《隧道工程》课件第20讲 隧道爆破施工技术.ppt

第七章 隧道施工工艺及施工技术,围岩预支护(预加固),装渣与运输,初期支护,监控量测与数据分析,防排水施工工艺,辅助坑道,二次衬砌,隧道爆破施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第二节 隧道爆破施工技术,炸药爆炸的三要素,炸药爆炸的定义,(1)放出热量,(2)生成气体产物,(3)反应的高速度,炸药爆炸是一种高速进行的，能自动传播的化学反应，在此反应过程中放出大量的热，并生成大量的气态产物。,一、爆破对固体介质的破坏作用,爆炸,第七章 隧道施工工艺及施工技术,爆轰气体与应力波共同作用学说,第七章 隧道施工工艺及施工技术,当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用，相当于单个药包在无限介质中的爆破作用。,根据炸药药包对介质影响程度的不同,可以将其影响作用分为内部作用和外部作用。,(一)内部作用,第七章 隧道施工工艺及施工技术,根据岩石的破坏特征，可将偶合装药条件下，受爆炸影响的岩石分为三个区域：粉碎区、破裂区和震动区。,1 粉碎区 岩体中药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激发冲击波，强度远远超过岩石的动态抗压强度。冲击波的作用下，坚硬岩石，受到粉碎性破坏，形成粉碎区；对于松软岩石（如页岩、土壤等），被压缩形成空腔，空腔表面形成较为坚实的压实层，这种情况下的粉碎区又称为压缩区。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2 破裂区 在粉碎区形成的同时，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，切向方向将产生拉应力和拉伸变形。当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径向裂隙。,径向裂隙形成后，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石随即释放出在压缩过程中积蓄的弹性变形能，形成与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3 震动区 在破裂区外围的岩体中，应力波和爆轰气体的能量已不足以对岩石造成破坏，应力波的能量只能引起该区域内岩石质点发生弹性振动，这个区域称为震动区。在震动区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡、隧道冒顶片帮等灾害。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(二)外部作用 当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,1.爆破漏斗几何要素,-爆破漏斗深度;H,-爆破漏斗张开角;,-可见深度;h,-最小抵抗线;W,-破裂半径;R,-爆破漏斗半径;r,-自由面,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.爆破作用指数,爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，用n表示。,(三)爆破漏斗的分类,第七章 隧道施工工艺及施工技术,爆破漏斗分类,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(四)药包的分类,炸药装药分为：延长药包和集中药包，当药包的长度和它横截面的直径（或最大边长）比值大于某一值时，叫做延长药包。就圆柱形装药而言，通常当比值大于4时，即视为延长药包。实际上，要真正起到延长药包的作用，药包的长度要超过药包直径17倍以上。,柱状装药(延长药包)是工程爆破中应用最为广泛的药包。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,炸药的性能指标：感度、爆速、作功能力、猛度和殉爆距离等。,二、爆破材料,(一)炸药性能,在外界能量作用下，炸药发生爆炸的难易程度。,(1)炸药的热感度,热感度：在热的作用下，炸药发生爆炸的难易程度。,1.感度,第七章 隧道施工工艺及施工技术,炸药的热感度通常用爆发点来表示。炸药爆炸的最低温度。,热感度：均匀加热时炸药的感度。,火焰感度:火焰点燃时炸药的感度,火焰感度用上限距离和下限距离表示。用导火索点燃装入加强帽中的0.05g炸药，上限距离是100%发火的最大距离，下限距离是100%不发火的最小距离。,爆发点测定仪,均匀加热(通常意义上的热感度),第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)炸药的机械感度,在机械作用下，炸药发生爆炸的难易程度,常见形式有：,a.撞击感度,炸药撞击感度的测定,测定过程录像,定义：炸药在撞击作用下发生 爆炸的难易程度。,猛炸药测定方法：立式落锤仪,第七章 隧道施工工艺及施工技术,机械摩擦下炸药的感度,炸药摩擦感度的测定采用摆式摩擦仪。,b.摩擦感度,测定过程录像,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)炸药的起爆感度,在其他炸药（起爆药、起爆具等）的引爆下，猛炸药发生爆轰的难易程度。,a.定义,习惯上用雷管感度来区分工业炸药的起爆感度。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度，凡不能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度。,b.表示方法,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.爆速,爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速。,影响因素：药柱直径、装药密度、药柱外壳,(1)药柱直径的影响,dc增加，D 增加。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,DH为理想爆速：当药柱为理想封闭，爆轰产物不发生径向流动时，炸药所能达到的爆速称为理想爆速。,当药柱直径减小到一定值后，爆轰波就不能稳定传播，最终将导致熄爆。爆轰波能稳定传播的最小药柱直径dK称为临界直径。临界直径时的爆速称为临界爆速。dL为极限直径。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)炸药密度,对于单质炸药：爆速随密度增大而增加。,对于混合炸药：密度对爆速的影响较复杂,使爆速达最大的密度值，称为最佳密度。,爆轰波尚能稳定传爆的最大密度称为临界密度。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)药柱外壳,当DDH时 药柱外壳不影响爆速。,当D DH时 药柱外壳增加，爆速增大。,爆速测定方法：导爆索法、测时仪法,南京理工大学机械学院研制测时仪,测定过程录像,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3.作功能力,炸药爆炸时生成高温高压的爆炸产物，在对外膨胀时压缩周围的介质，使其邻近的介质变形、破坏、飞散而作功。所有爆炸产生的功之总和叫作总功，总功只是炸药总能量的一部分，称为炸药的作功能力，也称为炸药的威力。,A=A1A2A3An=E,(1)概念,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)测试方法,铅壔法,其基本原理:将一定质量、一定密度炸药置于铅壔孔内，爆炸后以铅壔孔扩大部分的容积来衡量炸药的作功能力。,单位:mL,爆破漏斗体积法,第七章 隧道施工工艺及施工技术,4.猛度,炸药爆炸时粉碎和破坏与其接触的物体的能力称为炸药的猛度。作功能力表示的是炸药总体的破坏能力，而猛度表示的仅是炸药局部的破坏能力。,(1)概念,(2)测试方法,铅柱压缩法,单位:mm,录像,第七章 隧道施工工艺及施工技术,5.殉爆距离,当炸药（主发装药）发生爆轰时，由于冲击波的作用引起相隔一定距离的另一炸药（被发装药）爆轰的现象称为殉爆。,(1)概念,主发装药与被发装药之间能发生殉爆的最大距离称为殉爆距离。,炸药的殉爆能力用殉爆距离表示。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)测试方法,图1-17 殉爆距离的测定1 雷管；2 主发装药；3 被发装药,录像,第七章 隧道施工工艺及施工技术,6.管道效应,(1)产生沟槽效应的原因,如果药柱与炮眼孔壁间存有间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象。这种现象称为管道效应，也称沟槽效应或径向空气间隙效应。,a.空气冲击波作用机理,第七章 隧道施工工艺及施工技术,b.等离子体作用机理,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)消除沟槽效应和防止爆轰中断的措施,a.采用偶合散装炸药消除径向间隙。,偶合装药,不偶合装药,b.沿药卷全长布设导爆索，可以有效地起爆炮眼内的细长排列的所有药卷。,普通导爆索,第七章 隧道施工工艺及施工技术,c.每装数个药包后，装1个能填实炮孔的大直径药包，以阻止空气冲击波或等离子体的超前传播。,d.给药卷套上由硬纸板或其它材料做成的隔环，其外径稍小于炮眼直径。,e.选用不同的包装涂覆物。,f.采用临界直径小，对沟槽效应抵抗能力大的炸药。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,7.安定性,指炸药的物理、化学性质的安定性，主要表现为吸湿、结块、挥发、渗油、老化、冻结和化学分解等。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(二)隧道工程常用的炸药,工程用炸药一般以某种或几种单质炸药为主要成分，另加一些外加剂混合而成。目前在隧道爆破中使用最广的是硝铵类炸药。硝铵类炸药品种极多，但其主要成分是硝酸铵，占60%以上，其次是梯恩梯或硝酸钠(钾)，占10%15%。,TNT,NH4NO3,第七章 隧道施工工艺及施工技术,在无瓦斯坑道中使用的铵梯炸药，简称岩石炸药，其中2号岩石铵梯炸药最为常用；在有瓦斯坑道中使用的炸药，简称煤矿炸药，它是在岩石炸药的基础上外加一定比例的氯化钠作为消焰剂的煤矿用安全炸药。,1.铵梯类炸药,2号岩石铵梯炸药,煤矿许用炸药,第七章 隧道施工工艺及施工技术,铵梯炸药是指以硝酸铵和梯恩梯为主，加入可燃剂（如木粉）等组成的混合炸药。,铵梯类炸药包括铵梯炸药和粉状铵梯油炸药,铵梯油炸药是以硝酸铵为主要成分，加入梯恩梯、木粉、复合油相以及复合添加剂（或改性剂）等原材料制成的工业混合炸药。,铵梯油炸药,铵梯油炸药是一种新型的工业炸药，是铵梯炸药向无梯化过渡的一个重要品种。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(1)浆状炸药是由可燃剂和敏化剂分散在氧化剂（以硝酸铵为主，通常可加入其它硝酸盐等）的饱和水溶液中，经稠化或再经交联后制成的一种水包油型（O/W）凝胶状炸药。,2.含水炸药,含水炸药包括乳化炸药、水胶炸药和浆状炸药。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)水胶炸药则是指以硝酸甲胺为主要敏化剂的浆状炸药。水胶炸药是浆状炸药发展和改进的产物。两种炸药的组分基本相同，主要区别在于敏化剂的不同。,水胶炸药,优质水胶炸药火烧不炸,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)乳化炸药是通过乳化剂的作用，使氧化剂水溶液的微滴均匀地分散在含有空气泡或空心微球等多孔性物质的油相连续介质中而成的一种油包水型（W/O）的乳胶状炸药。,乳化炸药,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(4)含水炸药的特点,a.抗水性强、密度高、体积威力大。适用于含水爆破环境，易沉入有水炮孔孔底。,b.摩擦、撞击、枪击感度和热感度大大低于铵梯炸药，可塑性好；使用安全。适合于现场混装机械化施工。,c.除浆状炸药外，乳化炸药和水胶炸药都具有较好的爆轰感度。可以用1发8号雷管直接起爆。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,e.炸药成分、炸药密度及炸药的形态可在较大范围内进行调节。可以根据所爆岩体的性质和最小抵抗线，在现场机械化混制出具有合适爆炸性能的炸药。,d.除浆状炸药外，乳化炸药和水胶炸药都具有沟槽效应小和传爆距离长的特点。能够很好地满足露天深孔爆破对传爆长度的技术要求。,f.含水炸药的主要缺点是耐冻性差，使用时一般要求炸药温度在0以上。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,硝化甘油炸药是指硝化甘油被氧化剂和可燃剂等吸收后组成的炸药。硝化甘油炸药分为粉状硝化甘油炸药和胶质硝化甘油炸药(胶质炸药)两个系列。,3.硝化甘油炸药(胶质炸药),硝化甘油炸药具有爆炸威力大、起爆感度高、传爆性能好和抗水性能强等优点，因此自其诞生之日起就统治工业炸药长达一个世纪。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,硝化甘油炸药机械感度高、加工和使用不安全、抗冻性差、易渗油和老化、生产成本高等缺点。一般只在水下爆破中使用。,随着工业炸药的发展，特别是本世纪60年代含水炸药的出现，硝化甘油炸药正逐渐被取代。,隧道爆破中使用的炸药一般均由厂家或现场加工成药卷形式，药卷直径有22mm、25、32、35、40 等，长度为165500mm。,注意：,第七章 隧道施工工艺及施工技术,起爆器材包括：导火索、导爆索、继爆管、导爆管、雷管、起爆药柱、起爆器和起爆所需的其它用品。,设置传爆起爆系统的目的是在装药以外的安全距离处通过发爆和传递，使装在药包或药卷中的雷管起爆，并引发药包或药卷爆炸，从而爆破岩石。,(三)起爆材料(系统),三大索类器材：导火索、导爆索和导爆管。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,起爆药柱,起爆器,雷管,第七章 隧道施工工艺及施工技术,常用的工业炸药起爆方法可分为导火索起爆法、导爆索起爆法、导爆管起爆法和电力起爆法。,1.导火索起爆法,导火索起爆法是指利用导火索燃烧时产生的火焰，先引爆火雷管，再由火雷管激发炸药爆炸的起爆方法。,1导火索；2绑绳；3火雷管；4药卷,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(1)导火索,工业导火索结构1芯线；2芯药；3内线层；4中线层；5沥青层；6纸条层；7外线层；8涂料层,第七章 隧道施工工艺及施工技术,采用黑火药作索芯，传爆速度一般在110130s/m。具有一定的防潮耐水能力，在1m深常温静水中浸泡2h后，其燃烧速度和燃烧性能不变。,黑火药,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)火雷管,由管壳、主装药、副装药和加强帽组成，分为6号和8号两种规格。管壳材料分为钢、铝、铜、纸几种，管壳内径为6.2mm。,1纸壳；2加强帽；3传火孔；4副装药；5二遍主装药；6头遍主装药；7聚能穴,第七章 隧道施工工艺及施工技术,特点,操作简单，能抗杂散电流，不需网路计算，费用较低，特别适用于二次爆破、浅眼爆破和零星分散的小型爆破。(优点),可靠性低，易出现盲炮，作业危险性较大，不能在竖井、倾角大于30的斜井以及较难撤至安全地点的爆破工作面使用，不能在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用。(缺点),导火索必须使用导火索或专用点火器材点燃，严禁用火柴、烟头点火。为避免出现爆燃或缓燃事故，严禁脚踩和挤压已点燃的导火索。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2、导爆索起爆法,用雷管激发导爆索，通过导爆索的猛炸药芯药传递爆轰并引爆炸药。,棉线普通导爆索结构1-芯线；2-黑索今或太安；3-内线层；4-中线层；5-沥青；6-纸条层；7-外线层；8-涂料层；9-防潮帽或防潮层,“细长而连续的小号雷管”,导爆索,第七章 隧道施工工艺及施工技术,主要分为普通导爆索和安全导爆索两种。,普通导爆索是目前生产和使用较多的一种，具有一定的防水性能和耐热性能，但是在爆轰传播过程中火焰强烈，只能用于露天爆破和没有瓦斯的地下爆破作业，其爆速不小于6500m/s。,安全导爆索是在普通导爆索的药芯或外壳内加入适量的消焰剂，使爆轰过程中产生的火焰小，温度低，不会引爆瓦斯或矿尘，专供有瓦斯或矿尘爆炸危险的地下爆破作用使用。其爆速不小于6000m/s。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,导爆索爆破网路中主线与支线或索段与索段的联接方法有搭结、套结、水手结和三角结等几种。,爆破网路,导爆索的联接方法(a)搭结；(b)水手结；(c)、(d)、(e)套结；(f)三角结,联接方法,第七章 隧道施工工艺及施工技术,图 导爆索与药包的联接（a）导爆索与药卷；（b）导爆索结1-导爆索；2-药卷；3-胶布；4-起爆体,导爆索与药包的联接,第七章 隧道施工工艺及施工技术,网路,起爆导爆索的雷管应绑紧在距导爆索端部15cm处，雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。,分段并联,分段并联,簇并联网路,环形网路,第七章 隧道施工工艺及施工技术,簇并联,环形网路,注意：环形网络中支线和主线都应采用三角形联结,第七章 隧道施工工艺及施工技术,由于导爆索的爆速很高，导爆索网路中联接的所有装药几乎是同时爆炸。为了实现微差爆破，可在网路中联接继爆管。继爆管：专门与导爆索配合使用的延期元件，实质上是装有毫秒延期元件的火雷管与一根消爆管的组合体，有单向和双向两种。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3、导爆管起爆法,塑料导爆管,塑料导爆管 塑料导爆管简称导爆管，是一种内壁涂敷有猛炸药，以低爆速传递爆轰波的挠性塑料细管。,我国普通塑料导爆管一般由低密度聚乙烯树脂加工而成，无色透明，外径3mm，内径1.4mm0.1 mm。涂敷在内壁上的炸药量为1418mg/m（91%的奥克托金或黑索今，9%的铝粉）。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,a.导爆管起爆系统,利用塑料导爆管为传爆元件，并与起爆元件、连接元件及末端工作元件等构成的起爆系统称为导爆管起爆系统。,起爆系统,b.起爆元件 能够引爆导爆管的器材统称起爆元件。起爆元件主要有：击发枪、击发管、电雷管发爆器配起爆头、导爆管击发笔、导爆索、电雷管、火雷管等，其中后两种最为常用。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,塑料连通管是我国于80年代研制成功的一种新型传爆元件，常用的有分叉式、双向集束式、和单向集束式三种。其中单向集束式又称为反射四通。当需要传爆的导爆管小于3根时，可用长于10cm的导爆管（爆轰过的也可以）顶替。,c.传爆元件,第七章 隧道施工工艺及施工技术,d.末端工作元件 末端工作元件是指与导爆管的传爆末端相联接的火雷管。常将导爆管与火雷管装配在一起，形成导爆管雷管。导爆管雷管是指靠导爆管的冲击波冲能激发的工业雷管，由导爆管、卡口塞、延期体和火雷管组成。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,e.导爆管爆破网路的基本形式,簇联,串联,簇串联,复式,环形,第七章 隧道施工工艺及施工技术,f.注意事项,导爆管一旦被截断，端头一定要密封。再使用时，把端头剪去约10cm，以防止端头密封不严受潮失效。,如导爆管需接长时，先将导爆管密封头剪掉，再将两根导爆管插入塑料套管中同心相对，并在套管外用胶布绑紧。绝对禁止将导爆管搭结传爆。,用于同一工作面的导爆管必须是同厂同批号产品。,应将雷管聚能穴指向与导爆管的传爆方向相反的方向。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,优缺点,1.不受杂散电流及各种感应电流的影响，适合于杂散电流较大的露天或地下矿山爆破作业。2.网路的设计、操作简便，不需进行网路计算。,3.导爆管为非危险品，储运方便、安全。4.可以同时起爆的炮孔或装药的数量不受限制。,优点,缺点,1.导爆管雷管及爆破网路无法用仪表进行检查，只能凭外观检查网路的质量情况。2.不能在具有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中使用。,三大索类器材的区别,第七章 隧道施工工艺及施工技术,电力起爆法是指利用电能引爆电雷管，进而激发炸药爆炸的起爆方法。,4、电力起爆法,第七章 隧道施工工艺及施工技术,按通电后爆炸时间的不同以及是否允许用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面，作如下分类,电雷管,第七章 隧道施工工艺及施工技术,普通瞬发电雷管简称瞬发电雷管，是指通电后立即爆炸的电雷管，又叫即发电雷管。,a.普通瞬发电雷管,第七章 隧道施工工艺及施工技术,纸壳瞬发电雷管,瞬发电雷管由火雷管和电点火元件组装而成，电点火元件由聚氯乙烯绝缘镀锌铁脚线、桥丝、引火药头和塑料塞组成 作用原理：电雷管通电后，桥丝电阻产生热量点燃引火药头，引火药头迸发出的火焰激发雷管爆炸。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,b.普通延期电雷管,普通延期电雷管简称延期电雷管，是指装有延期元件或延期药的电雷管。根据延期时间的不同，延期电雷管又分为秒延期电雷管、半秒延期电雷管、1/4秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,c.煤矿许用电雷管,允许在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用的电雷管统称煤矿许用电雷管。煤矿许用电雷管分为瞬发和毫秒延期两种类型。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,煤矿许用电雷管与普通电雷管的区别,在雷管的主装药内加入消焰剂或添加剂禁止使用铝质管壳采用铅质五芯延期体采用燃烧温度低、气体生成量少的延期药煤矿许用毫秒延期电雷管的段别分为五段，最长延期时间不超过130ms。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,起爆电源,a.照明电和动力电,220v照明电和380v动力电作为起爆电源，特别适合大量电雷管的并联、串并联爆破网路。,b.发爆器,发爆器又称起爆器、放炮器。发爆器能够提供给爆破网路的电流较小，一般适用于电雷管的串联网路。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,电爆网络,a.基本形式,电爆网路由电雷管、端线、区域线、主线、电源开关和插座等构成。用来接长雷管脚线的导线称为端线。连接端线和主线的导线称为区域线。主线则是指区域线与爆破电源之间的连接导线。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,电爆网路的基本形式有：串联、并联、簇并联、和串并联，很少采用并串联。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,b.注意事项,只准采用专用爆破电表导通网路和校核电阻。爆破网路主线应设中间开关，并与其它电源线路分开敷设，应采用绝缘良好的导线爆破网路的联接必须在工作面的全部炮孔(或药室)装填完毕和无关人员全部撤至安全地点之后，由工作面向起爆站依次进行。在有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中采用电力起爆时，只准使用防爆型发爆器作为起爆电源。,继爆管结构,继爆管结构示意图a单向继爆管；b双向继爆管1消爆管；2大内管；3外套管；4延期药；5加强帽；6正起爆药DDNP；7副起爆药RDX；8导爆索；9连接管,返回,双向继爆管,导爆索法测炸药的爆速,图25 导爆索法测爆速装置1被测炸药；2导爆索；3铅(或)铝板，4雷管；5导爆索中点；6爆轰波相遇点,返回,普通瞬发电雷管,返回,三大索类器材区别,三大索类器材区别,三大索类器材区别,三大索类器材区别,返回,第七章 隧道施工工艺及施工技术,三、隧道爆破设计,岩石隧道爆破特点,临空面少,作业环境差，施工干扰大,对钻眼爆破质量要求高,复杂地质条件对钻爆施工影响大,尽量减小对围岩的扰动,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(一)炮眼的种类和作用,图5-1 炮眼布置图,第七章 隧道施工工艺及施工技术,1.掏槽眼,作用：先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。掏槽眼与底眼比其它炮眼深1525cm，装药量增加15%20%，采用连续装药结构。,直接影响着循环进尺或掘进速度,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.辅助眼,作用：扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。装药量介于掏槽眼和周边眼装药量之间，多采用连续装药结构。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3.周边眼,作用：炸出较平整的隧道断面轮廓。周边眼装药量最小，多采用不耦合装药。,底眼比其它炮眼深1525cm。,直接影响隧道断面的成形轮廓及对围岩的破坏程度,第七章 隧道施工工艺及施工技术,特点：掏槽眼与开挖断面斜交。,1.斜眼掏槽,包括：锥形掏槽、各种楔形掏槽、单向掏槽等。,(二)掏槽形式和参数,隧道爆破中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。,根据掏槽眼与工作面的相对关系以及掏槽眼在被爆岩体中的排列形式，可分为斜眼掏槽、直眼掏槽缓和混合掏槽。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,单向掏槽,由数个朝同一方向倾斜的炮眼组成。,适用于隧道断面内有软弱夹层、层理、节理和裂隙时。单向掏槽法可根据巷道断面大小或软弱夹层的厚度不同，布置一排或两排掏槽眼。掏槽眼的倾斜角度一般为5070，岩石坚固程度高，角度取小值。,(1)斜眼掏槽布置形式,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(a)顶部掏槽,(d)扇形掏槽,(b)底部掏槽,(c)侧向掏槽,第七章 隧道施工工艺及施工技术,楔形掏槽,由两排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成一个楔形槽。,楔形掏槽的分类及适用条件,分为：垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(a)垂直楔形掏槽,(b)水平楔形掏槽,水平楔形掏槽适用于岩层为水平层理时。(使用较少),垂直楔形掏槽适用于中硬以上的均质岩石,第七章 隧道施工工艺及施工技术,垂直楔形掏槽爆破参数,第七章 隧道施工工艺及施工技术,掏槽数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出。掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，岩堆分散。,楔形掏槽的特点,L=0.50.7B,b,B,第七章 隧道施工工艺及施工技术,锥形掏槽,炮眼呈角锥形布置，各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，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。适用于岩石较坚硬的均质岩层。,(a)三角锥(b)四角锥(c)五角锥,第七章 隧道施工工艺及施工技术,锥形掏槽爆破参数,第七章 隧道施工工艺及施工技术,操作简单，精度要求较直眼掏槽低，能按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，易把岩石抛出，掏槽眼的数量少且炸药耗量低等。,优点,眼深易受开挖断面尺寸的限制，不易提高循环进尺，也不便于多台凿岩机同时作业。,缺点,(2)斜眼掏槽的优缺点,第七章 隧道施工工艺及施工技术,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，掏槽深度不受围岩软硬和开挖断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业、深眼爆破和钻眼机械化，从而为提高掘进速度提供了有利条件。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(1)直眼掏槽的布置形式,柱状掏槽,(a)菱形布置(b)楔形布置(c)三角形布置,充分利用大直径空眼作为临空孔和岩石破碎后的膨胀空间，使爆破后能形成柱状槽口的掏槽爆破。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,作为临空孔(free hole）的空眼(buster hole)数目，视炮眼深度而定:一般当孔眼深度小于3.0m时采用一个；当孔眼深度为3.0m3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5m5.15m时采用三个。试验表明：第一个起爆装药孔离开临空孔的距离应不大于1.5倍的临空孔直径。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,螺旋形掏槽,螺旋形掏槽是由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空眼，邻近空眼的各装药眼至空眼之间的距离逐渐加大，其连线呈螺旋形，并且由近及远依次起爆。,a=(1.01.5)Db=(1.22.5)Dc=(3.04.0)Dd=(4.05.0)D,D为钻孔直径，一般不小于100mm,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)直眼掏槽的特点,适用于中硬岩层或坚硬岩层适宜采用中深孔爆破凿眼效率高炮眼利用率高抛掷距离短耗药量大要求严格,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)影响掏槽效果的因素,眼距,最先一段起爆的炮眼与空眼的距离,空眼直径、眼距与岩石爆破效果关系,第七章 隧道施工工艺及施工技术,隧道局的建议公式,一般情况下不大于空眼直径的2倍常用的空眼直径为102mm，眼距采用1820cm,第七章 隧道施工工艺及施工技术,空眼数目,空眼数目越多掏槽爆破效果越好；炮眼越深空眼数目越多。,装药,过量装药，装药长度占全眼长的7090%,辅助抛掷,将空眼加深100200mm，并在空眼底部放12卷炸药。,钻眼质量,保证各炮眼之间保持等距、平行,第七章 隧道施工工艺及施工技术,直眼掏槽与斜眼掏槽的适用条件,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3.混合掏槽,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。主要有：复式掏槽、升级掏槽和分段掏槽。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,为了提高循环进尺，可以采用复式楔形掏槽,复式楔形掏槽,三级复式楔形掏槽,第七章 隧道施工工艺及施工技术,二级复式楔形掏槽（V形掏槽）,第七章 隧道施工工艺及施工技术,注意：选择掏槽形式的时候要根据围岩地质条件以及设备情况综合确定。若断面较大、有足够的设备、司钻空间较大时，可采用混合掏槽中的复式掏槽；若断面不大、设备不足、司钻空间小，可采用垂直楔形掏槽或直眼掏槽。,掏槽深度大、掏槽效果好,能提高炮眼利用率；,布置和施工都较为复杂。,特点,第七章 隧道施工工艺及施工技术,炮眼直径炮眼数目炮眼深度装药量,(三)隧道爆破参数的设计,第七章 隧道施工工艺及施工技术,1.炮眼直径,炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，改善爆炸效果。炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩稳定性。,必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等综合分析，合理选用孔径。一般隧道的炮眼直径在32mm50mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%15%。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.炮眼数目,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，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。,炮眼数量应能装入设计的炸药量，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算,第七章 隧道施工工艺及施工技术,式中：N炮眼数量，不包括未装药的空眼数；q单位炸药消耗量，一般取q=1.2kg/m32.4kg/m3；S开挖断面积，m2；装药系数(见表)每米药卷的炸药重量（kg/m）,第一种方法,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第二种方法,首先计算周边眼数量N1和装药量Q1,式中：Bl隧道开挖断面周长；B隧道开挖宽度 a周边眼间距；L1周边眼钻孔平均深度 1周边眼每米药卷的炸药重量（kg/m）,第七章 隧道施工工艺及施工技术,其次计算总的装药量,然后计算掏槽眼和辅助眼数量,式中：L炮眼的平均深度 L2辅助眼和掏槽眼的平均深度 2辅助眼和掏槽眼每米药卷的炸药重量（kg/m）2辅助眼和掏槽眼的装药系数 炮眼利用率，一般取0.80.95,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第三种方法,首先计算掏槽眼数量N1和装药量Q1,其次计算周边眼数量N2和装药量Q2,然后计算辅助眼数量N3和装药量Q3,最后计算炮眼数量N和装药量Q,第七章 隧道施工工艺及施工技术,3.炮眼的深度,影响炮眼深度的因素：,围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平；掘进循环安排，保证充分利用作业时间。,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。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,确定炮眼深度的常用方法有三种：,按开挖断面跨度确定炮眼深度,L=(0.50.7)B,对于斜眼掏槽，由于施工原因和岩石的夹制作用，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.50.7倍，当围岩条件好时，采用较小值。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,l每掘进循环的计划进尺数；,炮眼利用率，不低于0.85。,按每掘进循环的进尺数与实际炮眼利用率来确定,第七章 隧道施工工艺及施工技术,按每一掘进循环所占用时间确定,式中，m钻机数量；v钻眼速度m/h；t每一掘进循环中钻眼所占时间(h)。,目前较多采用的炮眼深度为1.2m1.8m，中深孔2.5m3.5m,深孔3.5m5.15m。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,4.装药量的计算,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。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。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(1)首先计算总用药量,(2)折合成炸药卷数(以2号岩石铵梯炸药为准32mm,长200mm，m=0.15kg),故炸药卷数,然后，按装药系数进行分配。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,5.其它一些参数的确定,查相应的规范确定掏槽眼与开挖面夹角，上、下两对炮眼间距a，同一平面上两炮眼眼底的距离b，确定掏槽眼的个数。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,因为掏槽眼和底眼深度比其它眼深约1520cm，故计算掏槽眼和底眼的深度时，应该是据公式计算出的值再加上20cm。,即L掏、底L+0.2,L辅、顶、帮L,第七章 隧道施工工艺及施工技术,计算各炮眼长度及同一平面上两掏槽眼眼口距离B,L掏L掏/sin,L辅L辅(因辅助眼垂直于开挖面),B2c+b=2L/tan+b,第七章 隧道施工工艺及施工技术,为了钻眼方便，根据围岩情况，各周边眼眼口距开挖轮廓线5cm，其眼底超出开挖轮廓线10cm；,第七章 隧道施工工艺及施工技术,1.布置方式,直线形布置,形式简单且易掌握，同排炮眼的最小抵抗线一致，间距一致，前排眼为后排眼创造临空面，爆破效果较好。,(四)炮眼的布置,第七章 隧道施工工艺及施工技术,多边形布置,围绕着掏槽部位，由里向外，将炮眼逐层布置成正方形、长方形、多边形等,第七章 隧道施工工艺及施工技术,弧形布置,顺着拱部轮廓线，逐圈布置炮眼。此外，还可将开挖面上部布置成弧形，下部布置成直线形，以构成混合型布置。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,圆形布置,当开挖面为圆形时，炮孔围绕断面中心逐层布置成圆形。这种布孔方式，多用在圆形隧道、泄水洞以及圆形竖井的开挖中,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(1)先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。,2.布置原则,20cm,5cm,10cm,5cm,10cm,掏槽眼 辅助眼 顶眼和帮眼 底眼,20cm,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)周边眼应严格按照设计位置布置。断面拐角处应布置炮眼。周边眼设计位置应考虑0.030.05的外插斜率。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(4)当炮眼的深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有相同的倾角。,(5)当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面。,(3)辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题，这可以由施工经验决定，一般抵抗线W约为炮眼间距的60%80%，并在整个断面上均匀排列。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(一)隧道控制爆破的分类,四、周边眼的控制爆破,光面爆破,预裂爆破,光面爆破是指沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。,预裂爆破是指沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(二)光面爆破与预裂爆破的关系,相同点,区别,孔距必须与最小抵抗线相匹配采取不耦合装药或装填低威力炸药同组光爆孔(预裂孔)同时起爆,起爆顺序不同装药量不同,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(三)隧道光面爆破,控制标准,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,第七章 隧道施工工艺及施工技术,设计参数,光面爆破参数示意图,简单计算并结合工程类比加以确定，然后在现场爆破实践中加以修正改善。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,周边眼间距,一般取Ki=1018,在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件。即,第七章 隧道施工工艺及施工技术,光爆层厚度及炮眼密集系数,一般取K=0.8,光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。其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 K（K=E/W）表示，其大小对光面爆破效果有较大影响。,光爆层厚度一般取5080cm,第七章 隧道施工工艺及施工技术,装药不耦合系数,一般取装药不耦合系数25,合理的不耦合系数应使爆炸后作用在孔壁上的压力低于岩石的动抗压强度，而高于其动抗拉强度。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,装药量,在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15kg/m0.25kg/m,全断面一次起爆时，一般可达0.30kg/m0.35kg/m。,周边眼的装药量通常以线装药密度表示。施工中应根据孔距、光面层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,表7-2-15 光面爆破一般参考数值,第七章 隧道施工工艺及施工技术,光面爆破技术措施,(1)采用小直径药卷或专用的低爆速、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。,(2)采用不偶合装药结构。光面爆破的不偶合系数最好大于2,但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,光面爆破技术措施,(3)严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。,(4)严格控制装药集中度。必要时可采用间隔装药。,(5)确保钻眼精度。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(四)隧道预裂爆破,控制标准,不平整度不超过15cm保存有80%90%以