多的炮眼,先行爆破,炸出一个槽腔,为后续炮眼的爆
3、破创造新的“临空面”。 (2)辅助眼 位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼,统称为辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔,为后续和周边眼爆破创造“临空面”。常把靠近掏槽眼的炮眼并有扩大掏槽作用的炮眼,又称为“辅助掏槽眼”或“扩槽眼”;常把靠近周边眼的一排炮眼,称为“内圈眼”。,(3)周边眼 沿隧道周边布置的炮眼,称为周边眼。其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。按其所在不同位置,又可分为“帮眼”、“顶拱眼”、“底板眼”。 1.7常用的隧道爆破器材 (1)药卷: 二号岩石炸药卷32、25mm;并可以根据使用单位的要求,做成20mm、40mm。 二号岩石乳化炸药卷32、25mm,并可根据使用单位的要求,做出
4、40mm。,低爆速光面爆破炸药卷,由化工厂特制,20、15mm的低爆速药卷,其爆速为1,500m2,000m/s。 (2)雷管: 火雷管; 导爆管毫秒雷管; 导爆管1/4秒和半秒级雷管。 应注意有瓦斯或矿尘爆炸危险场所禁止使用。 起爆药卷装有雷管的药卷叫做起爆药卷,1.7隧道爆破有害效应 与所有工程爆破一样,隧道爆破同样会产生有害效应 爆破冲击波,应注意其对人对物的伤害。 爆破振动,应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。 爆破飞石,应注意其对人对物的伤害。 爆破有害气体,应注意其对人的伤害。 爆破噪音,应注意对人的伤害。 爆破粉尘,应注意其对人的伤害。,2、隧道爆破设计 隧道开挖前应做好隧道爆破
5、设计,这也是隧道实施性施组的一项内容,也是计划进度、工期、材料等的依据。 隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明”,并应绘制出大比例尺交底图对作业工人进行交底,付诸实施。,2.1隧道爆破设计的依据 (1)工程地质条件、围岩级别; (2)开挖方法; (3)开挖断面; (4)掘进循环进尺; (5)钻眼机具; (6)爆破器材; (7)施工队伍的操作技术; (8)周围环境,尤其是城市隧道,更要考虑环境因素。,2.2隧道爆破设计的方法与内容 (1)利用经验参数,利用数理统计出来的参数,作为设计参数。 (2)工程类比方法: 工程地质条件; 断面大小; 使用的爆破器材,尤其是炸药种类与药径; 爆破效
6、果。,(3)作一些简单的计算 炮眼个数; 装药量与单耗、装药集中度等。 (4)要有炮眼布置图:包括掏槽眼、辅助眼、周边眼。掏槽眼较复杂时,应绘制大样图。图中要标明起爆先后顺序和雷管的安排布置。一般有正面图与剖面图即可。,2.3隧道掏槽形式和主要参数 掏槽效果的好坏,直接影响整个隧道爆破效果,明显的是对炮眼利用率和周边光爆炮眼的影响。 根据掏槽炮眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同,可将掏槽方式分为如下几类。,2.3.1斜眼掏槽 斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。它的种类很多,如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等。 隧道爆破中常用的是水平楔形掏槽,其中
7、深孔爆破采用大间距多对水平深孔楔形掏槽,一段为3.5m-5.0m深,使用于坚硬岩石较多。,(1)水平楔形掏槽 掏槽眼水平成对布置(两对以上),爆破后形成楔形槽口。炮眼与开挖面的夹角、上下两对炮眼的间距a与同一平面上一对掏槽眼眼底的距离 b,是影响此种掏槽爆破效果的重要因素。此种掏槽形式的主要参数,随围岩级别不同而不同,列出一些经验数据作为设计参照。,(2)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开挖面中心轴线倾斜,眼底趋于集中,但互相并不贯通,爆破后形成锥形槽。根据掏槽炮眼数目的不同分为三角锥、四角锥、五角锥等。四角锥形掏槽常用于受岩层层理、节理、裂隙影响较大的围岩。由
8、于毫秒雷管的应用,此种较难操作的角锥形掏槽也很少使用了。因为毫秒雷管的应用,改善了掏槽效果。,斜眼掏槽具有操作简单,打眼精度要求较直眼掏槽低,能按岩层的实际状况选择掏槽方式和掏槽角度,易把岩石抛出、掏槽炮眼的数量少且炸药耗量低等优点。但是,炮眼深度易受开挖断面尺寸的控制,不易提高循环进尺,也不便于多台凿岩机同时作业和开挖断面小时,进尺受限制。,2.3.2直眼掏槽 直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成,掏槽炮眼形式多样,掏槽深度不受围岩软硬和开挖面断面大小的限制,可以实现多台钻机同时作业,深孔爆破和钻眼机械化,从而为提高掘进速度提供了有利条件。由于直眼掏槽凿岩作业较方便,不需随循环进展的改变
9、而变化掏槽形式,仅需改变炮眼深度,且石碴抛掷距离也可近些,受到工地欢迎。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量较多,对眼距、装药等要求严格一些,如果设计不当,可能使槽内岩石不易抛掷或重新固结而降低炮眼利用率。,(1)直眼掏槽形式 过去常用的有龟裂掏槽、五眼梅花掏槽(五眼中空)和螺旋掏槽。近十多年来,由于重型凿岩机械的使用,尤其是钻孔台车的使用,能钻大于102mm直径炮孔的液压钻机投入施工之后,直眼掏槽的布置形式有了新的发展。目前常见的形式有:,(2)影响直眼掏槽效果的因素 直眼掏槽以空眼作为增加的临空面,利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎,并借助爆破产生的气体的余能将已破碎的岩块从槽腔内抛出。在直眼掏
10、槽中,应注意以下几点:,眼距。空眼与装药眼之间的距离。当使用等直径炮孔时,此距离一般随岩石不同而变动,变动范围为炮眼直径的2-4倍;当采用大直径空眼时(63mm),眼距不宜超过空眼直径的2倍。由于掏槽效果对眼距变化很敏感,往往眼距稍大就会造成掏槽效果降低或失败,而眼距过小不仅钻眼困难,还会发生槽内岩石被挤实现象,不能形成槽腔。,空眼。中空眼不仅起着临空面和破碎岩石的发展导向作用(即使岩石破碎后向空孔方向运动),同时为槽内岩石破碎提供一个膨胀的空间。所以,增加空眼数目能获得良好的效果,一般随眼深加大,空眼数目也相应增加,装药。直眼掏槽装药眼一般要“过量过药”,装药长度占炮眼长度的85%-90%,
11、如果装药长度不够,会发生“留门坎”和“挂门帘”现象。当深度大于3.0m时,可能发生“管道效应”(即大炮眼装小药卷,爆破时,可能存在药卷爆熄现象),应采取相应措施防止爆轰中断。措施:一是加大药卷直径,做到偶合装药。二是使用导爆索串装药卷;三是采用高威力炸药等。,辅助抛掷。采用辅助药卷,置于空眼底部(底部加深20cm),在掏槽眼全部起爆后接着起爆,帮助把槽内已破碎岩石抛出槽腔,达到确保掏槽效果的目的。 钻眼质量。要保证钻眼的准确,使各炮眼之间保持等距、平行极为重要。如果两眼打穿,易造成殉爆,降低槽内岩石抛掷,使岩石再挤紧,不能形成自由面。如果距离过大,或钻眼偏斜,易发生单个炮眼直径扩大或单个炮眼爆
12、炸,炮眼间的岩石不易崩落,形成“岩梗”。,2.3.3混合掏槽与特种掏槽 (1)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。 直眼与斜眼结合成的掏槽。 角锥与直眼结合的掏槽。 楔形与直眼结合的掏槽形式。 混合掏槽一般用在比较坚硬岩中。 此外,还有升级掏槽,它是采用逐级加深的炮眼布置,按掘进方向平行钻孔,把全部掏槽深度分阶段达到爆破的目的。,2.4.1炮眼直径 炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和岩壁平整度均有影响。 一般隧道的炮眼直径在32-50mm之间,大型液压钻机可打102mm、75mm、63mm炮眼,作为中空孔。药卷与眼壁之间的空隙一般为
13、炮眼直径的10%-15%。,加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中,爆炸效果得以提高,也可以减少炮眼数目。但炮眼直径大于45mm,则需要重型凿岩机。因此,一般还是以32mm45mm作为装药孔与中空孔。重型凿岩机钻装药孔48mm、63mm,作为中空孔可钻75mm、102mm、最大152mm。设计时,必须根据岩性、凿岩设备和工具,钻头直径、炸药性能等作综合分析,合理选用孔径。,2.4.2炮眼数量 炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药品种(性能)有关,炮眼的多少直接影响凿岩工作量。 炮眼数量的计算很简单,炮眼数量按照其能装完设计的炸药量来计算。通常按各炮眼平均分配炸药量的原则进行
14、计算。,N=qs/xy N炮眼数量,不包括不装药的空孔眼数/个。 q单位炸药消耗量,按工程类比法,有参考值表,直接查找,或根据自己的经验。一般在q=1.2-2.4kg/m3选取。硬岩取大值,软岩取小值。 S开挖断面面积; 装药量系数(计算装药系数),即装药长度与炮眼全长的比值,可参考下列数据。 每米药卷的炸药质量,kg/m,2号岩石铵梯炸药每米质量,列于下表。,装药系数值(供参考用),2号岩石铵梯炸药卷每米质量值,按公式计算出的N值,还应根据光面爆破、预裂爆破周边眼需增加一些来做调整。下面列出炮眼数量参考值,炮眼数量参考值,炮眼深度 考虑炮眼深度的因素:围岩级别、打眼机械及工具、循环进尺要求、
15、炮眼利用率高、作业循环时间最省、超挖小等技术经济指标。 目前较多采用的是浅孔1.0-1.8m,中深孔2.5-2.3m,深孔3.5-5.15m,当岩石坚硬,断面大,又有深孔钻机时,在采用台阶法开挖时,下台阶可以采用超深孔爆破,深度可达15m。,装药量的计算及分配 炮眼装药量的多少是影响爆破效果的重要因素。药量不足,会炸不开,炮眼利用率低和爆落石碴块度过大;装药量过多,则会破坏围岩稳定,崩坏支撑和抛碴过散过远,对装碴不利,增加洞内有害气体,相应地增加排烟时间和供风量等。,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(如台阶法下台阶开挖临空面有2个)、炮眼直径和深度及
16、爆破的质量与安全控制要求来确定。 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征进行分配,再在I点爆破实践中加以检验与修正,直到取得良好的爆破效果为止的方法。,计算总用药量Q的公式很简单,为下列: Q=qV 式中Q一个爆破循环的总用药量,kg; q爆破每立方米岩石所需炸药的消耗量,主要取决于围岩级别、临空面数目、断面大小。下表列出经验数据,供选用。所用的炸药是2号岩石铵梯炸药。 V一个循环进尺所爆落的岩石总体积(“紧方”),m3,其值为 V=LS 其中L设计进尺=炮眼深度炮眼利用率 S开挖断面面积m2,爆破岩石所需单位耗药量(kg/m3),炮眼布置 按照围岩类别和开挖断面、掏槽型式等在断面图上作图布置炮帽。 按下列原则布置炮眼: (1)先布置掏槽眼,其次是周边眼,最后是辅助眼。 掏槽眼位置一般应布置在断面中央偏下部位,其深度应比其它眼加深20cm-30cm。为爆出平整开挖面,除掏槽与底板眼外,所有掘进炮眼眼底应基本落在一平面上。底部炮眼深度一般与掏槽眼相同。之所以要加深掏槽眼、底板眼深度,是因为