隧道钻爆法施工作业

隧道钻爆法施工作业钻爆作业过程简述…开挖作业基本要求：1．按设计要求开挖出断面（包括形状、尺寸、表面平整、超欠挖等要求）；2．石碴块度适中，便于装碴运输；3．钻眼工作量少，少占作业循环时间；4．尽量减小对围岩的震动破坏。

一、爆破破岩作用机理及有关概念（一）无限介质中的爆破作用(图7—1)1．压缩粉碎区～半径为的区域。

2．抛掷区～与之间的范围。

3．松动区～与之间的区域。

4．震动区～与之间的范围。

（二）爆破基本概念1．临空面：指暴露在大气中的开挖面。

在爆破中的作用：临空面越多，爆破威力越大。

2．爆破漏斗(图7—2)爆破漏斗：在只有一个临空面的情况下，爆破形成圆锥形的爆破凹坑。

爆破漏斗由以下几何要素组成：①最小抵抗线：药包中心到临空面的最短距离②爆破漏斗半径③破裂半径：药包中心到爆破漏斗边沿的距离④漏斗深度⑤压缩圈半径其中，最关键的是。

3．爆破作用指数爆破作用指数：爆破漏斗半径与最小抵抗线的比值。

对于爆破效果有重要影响，注意到取决于，可见最小抵抗线是关键因素。

（三）柱状药包爆破特点适用于隧道爆破的是柱状药包。

特点：柱状药包爆炸应力波的传播方向，是以药包轴线为轴线，沿着垂直于药包表面的方向往四周传播。

所以，这对于仅在孔口有一个临空面的爆破，是十分不利的。

动脑筋，多设置临空面…二、钻孔机具（一）凿岩机(钻机)按使用动力可分为风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机和液压凿岩机四种。

目前在隧道开挖中，广泛使用的是风动凿岩机和液压凿岩机。

1．风动凿岩机（见图7—3）俗称风钻。

以压缩空气为动力。

既可单人操纵，也可装在台车上使用，但以前者为主。

优点：①结构简单，操作方便；②不怕超负荷和反复起动，在多水、多尘等不良环境中仍能正常工作。

缺点：①压缩空气供应设备复杂；②能量利用率低；③噪音大。

2．液压凿岩机由液压马达提供动力。

只能用于台车。

优点：①动力消耗少，能量利用率高，其动力消耗仅为风动凿岩机的1/3～1/2；②凿岩速度高。

液压凿岩机凿岩速度比风动凿岩机高50％～150％。

③能针对不同硬度岩石，自动调节在高频低能或低频高能状态下工作，以提高凿岩功效。

④润滑条件好，使用寿命长；⑤噪音小，液压钻的噪音比风钻降低10～15。

缺点：①重量大，附属装置多，仅能在台车上使用；②造价高。

（二）凿岩台车凿岩台车：将多台凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业。

图7—4所示。

适宜于：大断面全断面隧道。

有风动、液压，主要是后者，1～4臂。

三、爆破材料爆破材料：炸药、起爆、传爆材料。

（一）炸药1．炸药的性能主要性能：（1）敏感度：简称感度，是指炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应的难易程度。

因此要根据炸药的感度：Ⅰ、选择合理的引爆能；Ⅱ、安全使用（运输、保管等）根据对起爆能的反应程度，有：a．热敏感度。

也称爆发点，即使炸药爆炸的最低温度。

见表7-1。

表7－1 几种炸药的爆发点b．火焰感度：炸药对火焰的敏感度。

c．机械感度：炸药对机械能（撞击、摩擦）作用的敏感程度。

d．爆轰感度：炸药对爆轰波的敏感程度。

（2）爆速：爆轰波在炸药内部的传播速度。

见表7－2。

表7－2 几种炸药的爆速（3）爆力：爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力。

（4）猛度：炸药爆炸后对与之接触的固体介质的局部破坏能力称为猛度。

（5）殉爆距离：一个药包爆炸后，能引起与它不相接触的邻近药包爆炸，该邻近药包即为“殉爆”。

二者之间的距离称为“殉爆距离”。

（6）其它性能(略)2．隧道工程中常用的炸药隧道爆破中使用的炸药，应该是爆炸威力大、使用安全、产生有毒气体少的炸药。

隧道中常使用的是2＃岩石硝铵炸药。

在有瓦斯的隧道中则使用煤矿硝铵炸药。

它们属于铵梯炸药。

优点：化学安定性好，有毒气体少，机械感度低，制造简单，价格便宜，使用安全。

缺点：抗水性能差，容易吸潮结块而影响爆炸性能。

它是在2＃岩石硝铵炸药的基础上外加一定比例的食盐作为消焰剂制成的。

铵梯炸药的缺点是隧道爆破标准药卷规格：外径φ32，装药净重150g，长度200。

此外，还有φ22，φ25，φ35，φ40等，长度为165～500，供选用。

（二）起爆传爆材料（系统）1．导火索和火雷管（1）导火索：药芯为黑火药，燃烧速度0.01～0.07m。

作用：传递火焰给火雷管，使火雷管爆炸。

（2）火雷管：由导火索喷出的火焰引爆的雷管。

见图7—5。

优点：成本低，使用灵活，不受杂散电流的影响。

缺点：其火焰感度与机械感度均高，不安全，只有即发雷管。

火雷管分成十个等级，号数越大，起爆能力越强。

工程上常用的是6号和8号雷管。

2．电雷管：由导电线传输电流使装在雷管中的电阻发热而爆炸。

见图7—6。

分为即发电雷管和迟发电雷管两种。

迟发电雷管又称延期电雷管，有秒延期和毫秒延期之分。

秒延期电雷管：引爆通电后能延长一段以秒计的时间间隔，然后才爆炸。

为七段，段数越大，延期时间越长。

毫秒延期电雷管：引爆通电后能延长一段以毫秒计的时间间隔，然后才爆炸。

共有五个系列，其中第二系列在工程中最常用。

优点：火焰感度与机械感度低，安全性增加。

缺点：测电阻复杂，易受杂散电流的影响，爆破牵线麻烦。

3．塑料导爆管与非电雷管（1）塑料导爆管：传递爆轰波给非电雷管，使之爆炸。

爆轰波在管内的传播速度为。

塑料导爆管常用火雷管起爆。

特点：a.起爆敏感度好～一个火雷管足以激发管内爆轰波；b.传播速度快～爆轰波波速约16002000m；c.耐火性能好～将其烧完也不能引爆它；d.抗水性能好～水下80m，放置48h仍能正常起爆；e.抗电击性能好～可抗30的直流电；f.抗冲击性能好～一般的机械撞击不能引爆它；g.强度好～5至7公斤的拉力不会使管径变细；h.对外界影响小～爆轰过后，管子依旧，只是由白色变为灰黑色。

i.安装简单，使用方便；k.价格便宜。

(2)非电雷管：配合塑料导爆管将炸药引爆。

有即发、秒延期和毫秒延期之分。

隧道主要用毫秒延期，称为“非电毫秒雷管”。

毫秒延期国产共计20段，段位越高，延迟时间越长。

其结构见图7—7。

与电雷管的主要区别在于不用电点火装置，而是由塑料导爆管传递的爆轰波引爆。

4．导爆索作用：置于爆破孔眼之中，使孔眼中所有的柱状药卷同时起爆。

红色或红黄相间颜色，实心，爆速6800～7200m，本身需要雷管才能引爆。

分为普通导爆索和安全导爆索两种。

a.普通导爆索：普通导爆索在爆轰过程中火焰强烈，只能用于没有瓦斯的隧道中。

b.安全导爆索：加了消焰剂，用于有瓦斯的隧道中。

四、隧道内常用的爆破方法（一）炮眼种类和作用炮眼类型可分为如下三种。

1．掏槽眼：先行起爆，为后续爆破的炮眼创造临空面的炮眼。

如图7—8中的1号炮眼2．辅助眼：位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助。

作用：扩大爆破，并为周边炮眼的爆破创造临空面。

如图7—8中的2号炮眼。

3．周边眼：沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。

作用：炸出设计轮廓。

按其所在位置不同，又可分为帮眼（3号眼）、顶眼（4号眼）和底眼（5号眼）。

如图7—8中的3、4、5号炮眼。

（二）掏槽眼的形式掏槽爆破质量的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败。

根据施工方法、开挖断面大小、围岩状况和凿岩机具的不同，可将掏槽方式分为斜眼掏槽和直眼掏槽。

1．斜眼掏槽特征：炮眼与开挖面斜交。

它的种类很多，如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等等。

隧道中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。

（1）垂直楔形掏槽（图7—8）。

掏槽炮眼呈水平对称布置，爆破后将炸出楔形槽口。

（2）锥形掏槽（图7—9）。

掏槽炮眼呈角锥形布置。

根据掏槽炮眼数目的不同分为三角锥、四角锥及五角锥等。

图7－9所示为四角锥掏槽。

优点：由于能炸出漏斗，故碴石抛掷角度好，可以根据岩石的实际情况来决定掏槽眼数和角度，节省炸药，爆破效果好。

缺点：打斜眼时，炮眼深度受到洞室尺寸的限制，不便深眼爆破，只能采用多层楔形掏槽，增加了钻眼难度。

若多机作业，弄不好就打在了一起，因此也不便多机同时作业。

2．直眼掏槽特征：炮眼与开挖面垂直。

优点：便于深眼爆破，可多机凿眼，进度快。

缺点：抛掷角度不佳，需增加炮眼的数量和炸药用量。

对掏槽眼本身来说，也有一个提高爆破效果的问题，特别是直眼，常采用中空眼，即钻直径为102的空眼，不装药，成为“临空孔”。

其它炮眼直径约为35左右。

比较：同样深的炮眼，斜眼的最小抵抗线比直眼的要小。

常用的直眼掏槽形式有：（1）柱状掏槽(图7－10)。

使爆破后能形成柱状槽口的掏槽爆破。

临空孔的空眼数目，视炮眼深度而定：a.孔眼深度小于3.0m时取一个；b.孔眼深度为3.0~3.5m时，采用双临空孔；c.孔眼深度为3.5~5.0m时采用三个孔。

（2）螺旋形掏槽(图7－11)。

中心眼为空眼，邻近空眼的装药眼与空眼之间距离逐渐加大，其联线呈螺旋形状。

爆破按1、2、3、4顺序起爆。

（三）炸药品种的选择、用量及其分配1．炸药品种的选择前已述，2＃岩石硝铵炸药。

2．炸药的用量药量不足，会出现炸不开、块度偏大、炮眼利用率低、轮廓线不整齐等现象；药量过多，则会破坏围岩的稳定，抛碴分散影响装运，而且很不安全。

用药总量的计算公式为：(7－1)式中：—一个爆破循环的总药量，；——爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，简称炸药的单耗量，3；——一个爆破循环的掘进进尺，m；——开挖断面的面积，m2。

3．炸药单耗量值的确定值主要受岩石的抗爆破性、断面进尺比、临空面的数目、炮眼布置形式，掏槽效果等因素的影响。

一般而言，岩石的完整性系数值越大，值越大，断面进尺比越大，则值越小；临空面越多，值越小，炮眼布置不当或掏槽效果不佳，值会增大。

隧道爆破中实际采用的值通常在0.72.53之间。

4．炸药量的分配总的炸药量应分配到各个炮孔中去。

由于各种炮眼的作用及受到的岩石夹制情况不同，装药数量亦不相同。

通常按装药系数进行分配，值可参考表7－6。

表7－6 装药系数值（四）炮眼深度确定炮眼深度的方法有两种：①采用斜眼掏槽时，炮眼长度受开挖面大小的影响，炮眼深度不易过大。

故最大炮眼深度：式中，—断面宽度（或高度）。

②根据进尺数来确定，即：（7－2） 式中：——每掘进循环的计划进尺数，m ；——炮眼利用率。

一般要求不低于0.85。

（五）炮眼直径隧道爆破中，常用不偶合系数来控制药卷直径和炮眼直径，二者是有关联的。

掏槽眼及辅助眼～应采用较小的值，以提高炸药的爆破效率；周边眼～应采用较大的值，以减小对围岩的破坏。

（六）炮眼数量和比钻眼数1．炮眼数量炮眼数量计算公式：（7－3）式中：——单孔平均装药量，；——装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，随围岩、炮眼类别不同而不同，一般取＝0.5~0.8，具体取值见表7－6；——每延米药卷的炸药重量，，2号岩石硝铵炸药每米重量见表7－7；、、的意义同前。

表7－7 2号岩石硝铵炸药每米重量()2．比钻眼数指单位开挖断面的平均钻眼数。