[PPT]隧道爆破施工

1、隧道爆破施工 第一節(jié) 概述 鉆爆法目前仍是我國(guó)隧道施工中開挖的主要方法，與機(jī)械開挖相比，適用地質(zhì)條件廣、費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)單，但對(duì)圍巖的擾動(dòng)大、開挖面成形質(zhì)量差，主要表現(xiàn)在超欠挖量上。 1、超欠挖的定義：以設(shè)計(jì)的隧道開挖輪廓線為基準(zhǔn)，實(shí)際開挖的斷面在基準(zhǔn)線以外的部分稱為超挖，在基準(zhǔn)線以內(nèi)的部分稱為欠挖。 2、嚴(yán)重的超欠挖會(huì)造成資源浪費(fèi)和增大施工難度，主要表現(xiàn)在以下幾方面：棄渣量增加，需多裝多運(yùn)；超挖空間回填，增加混凝土材料的消耗；欠挖清除，造成人工、器材的超額消耗；超欠挖形成的凹凸不平，對(duì)噴射混凝土、張掛防水板造成困難。 3、嚴(yán)重的超欠挖會(huì)影響施工質(zhì)量，主要從以下幾方面認(rèn)識(shí)： 超欠挖造成開挖輪廓（

2、形狀和尺寸）與設(shè)計(jì)相差很大時(shí)，圍巖應(yīng)力重分布也會(huì)相差很大，使支護(hù)受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)不符；超挖形成的凹角處存在應(yīng)力集中，巖塊易損壞；欠挖形成的凸部，在高地應(yīng)力的作用下，巖塊易擠出； 4、對(duì)隧道輪廓控制爆破的初步評(píng)價(jià) 隧道輪廓控制爆破兩種技術(shù)光面爆破與預(yù)裂爆破的比較。 英國(guó)人認(rèn)為在有顯著節(jié)理裂隙的地層中，巖體經(jīng)常沿節(jié)理面破碎爆落，不完全按預(yù)裂方向開裂，應(yīng)普遍采用光面爆破； 我國(guó)隧道工程實(shí)踐也表明，裂隙發(fā)育程度及傾角對(duì)預(yù)裂爆破后形成平滑壁面有很大影響，當(dāng)裂隙與裂面斜交或幾組裂隙相交，則易于造成巖石沿節(jié)理面脫落。應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件采取不同的爆破方法及相應(yīng)的鉆爆參數(shù)。 隧道輪廓控制爆破的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 瑞士經(jīng)驗(yàn)

3、表明，光面爆破減少20cm超挖，節(jié)省各種費(fèi)用是爆破成本的4倍； 前蘇聯(lián)資料顯示，光面爆破可使超挖減少到510cm，使圬工消耗量降低3050，減少裝載、運(yùn)輸費(fèi)用57； 日本試驗(yàn)表明，采用光面爆破后，超挖率由23.77降低到8.46，混凝土超灌量由77.25減少到27.5。 國(guó)內(nèi)對(duì)光面爆破的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，概括為：超挖量由20降低到10，襯砌速度加快30，開挖進(jìn)度提高12.6，炸藥消耗量減少19.5。 隧道輪廓控制爆破的技術(shù)價(jià)值。主要表現(xiàn)在： 圍巖炮震裂縫減少，保護(hù)了圍巖自身的承載能力，為錨噴支護(hù)提供有利的基礎(chǔ)。特別在軟弱巖層更顯示出這一作用； 避免圍巖裂隙擴(kuò)大，提高了坑道的穩(wěn)定性，減少落石傷人事故；

4、極大減少超挖量，減少出渣量，節(jié)約襯砌材料，提高施工進(jìn)度； 隧道成形規(guī)整，凹凸減小，有利于圍巖穩(wěn)定，噴層易平順，有利于防水板鋪掛。第二節(jié) 巖石爆破機(jī)理與地質(zhì)影響作用 1、炸藥的爆炸作用 (1)炸藥的爆炸反應(yīng)極為迅速，瞬間產(chǎn)生大量的高溫、高壓的爆生氣體。1kg炸藥爆炸，爆溫可達(dá)20004000，爆壓可達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)大氣壓，反應(yīng)時(shí)間為十萬(wàn)百萬(wàn)分之一秒。 (2)藥包爆炸的瞬間，在周圍巖石中激起一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波，較高的波頭壓力具有很大的摧毀力，向外傳遞，隨傳播距離增加而逐漸衰減，稱為沖擊作用。屬于動(dòng)力作用，表現(xiàn)為炸藥的猛度作功形式，其大小主要取決于炸藥的爆炸速度。 (3)同時(shí)爆生氣體的膨脹也對(duì)周圍巖石施加巨

5、大壓力，但傳播速度較低，隨傳播距離增加而脫離沖擊波，稱為爆生氣體的膨脹作用。被視為靜力作用，表現(xiàn)為炸藥的暴力作功形式，其大小主要取決于炸藥的爆熱。 (4)一般工程爆破，沖擊作用與爆生氣體的膨脹作用是同時(shí)存在的，只是氣體膨脹作功的時(shí)間比沖擊作用長(zhǎng)。從巖石致碎原因講，巖性不同，兩種作用占的地位也有所不同。在松軟的巖層，爆生氣體起主要破壞作用；在堅(jiān)硬的巖層，沖擊作用起主要破壞作用。為充分利用炸藥的能量應(yīng)根據(jù)巖性選用不同品種的炸藥。 2、爆破破巖過程(1)從破巖的角度考慮，將爆破后由藥包中心向外，分成爆破粉碎區(qū)和爆破破碎區(qū)。 (2)靠近藥包周圍的巖石直接受到巨大爆轟壓力的作用，被擊的粉碎，形成粉碎區(qū)。

6、 (3)破損區(qū)的形成是兩個(gè)過程： 在爆轟壓力作用下，巖石質(zhì)點(diǎn)向外做徑向位移，產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力，在切向引起拉應(yīng)力，因巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，巖石被拉裂，在藥包周圍斷產(chǎn)生一系列放射狀的徑向裂縫，直到拉應(yīng)力小于巖石抗拉強(qiáng)度處為止。被壓縮的巖石內(nèi)儲(chǔ)存了彈性能。 當(dāng)爆生氣體的溫度和壓力迅速下降，導(dǎo)致巖石的彈性能釋放，巖石質(zhì)點(diǎn)向內(nèi)做徑向位移，產(chǎn)生切向壓縮應(yīng)力，在徑向引起拉應(yīng)力，巖石被拉裂，在藥包周圍斷產(chǎn)生環(huán)狀的裂縫。3、爆破漏斗 當(dāng)藥包處于臨空面附近（其最短距離稱為最小抵抗線），壓縮應(yīng)力波到達(dá)臨空面，被反射成拉伸波，當(dāng)拉伸應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度，在臨空面附近形成一系列張拉裂縫，當(dāng)最小抵抗線合適時(shí)，與藥

7、包周圍的裂縫貫通，在爆生氣體膨脹作功的作用下，將破碎的巖石拋出，形成爆破漏斗。4、地質(zhì)條件對(duì)隧道爆破作用的影響(1)巖體層理的影響 層厚0.5m，節(jié)理不發(fā)育的完整巖體對(duì)爆破作用的影響不大。 層厚0.5m，節(jié)理裂隙極為發(fā)育的巖體，爆破易引起垂直層理方向的掉塊或塌方。在易坍塌之處均采用密鉆眼、弱裝藥的爆破技術(shù)。 (2)破碎巖體的影響 斷層破碎帶的巖體破碎、有時(shí)軟硬間隔，處理不當(dāng)會(huì)引起嚴(yán)重塌方。除采用隧道減輕振動(dòng)控制爆破技術(shù)外，還應(yīng)采取臺(tái)階法或分部法開挖，并嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺在12m內(nèi)。(3)非均質(zhì)巖體的影響 非均質(zhì)巖體對(duì)爆破作用的影響十分明顯。分部開挖時(shí)應(yīng)將石質(zhì)差的一側(cè)先開挖或掏槽區(qū)設(shè)在該側(cè)；爆破參

8、數(shù)應(yīng)根據(jù)兩種巖體的特性分別采用。為防止掉塊、坍塌，開挖后及時(shí)支護(hù)。(4)人字形節(jié)理的影響節(jié)理發(fā)育、成人字形，隧道拱部易出現(xiàn)坍塌，爆破時(shí)應(yīng)控制藥量，加密炮眼。第三節(jié) 隧道爆破的掏槽技術(shù) 影響隧道爆破開挖的質(zhì)量，關(guān)鍵在掏槽爆破技術(shù)和周邊成型控制爆破技術(shù)。掏槽爆破的目的在于為后續(xù)炮眼爆破提供新的、足夠的臨空面和空間。1、半斷面開挖中深眼掏槽爆破技術(shù) 半斷面的開挖面積約2050m2，中深炮眼深度為1.53.5m。有以下幾種掏槽類型。(1)V形掏槽，適用于中硬巖、硬巖的中深眼隧道爆破。只要鉆眼精確（達(dá)到深度、保證角度），按設(shè)計(jì)裝藥，一般均能取得良好的效果。 三級(jí)復(fù)式楔形掏槽 上下排距用5090cm，硬巖

9、取小值、中硬巖取中值、軟巖取大值。硬巖爆破時(shí)最好全部采用高威力炸藥；排數(shù)通常上下兩排即可，十分堅(jiān)硬巖石可用三排或四排。二級(jí)復(fù)式楔形掏槽 幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)： 開挖斷面較寬時(shí)，盡量縮小掏槽角，因而要盡量加大第一級(jí)掏槽眼的水平間距。 掏槽炮眼深度2.5m，其底部加強(qiáng)裝藥應(yīng)占1/3炮眼長(zhǎng)度，前部裝藥集中度可減為底部裝藥集中度的4050，留出20的炮眼程度不裝藥，并裝填不少于40cm長(zhǎng)的炮泥。 掏槽眼應(yīng)每級(jí)均盡量同時(shí)起爆，級(jí)間間隔時(shí)差以2550ms為宜，以保證前段爆破的巖石破碎與拋擲。(2)大直徑中空直眼掏槽 由中空眼逐步擴(kuò)大形成槽腔。常用的有單螺旋、雙螺旋掏槽，對(duì)稱掏槽。要求鉆孔方向精確；減少眼位偏差

10、值；使用毫秒雷管按設(shè)計(jì)起爆順序起爆；控制掏槽眼間距，防止殉爆；控制掏槽眼的炸藥用量，防止拒爆。2、全斷面深眼掏槽爆破技術(shù) 在掌子面中下部鉆大直徑中空炮眼，周圍配合一些逐漸最大間距的小炮眼進(jìn)行掏槽。一般有菱形、螺旋、對(duì)稱等掏槽。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾個(gè)問題：(1)影響直眼掏槽的最重要的因素是巖石特性。主要有三個(gè)方面： 在塑性巖石中直眼掏槽比脆性巖石直眼掏槽困難的多。 巖石結(jié)構(gòu)是中空直眼掏槽必須考慮的因素。 巖體的結(jié)構(gòu)面或不均質(zhì)性是設(shè)計(jì)時(shí)的特殊問題。(2)空眼的直徑與數(shù)量構(gòu)成的容積至少滿足破碎巖石的膨脹余量要求，否則爆碎拋不出，導(dǎo)致掏槽失敗。目前國(guó)內(nèi)采用空眼直徑75100mm，空眼個(gè)數(shù)24個(gè)。(3)在

11、裝藥眼條件及裝藥密度一定時(shí)，根據(jù)裝藥眼與空眼間距，其間巖石可發(fā)生四種情況： 塑性變形。眼間巖石被剪切到空眼，大部分巖石密實(shí)、變質(zhì)固結(jié)在空眼中，不增加槽口。破碎。巖石被破碎，大部分殘留或掛在槽腔內(nèi)。對(duì)脆性巖石大多可達(dá)到掏槽；但塑性巖石的碎屑在槽腔內(nèi)重新固結(jié)，掏槽失敗。完全拋出。理想的間距必須處于完全拋出帶，不僅巖石破碎，且拋出槽腔之外。兩眼貫穿。槽口并無(wú)增大。 實(shí)踐證明，空眼直徑102mm，裝藥眼直徑40mm，空眼到裝藥眼巖壁間距1820mm，掏槽爆破效果非常好。(4)炸藥的性質(zhì)和裝藥量對(duì)掏槽影響很大，其中爆速最具決定性。中硬巖選用爆速3000m/s，硝銨類炸藥；堅(jiān)硬巖選用爆速4000m/s，乳

12、膠、乳化類炸藥。 裝藥量往往采用把炮眼基本填滿，淺眼留出1020cm的炮眼，深眼留出2040cm的炮眼裝填炮泥。(5)起爆順序和段間隔時(shí)差。距空眼最近的炮眼最先起爆、后續(xù)炮按此確定。段間隔時(shí)間50100ms，效果較好，開始幾段一定要跳段使用，以免串段。(6)除第一段順向起爆外，其余眼均反向起爆，以便破碎巖石、拋出槽外。第四節(jié)光面爆破效果的提高途經(jīng) 1、影響光面爆破效果的主要因素 根據(jù)對(duì)276各開挖循環(huán)的統(tǒng)計(jì)、研究和調(diào)查的結(jié)果分析，將影響超欠挖的因素和影響程度列于下表出。這種分析與當(dāng)前的施工實(shí)際是符合的。 鉆孔精度 爆破技術(shù) 施工管理 測(cè)量放樣 地質(zhì)變化 其他發(fā)生次數(shù) 122 56 49 21

13、17 11發(fā)生頻率 0.442 0.203 0.176 0.076 0.061 0.040累計(jì)坡率 0.442 0.645 0.822 0.899 0.960 1.000 上述六個(gè)影響因素中，鉆孔精度、爆破技術(shù)、施工管理對(duì)超欠挖的影響占82，因此這三項(xiàng)影響因素應(yīng)作為對(duì)超欠挖的控制重點(diǎn)。 2、降低超欠挖的方法與途徑 改變“寧超勿欠”的觀念，樹立“少欠少超”的觀點(diǎn)。日本隧道施工中，在斷面上取100個(gè)點(diǎn)，有不超過16個(gè)點(diǎn)的欠挖就可以，避免開挖輪廓線無(wú)謂擴(kuò)大，使超挖得以減少。我國(guó)鐵路隧道施工規(guī)范規(guī)定：當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，容許巖石個(gè)別突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入襯砌，侵入值應(yīng)小于襯砌厚度

14、的1/3，并小于10cm；對(duì)噴錨襯砌應(yīng)不大于5cm。 提高鉆孔技術(shù)。周邊炮孔的外插角、開口位置和鉆孔深度,與超挖高度有關(guān)。 開口位置取正值（在設(shè)計(jì)線以外），超挖高度隨增加而增大； 開口位置取負(fù)值（在設(shè)計(jì)線以內(nèi)），超挖高度隨減小而減少。 如容許一定欠挖，對(duì)減少超挖是有效的。 再者，要解決開眼位置誤差，采用掌子面標(biāo)出炮眼位置，或設(shè)炮眼排距標(biāo)尺，或?qū)嵭蓄I(lǐng)桿工制度。 鉆孔深度是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，在其他條件一定時(shí)，采用較淺孔爆破對(duì)減少超挖是有利的。一般情況下采用3.5m左右的孔深即可。但施工中應(yīng)注意檢查每循環(huán)的各炮孔底在同一平面上，使下一循環(huán)開眼有一整齊的掌子面。 炮孔的外插角的最小值受鉆孔機(jī)具的外緣高度控

15、制，鑿巖臺(tái)車為57cm，故最小平均超挖約為7cm。如取鉆孔深度為3m，則外插角為1.34,一般人工操作水平難以達(dá)到。需培訓(xùn)熟練的司鉆工，或先鉆一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)眼插入炮棍，其他眼平行鉆進(jìn)；最好采用有控制鉆眼角度裝置的鑿巖臺(tái)車鉆眼。 (3)提高爆破技術(shù)。這里的爆破技術(shù)包括光面爆破方式以及各種爆破參數(shù)。 不同爆破方式及減少超挖效果的比較，見下表。爆破方式超挖值(cm)欠挖值(cm)炮孔殘留率(%)全斷面或臺(tái)階法10.814.53136080預(yù)留光面法12.882775導(dǎo)洞先行擴(kuò)大法7.210.50.30.68186 影響光面爆破效果的主要技術(shù)參數(shù)：炮眼間距、最小抵抗線、周邊孔密集系數(shù)、周邊眼裝藥集中度、不耦

16、合系數(shù)。光面爆破效果與技術(shù)參數(shù)的關(guān)系，見下表。爆破效果爆的下來(lái)成形規(guī)整炮眼殘留率有關(guān)的技術(shù)參數(shù)最小抵抗、周邊眼裝藥集中度炮眼間距、周邊孔密集系數(shù)不耦合系數(shù) 技術(shù)參數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)的，共同起作用，只有都在某一正確的范圍內(nèi)，爆破效果才能理想。其中周邊眼裝藥集中度是最重要的參數(shù)。 合理采用爆破器材和裝藥方法，可以減少由于爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和應(yīng)力波對(duì)圍巖的破壞作用，有利于提高輪廓質(zhì)量。測(cè)試表明： 同等條件下，等差雷管爆破效果最好、振動(dòng)最小；毫秒雷管跳段使用也可獲得較好效果。 小藥包連續(xù)裝藥對(duì)控制超挖效果最好，比間隔裝藥和集中裝藥分別減少超挖16和28。 4）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理。通過人員組織、作業(yè)安排、技術(shù)交底與指導(dǎo)、質(zhì)量檢查及反饋、制定規(guī)章