隧道施工爆破技术

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1、隧道施工爆破技术隧道施工的质量主要表现在两个方面：一个是对 围岩的损伤到什么程度 ；一个是支护和 衬砌支护效果发挥到什么程度 。这两个问题是我们在整个施工过程中一点都不能忽视的问 题。作为工程技术人员的主要任务，就是要千方百计地把围岩的损伤程度控制在最小限度之 内，同时，关注支护和衬砌的质量，充分发挥其支护效果。隧道施工的最重要的原则是 要像保护眼睛那样地保护围岩 ，是要想方设法地加强围岩的 自支护能力。施工中采取的一切措施，都应该是围绕这个目的而进行的。保护围岩的方法视围岩性质、围岩固有的支护能力等而有很大的不同。对坚硬围岩则主 要是控制对遗留岩体的损伤，而对软弱破碎围岩则是如何控制围岩的松

2、弛，提高围岩的自支 护能力。当采用钻爆法开挖坑道时，应该采用光面爆破和预裂爆破控制对遗留岩体的损伤。1 钻爆法开挖设计采用钻爆法开挖坑道时为了减少超挖和控制对围岩的扰动，应综合研究地质情 况、开挖断面大小、开挖进尺快慢。爆破器材性能、钻眼机具和出碴能力等因素，在 此基础上编制钻爆设计。钻爆设计的内容应包括：炮眼(掏槽眼、辅助眼、周边眼)的布置图、数目、深 度和角度、 装药量和装 药结构图、起爆方法和爆破顺序等。爆破设计图爆破设计图应 包括：炮 眼布置图、 周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指 标及设计施工有关的必要文字说明。开挖和爆破方法选用根据隧道工程地质条件选用施工开挖方法及爆破方

3、法： 对硬质岩，采用全断面一 次开挖时，应采用光面爆破法；对软质岩，宜采用预裂爆破法；对松软地层采用分部 开挖时，宜采用预留光面层光面爆破法。2 光面爆破的技术 要求(1) 应根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；(2) 严格控制周边眼的装药量；并使药量沿炮眼全长均匀分布；(3) 周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。为满足装药结构要求，可借助传爆线 以实现空气间隔装药；(4) 采用毫秒微差顺序起爆，应使周边爆破时有最好的临空面。周边眼同段的雷管 起爆时间差应尽可能小；(5) 各光面爆破参数的选用：如周边眼间距(E)、最小抵抗线(V)、相对距(E / V)和装药集中度(q)等，应采

4、用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验，如无条件试验时，可 按表1选用光面爆破参数。表1 光面爆破参数岩石种类饱和单轴抗 压极限强度 Rb (MPa)周边眼间 距 E(cm)周边眼最 小抵抗线V (cm)相对距离 E/V周边眼装药集 中度 q (kg/m)硬岩三6055 6560 800.8 1.00.30 0.35中硬岩30 6045 6060 750.8 1.0020 0.30软岩3035 4545 550.5 0.80.07 0.12 表的适用范围：炮眼深度1.03.5m，炮眼直径4050mm ； 硬岩隧道宜采用全断面开挖，掘进循环进尺为35m的深孔爆破时，单位体积岩 石的耗药量一般为0.9

5、2.0kg/m 3 ；软岩隧道宜采用上下半断面或台阶法开挖，孔深为1.03.0m的浅孔爆破时，单位体积岩石的耗药量一般为0.40.8kg/m3； 光面爆破效果应符合表 2的要求。表2 光面爆破效果序号项目硬岩中硬岩软岩1平均超挖量(cm)1015102最大超挖量(cm)2025153炮眼痕迹保存率()三80三604局部欠挖量(cm)5555炮眼利用率()909095隧道施工开挖，由于受各种因素的影响必然会有超挖。表2所列允许平均超挖量，施工时必须严格掌握，才能达到此爆破效果。在软岩隧道内，有时炮眼痕迹保存率很难 达到要求，故其周边主要应满足基本平整圆顺的要求。 采用光面爆破时，爆破振动速度应小

6、于下列数值，硬岩15cm/s，中硬岩lOcm/s ,软岩为 5cm/s 。要求的爆破振动速度是根据离开挖工作面1 2倍洞跨处实测得的，它是用速度传感器将所测得的信号通过测振仪放大，在光线示波器上记录得到的。实施光面 爆破后，开挖岩面上不应有明显的爆震裂缝。3 预裂爆破参数选用预裂爆破参数，可在现场由爆破成缝试验获得。在无条件试验时可参照表3选用。表3 预裂爆破参数岩石种类饱和单轴抗压 极限强度Rb (MPa)周边眼间距 E(cm)周边眼至内圈崩 落眼间距(cm)周边眼装药集中 度 q (kg/m)硬岩三6040 55400.30 0.40中硬岩30 6040 4540020 0.25软岩 30

7、35 40350.07 0.12(1) 表3的适用范围：炮眼深度1.03.5m ；炮眼直径4050mm ；(2) 开挖断面小于8m2或竖井爆破时，表3中周边眼装药集中度q值宜相应增加5%-10% ,(3) 预留光面层光面爆破，参数见表 4。表4 预留光面层光面爆破参数岩石种类饱和单轴 抗压极限 强度Rb (MPa)周边眼间距 E(cm)周边眼最 小抵抗线V (cm)相对距离 E/V周边眼装药集 中度 q (kg/m)硬岩三6060 7070 800.7 1.00.20 0.30中硬岩30 6040 5050 600.8 1.0010 0.15软岩3040 5050 600.7 0.90.07

8、0.12注：表的适用范围：炮眼深度1.03.5m，炮眼直径4050mm；4 光面爆破器材选用(1) 光面爆破的爆破器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导爆索等；(2) 光面爆破的周边眼使用炸药的要求是：应选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力，小 径、传爆性能良好的炸药；(3) 光面爆破的周边眼使用的雷管选用要求是： 应选择分段多，起爆同时性好的毫秒雷管， 国产毫秒雷管有 20个段，已研制成功的还有 200和300毫秒等差递增雷管。经试验毫秒雷管 和毫秒等差递增雷管结合使用，能获得更节约炸药、减少振动的效果。隧道内采用非电塑料导爆系统是一种安全可靠、操作方便的新型起爆系统。我国大瑶山隧道

9、长14.3km施工采用非电塑料导爆系统，没有发生过因爆破而引起的伤亡事故。5 隧道循环进尺的选择 隧道掘进循环进尺应根据围岩类别、机具设备、隧道施工月进度要求等合理地选择。在有较大型机具设备的条件下，一般中硬及以上的完整围岩可采用深孔(3.03.5m)爆破，以提 高施工进度；而在软弱围岩开挖时，爆破开挖一次进尺应控制在1.02.0m之内；开挖坚硬 完整的围岩时，应根据周边炮眼的外插角及允许超挖量确定。6 周边眼参数选用及钻眼要求6.1 周边炮眼参数选用原则(1) 当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲线、折线处开挖成形要求较高时， 周边炮眼间距 E 应取较小值；(2) 抵抗线V应小于周边眼间距。软岩

10、在取较小的周边眼间距的同时，抵抗线应适当增大；(3) 对于软岩或破碎性围岩，周边眼的相对距 EV 应取较小值。6.2 周边炮眼的布置及钻眼要求(1) 周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置，沿隧道设计轮廓线的炮眼间距误差不宜大于5cm；(2) 周边眼外斜率不应小于 5cmm；(3) 周边眼与内圈眼距离误差(最小抵抗线)不宜大于10cm；(4) 除内圈眼的孔深宜比周边眼深510cm夕卜，其他各类炮眼深度相差不宜大于10cm，7 光面爆破和预裂爆破超欠挖解决办法保护围岩是隧道施工的最重要的原则。保护围岩,在硬岩中主要的方法是控制爆破对遗留围岩的影响。目前，隧道施工中，采用光面爆破和预裂爆破的主要理由是控制

11、爆破对遗留岩体的损伤，其重要标志就是控制隧道的超欠挖。目前由爆破造成的超欠挖，是个严重而普遍的问题。它 对隧道施工速度和成本有着不容忽视的影响。在超欠挖严重的情况下，对坑道的稳定性也会 产生一定的影响。应该指出：由于爆破引起的超欠挖虽然是不可避免的，但可以控制。良好 的爆破技术可以使超欠挖控制在一定的水平之内，也就是说可以把对围岩的损伤控制在一定 的水平之内。因此，研究和实施控制超欠挖的技术是十分必要的。根据研究和调查的结果，影响超欠挖的因素可以归纳为以下几点：（1）钻孔精度；（2）爆破技术 （3）施工组织管理；（4）测量划线；（5）地质条件变化；（6）其他。据统计，钻孔精度对超欠挖影响最大（

12、 44.2 ），其次是爆破技术（ 20.3 ）、施工管理 （17.6）、测量划线（7.6）、地质变化（6.1）等。即前 3 项因素的影响占 82。因此 控制超欠挖的重点是控制钻孔精度、 爆破和施工管理。这种分析与当前的施工实际是符合的。控制超欠挖的解决方法与途径可以归纳以下几点。7.1 改变“宁超勿欠”的传统观念在控制超欠挖技术的研究中，首先应改变观念，即 必须改变“宁超勿欠”的传统观点， 树立“少欠少超”的观点。也就是说，应容许一定程度的欠挖。例如，铁路隧道施工规范（ TB 10204 2001）规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每 1m2 不大于 0.1m2） 侵入衬砌。

13、侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌应不大于5cm。7.2 提高钻孔技术水平钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角（0）、开口位置（e）和钻孔的深度（L），它们与超欠挖高度（h）有如下的关系：h= e + L tan（ 0 / 2）（1）（1）式表明：随外插角e和钻孔深度L的增大，h增大。L 是一个设计指标，可在设计中加以控制。即在其它条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。这也是国外在钻孔深度上很少采用超过4.0m以上深孔的原因。而在一般情 况下，都采用 3.5m 左右的钻孔深度。此外，也应指出：深孔爆破的一次装药量也大，对周边 围岩的损伤也大。这也不符合

14、施工中尽可能地维护围岩自身的、固有的强度的原则。e和e主要取决于司钻工的操作水平和所采用的钻机的某些性能。通常，钻机都有一个 外缘高度，为保证后续掘进能正常钻孔，就必须有一个超挖高度 h （即超挖控制下限）。d目前，国内常用的瑞典阿特拉斯、日本古河、芬兰托姆洛克等凿岩台车，其 hd=57cm。d因此，如采用液压钻孔台车，钻孔需要的最小平均超挖约为7cm，这实际上也就是平均线性 超挖的控制下限。而铁路隧道的容许超挖一般为h =15cm。这样，如L = 3m，则外插角应为0 a= 4.55 ；如L = 5m,则为0 = 2.65。显然，一般的人工操作水平是难于达到的。因此，为 确保控制0，一定要努

15、力提高司钻人员的操作水平和责任心，并借助激光指向仪、测斜仪辅 助定向或采用计算机控制的凿岩台车来钻孔。此外由于钻孔作业覆盖空间所限，以及受隧道形状的影响，拱部 180 度范围内，则应控实际施工中，周边孔开口位置 e 有三种情况（图 3），其出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。第一种情况a）不影响超欠挖；在b）图 3 周边孔开口误差的几种情况制上仰角，而在两侧边墙部位则应控制水平的外 插角。对底板则应注意下插角。从这个意义上说 采用门架式凿岩台车较目前常用的臂式凿岩台车 要好。的情况时，将使超挖增加一个 e 值，而第三种情 况，将使超挖减小一个 e 值，而出现欠挖。因而 钻孔时先定位，后钻进，并在掌子面上完整醒目 地标出周边孔位线，把 e 控制在较小范围内（约 在