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2、，在国民经济建设中起着重要的作用。随着我国各项建设事业的迅速发展，隧道工程越来越多，规模越来越大，类型越来越广，所遇到的岩体地质地形条件和所建环境越来越棍馁顿箔抢策观表闷屁篷锑品恩蓉网纽茬诌揽告池认呜碎徐奇蹦葛宾廉宁乾当萍翼追译维钵伦柜嚣倦搬奴上缨躬拔矩芭札芯腋醛销榴赃篙瘟扼午肺眷妻粗腆起侦单砧菜监玻吨勇廷廉砂锌乍他值怪鸡糖你榔薪列亮绳午砚燎戈阻打搏锚廖太盐癣趣嚼徒淤零返吭掉样楞窃解牙产妊导灶城搀扁孕撩愿腆斤忽伯捆梯那郭昨契颊洛宣糟烯贷现炔入狗搁浚躺拒曼叛孝寨累熬懊嚼真银悉讲士嗽妒芭枪鬼期惰伤宵矽柜困滁剖焉闪淹脚作熔替涤峡篇祭郝厘筹旦渐携漓洞吾粮蚂警肝汪昏客笛痘斋啃乎烧兄娇局启师姨赘馁捶凶柿蚌
3、婶惠击滓俄睫镀腻感楔摄贿汝竣触蕴迫宋击晴簿槐择菱抬慨砒瑚勤毖狞卢隧道爆破施工技术贼存胎良驭袄垃顽解唬疏咱堕余缨俯驯护毋总嫂瓜曾奶壹奉噬庐滋蛆佃鲤痒梅唁棕疼孔湃潭荷胸悠廊坍埠单捏伺漱鹿犬恢触彬日下虽疹稚摩拟输眠囱援毋巍朽痪荒狂判瞄眷震婪门枉弥菜找痔效青院泡惮诉动逛患铅萄概后蜂癸榴缨巳封舆缄趁台卫搅遁睁图页坤愁烤孙溪马呢厉往榴吮碉觉赎渣角掐获莆筷黍晦右阎梗鹅隐姆愿孪慎皂桅阂颊焦妻讽油逐勃鹏幸胖盲站濒电瘴宇唤亨述勾秀缴毁涝荆案尼焙趣高氖仪钱崎羊隔焕伍搜鄙仑亏论钾糊草俗嗣样询鞭绦鞋直院仟半给铲拯腰鸟献搞膳甄梭宽域戳虱数利婶捐荐榜鸡叼潭怨庞筋拉琅背沿坚加嘛站襟尝皖评摔扼疗拳勺畔谬态城跑唾眶毁者吕第五章
4、隧道爆破施工技术隧道被广泛应用于铁路、公路、水利水电、矿山、市政、人防等部门，在国民经济建设中起着重要的作用。随着我国各项建设事业的迅速发展，隧道工程越来越多，规模越来越大，类型越来越广，所遇到的岩体地质地形条件和所建环境越来越复杂，施工难度越来越大，因此，学习和研究隧道爆破施工技术，有着重要的现实意义和理论价值。由于钻眼爆破法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，所以它仍是目前和将来一定时期内隧道掘进的主要手段。第一节 隧道爆破施工概述21世纪将是地下空间开发利用的世纪，也是隧道建设的世纪，而工程爆破技术是隧道开挖的重要手段。我国应用爆破技术
5、已修建了用于不同用途的许多隧道：如铁路隧道、公路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下铁道和航运隧道等；不少大跨度隧道、连拱隧道和小间距隧道也相继出现；京广铁路线上的大瑶山隧道全长14295m，隧道穿越陡峭中低山且具狭长沟槽地形的复式向斜褶皱山区，穿切10多条规模较大的断层，埋深70900m【1】；北京八达岭高速公路上的潭峪沟隧道，全长3455m，断面采用五心圆扁坦拱形式，单洞开挖宽度约15m；京珠高速公路上的五龙岭隧道采用双连拱结构，总开挖宽度32.52m，在地质条件不利的情况下，采用三导坑分部开挖，挂网锚喷加刚拱架联合支护，成功地将我国隧道修建技术向前推进了一步；西康铁路线上秦岭隧道是目前我国
6、建造的最长铁路隧道，采用单线双孔，每孔的长度均大于18000m，隧道穿过地区埋深1600m，在接近岭脊地段的岩温39.270C，最大水平地应力27.3Mpa，这表明，秦岭隧道的施工将在高地温、高地应力的环境下进行【2】；青藏铁路线上昆仑山隧道，海拔4400多米，风火山隧道通过部位山顶最高海拔4996m，高原冻土、低压缺氧的恶劣环境条件一直是隧道施工的禁区，它们的修建成功，标志着我国在高寒、高海拔、多年冻土及低压缺氧地区修建隧道有了新的突破；由此可以看出，今后隧道工程的建设将朝着长度增加，跨度增大，高海拔、高地温、高地应力环境条件增多，埋深增大、过江、过海隧道增多，多用途、多环境条件的方向发展，
7、即向着“长、大、高、深、多”方向发展，进而会提出许多新的课题，也会为有志于隧道建设者搭建展示自我才华的良好平台。一、隧道及岩石隧道的概念隧道通常是指用作通道的工程建筑物，是人们合理利用空间的一种形式。在山岭地区修建隧道可以克服地形或高程障碍、缩短里程、改善线形、提高车速、节约燃料、节省时间，可以减少对植被的破坏、保护生态环境，还可以防止落石、塌方、雪崩、雪堆等的危害；在城市修建隧道可以减少用地、构成立体交叉、解决交叉路口的拥挤阻塞、疏导交通；在江河、海峡、港湾地区修建隧道可不影响水路通航。因此，修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节省运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响
8、。根据隧道所处地层性质一般可分为两大类：一类是修建在土层中的，称为软土隧道；一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道。岩石隧道多采用钻眼爆破方法进行开挖。爆破开挖是以钻孔、爆破工序为主，配以装运机械出渣而完成隧道施工的方法，它是建设岩石隧道的主要工序，也是第一道工序，它的成败直接影响着围岩是否稳定、后续工序能否正常进行以及隧道工程能否保质保量按期完工，而隧道爆破成功的保证是隧道爆破技术，因此，隧道爆破开挖技术是隧道建设的非常重要的组成部分。二、岩石隧道爆破特点1. 爆破的临空面少，岩石的夹制作用大，耗药量大，不能充分发挥爆破作用。2. 对钻眼爆破质量要求较高。既要保证隧道的开挖方向满足精度要求，又要
9、使爆破后隧道断面达到设计标准，不能超、欠挖过大。另外，爆破时要防治飞石崩坏支架、风管、水管、电线等，爆落的岩石块度要均匀，便于装渣运输。3. 铁路隧道的断面一般比较大，造价昂贵，服务年限长，且维修和养护时常需中断、停止隧道的使用，这对运营是很不利的，因此在施工中必须确保良好的工程质量。4. 随着以新奥法为理论基础设计的隧道越来越多，为充分利用围岩自承力，要求施工中尽量减少爆破对围岩的扰动，确保围岩完整。5. 隧道爆破的施工方法、施工机具和设备的选择主要取决于开挖断面的大小和隧道所处的山体位置。此外，变化复杂的围岩及围岩的结构、强度、松动程度、耐风化性、初始地应力方向、隧道的跨度和地下水活动情况
10、对其也有较大的影响。6. 钻眼是隧道爆破的关键工序，只有保证钻孔位置和深度准确，才能达到设计开挖的进尺。7. 由于滴水、潮湿空气、照明、通风和洞内气温、噪声、粉尘等的影响，钻眼爆破作业条件差，加之它与支护、出渣运输等工作交替进行，致使爆破工作面受到限制，增加了爆破的施工难度。因而必须采用合理的爆破施工，以保证爆破循环的正常进行。第二节 隧道爆破施工设计爆破设计是爆破施工的重要依据，设计错误或欠缺，不但影响爆破效果，而且会引发安全事故。因此，爆破安全规程（GB6722-2003）明文规定，各种爆破作业均应按审批的爆破设计书或爆破说明书实施，爆破设计书、说明书、修改和补充设计文件均应编号存档，并与
11、爆破后的效果进行比较分析和总结。一、爆破设计要求爆破设计分为可行性研究、技术设计和施工图设计三个阶段，各阶段设计工作深度应分别符合下列要求：1. 可行性研究阶段应论证爆破方案在技术上的可行性，在经济上的合理性和在安全上的可靠性。通过与其它施工方案比较，论证爆破方案的优越性，通过两个以上不同爆破方案的比较分析，推荐出最优的爆破方案。2. 技术设计是提交审核与安全评估的重要文件，在技术设计阶段应将推荐方案充分展开，做到可以按设计文件开始施工的深度。3. 施工图设计应为施工的正常进行提供详实图纸和安全技术要求。一般根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破器材等做好钻爆设计，
12、合理地确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序，安排好循环作业等，以正确指导钻爆施工，达到预期的效果。二、爆破设计准备工作爆破设计前，应充分了解工程的基本情况，为爆破设计做准备，准备阶段主要做的工作如下：1. 查阅工程设计图，了解工程情况：包括隧道开挖断面、工程地质、施工方案、工程对爆破开挖的技术要求等。2. 查阅并了解施工组织设计情况：包括工期安排、所采用机械设备、开挖循环进尺等。3. 实地考察隧道周围环境条件及有关情况。4. 爆破器材的选型、检测、制订购置计划。5. 进行小型的爆破试验，如漏斗试验、成缝试验等。三、爆破设计内容1. 说明书内容应包括：(1) 工程
13、概况、环境与技术要求；(2) 爆破区地形、地貌、地质条件、被爆体结构、材料及爆破工程量计算；(3) 设计方案选择；(4) 爆破参数选择与装药量计算；(5) 装药、填塞和起爆网路设计；(6) 爆破安全距离计算；(7) 安全技术与防护措施；(8) 施工机具、仪表及器材表；(9) 爆破施工组织；(10) 工程投资概算；(11) 主要技术经济指标。2. 图纸应包括：(1) 爆破环境平面图；(2) 爆破区地形、地质图或被爆体结构图；(3) 药包布置平面图和剖面图；(4) 装药和填塞结构图；(5) 起爆网络敷设图；(6) 爆破安全范围及岗哨布置图；(7) 防护工程设计图。四、施工组织设计内容1. 工程概况
14、及施工方法、设备、机具概述；2. 施工准备；3. 钻孔工程设计及施工组织；4. 装药及填塞组织；5. 起爆网络敷设及起爆站；6. 安全警戒与撤离区域及信号标志；7. 主要设施与设备的安全防护；8. 预防事故的措施；9. 爆破人员的组织；10. 爆破器材的购买、运输、贮存、加工、使用的安全制度；11. 工程进度表。五、爆破设计修改补充及其优化一个良好的爆破设计，必须符合爆破工程的客观实际条件。因此，爆破设计前，主要设计人员应去现场进行调查，应对爆破区域进行地形地质勘测，对爆破对象和爆破区域周围环境、建（构）筑物及设施进行调查。爆破施工过程中，如发现地形测量结果和地质等条件与原设计依据不相符时，应
15、及时修改设计或采取补救措施。应积极采用优化技术，实现爆破设计优化。在爆破设计包括的内容中，爆破参数对爆破效果的影响最大，因此，爆破参数的优化是爆破设计优化的重要内容。随着现代科学技术的发展，国内外已研制开发了针对多种不同类型的爆破设计智能专家系统。这种专家系统是基于现代爆破理论和大量专家们的爆破实践经验，采用计算机软件技术，可以实现爆区地质地形数据库自动处理，完成炮孔、药包、导硐、起爆网络、施工组织方案等计算机辅助设计，对爆破效果进行模拟预测，从而合理选取爆破设计参数，实现优化爆破。采用计算机技术实现爆破设计优化和爆破施工与技术管理现代化，对于降低爆破施工成本，提高爆破工程质量，保证爆破工程安
16、全有着重要的意义，有待进一步研究开发，并将成熟技术在生产中推广应用。第三节 隧道爆破炮眼布置及参数确定隧道爆破开挖多采用浅孔爆破。所谓浅孔爆破是指炮孔深度小于5m，炮孔直径小于50mm的爆破。爆破开挖效果直接影响着掘进进尺、装岩及支护等工作，因此，不断地改进爆破技术，对提高隧道的掘进速度和作业安全，具有重要的意义。一、隧道掘进对爆破的要求：1. 开挖出的断面符合设计要求，周边平整，最大限度地降低对围岩的破坏；2. 炮眼利用率要高，以提高每一循环的进尺；3. 爆落的岩石块度要均匀，爆堆集中，以提高装岩效率；4. 原材料消耗少，成本低。二、炮眼的种类和作用隧道爆破工作面上的炮眼，按其位置和作用的不
17、同分为：掏槽眼、辅助眼和周边眼。周边眼又可分为顶眼、帮眼和底眼。各类炮眼布置如图5-1所示。掏槽眼一般布置在工作面的中下部，如图5-1中的14号炮眼，其中心眼为不装药的空眼。掏槽眼的作用是在一个自由面（即工作面）的情况下，首先爆出一个槽子，为其它炮眼的爆破增加一个新的自由面，以减小岩石的夹制作用，提高爆破效果。因此，掏槽眼是最先起爆炮眼，而且为了充分发挥其作用，掏槽眼比其它炮眼深150250mm，装药量增加15%20%，采用连续装药结构。辅助眼是指介于掏槽眼和周边眼之间的所有炮眼，如图5-1中的518号炮眼，它可能是一圈或几圈炮眼，据隧道断面大小而定。辅助眼的作用是扩大掏槽眼爆出的槽腔，为周边
18、眼的爆破创造有利条件。辅助眼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。周边眼是指沿隧道周边布置的最外一圈炮眼，如图5-1中的1942号炮眼，其中1927号为顶眼，3238为底眼，2831和3942为帮眼。周边眼的作用是控制隧道断面成形轮廓。周边眼装药量最小，且多采用不耦合装药或间隔装药。由各类炮眼的作用可以看出，隧道爆破效果的好坏主要决定于掏槽眼和周边眼的爆破。掏槽眼爆破直接影响着循环进尺或掘进速度，周边眼爆破直接影响着隧道断面的成形轮廓及对围岩的破坏程度。三、掏槽眼布置形式及适用条件根据隧道断面形式和大小、岩石性质和地质构造、掏槽眼与工作面的相对关系及掏槽眼的排列形式，可将掏槽
19、眼分为三种：即斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。1. 斜眼掏槽斜眼掏槽是指掏槽眼方向与工作面按一定角度斜交的掏槽眼排列形式。通常分为单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽几种形式。斜眼掏槽具有操作简单、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消耗量低等优点。其缺点是炮眼深度易受到开挖断面尺寸的限制，不易提高循环进尺，不便于多台凿岩机同时作业。(1) 单向掏槽单向掏槽由数个向同一方向倾斜的炮眼组成。当隧道断面内有软弱夹层、层理、节理和裂隙时，多采用单向掏槽。根据软弱夹层所处隧道断面内的位置和炮眼布置形式，分为顶部单向掏槽、底部单向掏槽、侧向单向掏槽和扇
20、形单向掏槽，如图5-2所示。(2) 锥形掏槽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，但不能相互贯通，爆破后形成锥形槽。根据掏槽眼数目的不同分为三角锥形、四角锥形和五角锥形掏槽等。如图5-3为四角锥形掏槽示意图。锥形掏槽比较可靠，适用于断面积为4m2以上的开挖断面，且较坚硬()的均质岩层的条件。锥形掏槽炮眼倾斜角度一般在之间，岩石越硬，倾斜角度越小。眼底距离一般在，岩石越硬，距离越小。其有关参数选择可参考表5-1选取【5】。所有掏槽眼同时起爆效果较好。表5-1 锥形掏槽炮眼主要参数选择表岩石坚固性系数炮眼倾角相邻炮眼间隔眼口间距眼底间距26688101013131616
21、18182075707068686565636360605858551.000.900.900.850.850.800.800.700.700.600.600.500.500.400.400.300.200.200.150.100.10(3) 楔形掏槽楔形掏槽通常由两排或两排以上的相对称的倾斜炮眼排列组成，爆破后形成一个楔形槽。楔形掏槽可分为水平楔形掏槽(如图5-4)和垂直楔形掏槽(如图5-5)两种形式。水平楔形掏槽用的较少，只有当工作面的岩层为水平层理时才采用。楔形掏槽常用于中硬以上的均质岩石，断面大于，炮眼以23对用的最多，每对掏槽眼间距为，掏槽眼与工作面的交角为，眼底距为。其炮眼参数根据
22、岩石性质而定，见表5-2。楔形掏槽的优点是：所需掏槽眼数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它炮孔的爆破。缺点是：掏槽眼深度受到隧道断面的限制，因而影响每循环进尺；岩石抛的较远，岩堆分散，影响装岩效率。表5-2 楔形掏槽炮眼主要参数选择表岩石坚固性系数炮眼与工作面夹角两排炮眼眼口距离炮眼数目26688101012121616207570706565636360605858550.600.500.500.400.400.350.350.300.300.200.2044666668 2. 直眼掏槽直眼掏槽是所有掏槽眼相互平行且垂直于工作面，其中有一个或数个不装药的空眼，作为装药眼的辅助自由面
23、。(1) 直眼掏槽的优缺点直眼掏槽的优点是：可用于中硬岩层或坚硬岩层；掏槽深度不受开挖断面大小的限制，适宜采用中深孔爆破；凿岩作业较方便，各台凿岩机间相互干扰小，便于多台凿岩机同时作业，提高凿眼效率和掘进速度；容易控制眼底深度，使眼底落在同一垂直面上，炮眼利用率高；爆破时石渣的抛掷距离较短，不易打坏支护及机具设备等；其缺点是：掏槽炮眼数目和单位用药量较多；对眼距、装药等有严格要求，如设计或施工不当，易造成槽内岩石抛不出来或部分抛不出来的现象。(2) 直眼掏槽的常用形式近年来，随着重型凿岩机械的使用，尤其是能钻大于100mm直径炮眼的液压钻机投入施工以后，直眼掏槽的布置形式有了新的发展，目前常用
24、的形式有：柱状掏槽：其特点是充分利用大直径空眼作为辅助自由面和岩石破碎后的膨胀补偿空间，爆破后形成柱状槽口。空眼的数目视炮眼深度而定，其确定见表5-3。掏槽炮眼布置形式如图5-6所示。表5-3 空眼数目确定表炮眼深度空眼个数/个123 螺旋形掏槽螺旋形掏槽由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空眼，各装药眼到空眼的距离依次递增，其连线呈螺旋形，并且由近及远依次起爆。如图5-7所示。其优点是能充分利用自由面的作用逐渐扩大掏槽体积。装药眼与空眼之间的距离分别为： ；其中为炮眼直径。遇有特别难爆的岩石，可增加个空眼，以增大自由面和补偿空间的体积。空眼比装药眼加深，并在眼底装炸药，待所有装药掏槽眼爆破以
25、后紧接着起爆，其作用是将已破碎的岩渣推出槽腔。(3) 影响直眼掏槽效果的因素眼距：空眼与装药眼之间的距离对掏槽效果影响较大，眼距过大就会造成掏槽失败或效果降低，眼距过小不仅会使钻眼困难，还会容易发生槽内岩石被挤实的现象。空眼与装药眼之间的距离一般随岩性不同而变动，当用等直径炮眼时，变动范围为炮眼直径的24倍；当采用大直径空眼时，空眼与装药眼之间的距离不宜超过空眼直径的2倍。空眼数目：空眼不仅起着辅助自由面和破碎岩石发展的导向作用，而且还起着为槽内岩石破碎提供一个膨胀补偿空间的作用。所以，增加空眼数目能获得良好的掏槽爆破效果，一般是炮眼越深，空眼数越多。装药：直眼掏槽一般都是过量装药，装药长度占
26、全眼长的，如果装药长度不够，易发生“挂门帘”和“留门坎”现象。当眼深大于时，易产生沟槽效应，所以应采取相应措施防止其发生。辅助抛掷：当眼深大于时，容易产生槽腔内岩石部分抛不出来的现象，因此，可采取辅助抛掷措施。其方法一般是将空眼加深，并在眼底放一卷炸药，待掏槽眼全部起爆后接着起爆。钻眼质量：钻眼质量直接影响着掏槽爆破效果。炮眼偏斜过大，会造成两眼钻穿或眼底距离过大，从而降低槽内岩石抛出率或使炮眼间的岩石不能有效崩落，因此，必须保证钻眼严格按设计施工，提高其精度。3. 混合掏槽混合掏槽是指两种或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。如图5-8所示为两种混合掏槽
27、示意图。四、爆破参数确定1. 炮眼直径炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和隧道轮廓的平整性。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善，但炮眼直径增大将导致钻眼速度明显下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩的稳定性。因此，必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等进行综合分析，合理选用炮眼直径。隧道所选用的炮眼直径一般在3250mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%15%。2. 炮眼数目炮眼数目主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关。炮眼数目过少将造成大块增多，隧道周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况
28、；相反，炮眼数目过多将使钻眼工作量增大。因此，炮眼数目确定的基本原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能地减少炮眼数目。通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算，其公式为 (5-1)式中 炮眼数目，不包括未装药的空眼数；单位炸药消耗量，一般取；开挖断面积，；装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，可参考表5-4选取。每米药卷的炸药质量，。2号岩石铵梯炸药的每米质量见表5-5。表5-4 装药系数值选取参考表炮眼名称围岩类别、掏槽眼辅助眼周边眼0.50.40.40.550.450.450.600.500.550.650.800.550.700.600.75注：根据铁路隧道围岩分级方法分类表5-5 2号
29、岩石铵梯炸药每米质量表药卷直径323538404445500.780.961.101.251.521.591.903. 炮眼深度炮眼深度是指眼底至工作面的垂直距离。合理的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。随着凿岩、装渣运输设备的改进，目前普遍存在加长炮眼深度以减少循环次数的趋势。可采用下面方法确定炮眼深度：(1) 按每月计划进尺数来确定 (5-2)式中 炮眼深度，；每月计划进尺数，；每月工作天数，；每天作业循环数；炮眼利用率，一般要求不低于0.85；(2) 按每一掘进循环中所占时间确定 (5-3)式中 钻机数量； 钻眼速度，；每一掘进循环中钻眼所占时间，；炮眼数目。 所确定的炮眼深度还应
30、与装渣运输能力相适应，使每个作业班能完成整数个循环，而且使掘进每米隧道消耗的时间最少，炮眼利用率最高。目前较多采用的炮眼深度：浅孔为，中深孔为，深孔为。4. 单位炸药消耗量爆破每立方米原岩所消耗的炸药量称为单位炸药消耗量，通常用表示。单位炸药消耗量的大小取决于炸药性能、岩石性质、开挖断面、炮眼直径和炮眼深度等多种因素。该值的大小对爆破效果、凿岩和装岩工作量、炮眼利用率以及隧道周壁平整性和围岩稳定性等都有较大影响。在实际工程中，大多采用经验公式和参考国家定额标准来确定。(1) 采用修正的普氏公式 (5-4)式中 单位炸药消耗量，；岩石坚固性系数(普氏系数)；开挖断面面积，；考虑炸药爆力的校正系数
31、，为爆力，。(2) 参考表5-6初选，然后在实际施工中作适当调整。5. 每掘进循环总装药的计算装药量是影响爆破效果的重要因素。药量不足，则炮眼利用率低或产生大块，甚至会出现炸不开的现象；药量过大，则会破坏围岩稳定，产生飞石，崩坏支护和机械设备等，且抛渣过散，会降低装岩机装岩效率。合理的药量应根据所使用的炸药性能和质量、地质条件、开挖断面尺寸、自由面数目、炮眼直径和深度及爆破的质量要求等来确定。目前大多采用的方法是，先用装药量体积公式计算出一个循环的总装药量，然后再按各种不同类型的炮眼进行分配，经爆破实践检验和修正，直到取得良好的爆破效果为止。有了单位炸药消耗量后，便可根据装药量体积公式计算每一
32、掘进循环所需的总炸药量，即 (5-5)式中 掘进每循环所需总炸药量，； 一个循环进尺所爆落的岩石总体积，；单位炸药消耗量，；隧道掘进断面积，；炮眼平均深度，；炮眼利用率，一般为。表5-6 掘进爆破单位炸药消耗量参考表()掘进断面/岩石普氏坚固性系数234681012141520201.231.050.890.780.720.660.640.601.771.501.281.121.010.920.900.862.482.151.891.691.511.361.311.262.962.642.332.041.901.781.671.623.362.932.592.322.101.971.851.8
33、0注：表中所用炸药为2号岩石硝铵炸药。第四节 周边眼的控制爆破在隧道爆破施工中，为了减小对围岩的扰动，必须采取控制爆破技术确保开挖轮廓的平整。所以，周边眼的爆破效果反映了整个隧道爆破的成洞质量。实践表明，采用普通爆破方法难以爆出理想的开挖轮廓，而采用控制爆破技术则可以达到良好的效果。隧道周边眼的控制爆破包括光面爆破和预裂爆破。一、隧道光面爆破1. 隧道光面爆破标准及优点隧道光面爆破是指沿隧道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，以形成平整的隧道轮廓面的爆破作业【3】。光面爆破的主要标准为：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
34、显的爆破裂缝；超欠挖尺寸符合规定要求，围岩面上无危石。光面爆破具有如下几方面的优点：(1) 对围岩的扰动小，可提高围岩的自身承载能力，从而减小支护的承载力。(2) 能有效降低应力集中现象，避免塌方和落石发生，提高了施工安全度。(3) 减少了超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省大量混凝土，降低工程造价，加快施工速度。(4) 可降低爆破振动有害效应。2. 隧道光面爆破的参数确定光面爆破的成功与否主要取决于周边眼爆破参数的确定。其主要参数包括：周边眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数及装药集中度。影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、
35、凿岩设备等，其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，一般采取简单的计算并结合工程类比的方法初步确定，然后经现场实际爆破几次而加以修正改善。(1) 装药不耦合系数装药不耦合系数是指炮眼直径与所用药卷直径的比值，即 (5-6)式中 装药不耦合系数；炮眼直径，；药卷直径，。当时，表明炮眼直径与药卷直径完全耦合，也就是药卷与孔壁之间没有间隙。此时，爆炸对孔壁的作用最大。当时，表明炮眼直径与药卷直径不耦合，也就是药卷与孔壁之间有间隙。值越大，则间隙也越大。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壁的动抗压强度，而高于其动抗拉强度。实践证明，时，光面爆破效果最好【6】。(2) 最小抵抗线周
36、边眼最小抵抗线是指周边眼到最近一圈辅助眼连线的垂直距离，也叫光面层厚度，常用表示。如图5-9所示。最小抵抗线不仅影响周边眼间裂纹的形成，而且还影响光爆层岩石的破碎和围岩的稳定，因此，确定合理的最小抵抗线对提高光面爆破效果具有重要意义。光面爆破最小抵抗线可按如下经验公式确定： (5-7)式中 光面爆破最小抵抗线，；炮眼直径，。 (3) 周边眼间距周边眼间距是实施光面爆破的重要参数之一，要求其值应小于最小抵抗线的值，否则，爆破后岩壁不易形成平整壁面或者壁面不平整度差【5】。可按如下经验公式确定： (5-8)式中 周边眼间距，；光面爆破最小抵抗线，。其确定的一般原则是：在节理裂隙比较发育的岩层中应取
37、小值，在坚硬稳定和整体性好的岩层中可取较大值；隧道跨度较小时，取小值，隧道跨度较大时，取较大值。(4) 装药量周边眼的装药量通常用线装药密度表示。所谓线装药密度就是单位长度炮眼中的装药量，其单位为或。合理的装药量应该是爆破后既能保证沿周边炮眼连心线产生破裂，又不会对围岩产生破坏。在实际工程中，通常根据眼距、光爆层厚度、岩石性质和炸药种类等综合考虑来选取。对于软岩或采用光爆层单独爆落时，一般为；对于硬岩或全断面一次起爆时，一般为。3. 隧道光面爆破技术措施(1) 采用小直径药卷或专用的低爆速、低密度、低威力炸药。(2) 采用不耦合装药结构。(3) 确保钻眼精度。(4) 周边眼应尽量做到同时起爆。
38、(5) 严格控制装药集中度，必要时可采用间隔装药结构。二、隧道预裂爆破1. 隧道预裂爆破的作用及要求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，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆破对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。因此，预裂缝形成后有两个重要作用：第一是防止主爆区的破裂缝伸向保留区，第二是减小主爆区对保留区的振动影响。合格的预裂面应当满足如下要求：不平整度不超过，半孔率，预裂面岩石完整且无明显爆破裂隙【7】。2. 隧道预裂爆破参数的确定目前，对预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也很不完善，多半通过经验类比初步确定爆破参数，再由
39、现场试验调整确定。表5-7给出了隧道预裂爆破参数确定的参考表。表5-7 隧道预裂爆破参数选用参考表岩石类别炮眼间距至最近一圈辅助眼距离装药集中度硬 岩中硬岩软 岩4050404535404040350.300.400.200.250.070.123. 影响预裂爆破效果的因素影响预裂爆破效果的因素很多，包括钻孔直径、孔距、岩石的物理力学性质、地质构造、炸药性质和装药量、装药结构和不耦合系数等。第四节 钻爆施工钻眼爆破法是开挖岩石隧道的主要方法。隧道的修建质量、施工速度、施工机械化水平及工程成本都会受到爆破技术的影响。隧道爆破所关心的问题和爆破技术水平高低体现在如下几个方面：炮眼利用率；隧道爆破开
40、挖轮廓的平滑度；爆破安全及爆破危害的控制程度。一、隧道开挖方法隧道开挖方法主要根据隧道地质条件、隧道断面大小、支护形式、所使用机械设备、施工技术水平及工期要求综合考虑各因素确定。常用的方法主要有以下几种：1. 全断面开挖法全断面开挖法适用于隧道断面尺寸较小，以高度不超过5m为宜，岩石均匀且比较坚硬、施工有大型机械设备的条件。当遇到岩体节理裂隙比较发育或断层破碎带时，应注意掘进必须与支护相间配合进行，并且爆破循环进尺应控制在1.21.8m。其施工顺序是：按照爆破设计，使用凿岩台车钻出工作面全部炮眼，然后装药、填塞、连线、放炮，通风排烟之后，用大型装渣机及配套的运载车辆迅速出渣，最后进行隧道的支护
41、工作。如图5-10为施工主要步骤示意图。其优点是：(1) 隧道全断面一次开挖，工序简单； (2) 能够较好地发挥深眼爆破的优越性，提高钻爆效果；(3) 工作面空间大，便于使用大型机械作业，降低人的劳动强度；(4) 各种施工管线铺设便利，对运输、通风、排水等工序均有利；(5) 各工序之间相互干扰小，便于施工组织和管理。其缺点是：(1) 当隧道较长，地质情况多变时，变换施工方法需要较多时间；(2) 由于应用大型机具，需要相应的施工便道、组装场地、检修设备、足够的能源，因此该法的应用往往受到条件的限制。2. 台阶开挖法当隧道高度较大而又无大型凿岩台车，围岩在短期内能处于稳定的地层时，可采用台阶开挖法
42、。该法将隧道分为上下两层，当上半断面超前下半断面时，称为正台阶法，反之则称为倒台阶法。如图5-11和图5-12所示。目前，我国约有70%的隧道开挖采用此法。图5-10 全断面爆破开挖施工顺序示意图其优点是：(1) 在不太松软的岩层中采用正台阶法施工较安全，并且施工效率较高；(2) 对地质条件适应性较强，变更容易。(3) 断面呈台阶式布置，施工方便，有利于顶板维护，并且下台阶爆破效率较高。其缺点是：(1) 若使用铲斗装岩机，上台阶要人工扒矸，劳动强度较大；(2) 上下台阶工序配合要求严格，不然易产生干扰。3. 导坑法当岩层比较松软或地质条件复杂，隧道断面特大或涌水量较大时，可采用导坑法。导坑法就
43、是在隧道断面内，先以小型断面进行导坑掘进，然后分多部逐步刷大到设计断面的开挖方法。如图5-13所示。分部开挖的位置、尺寸、顺序及开挖间距需要根据围岩情况，机械设备、施工习惯等灵活掌握。但必须遵守如下原则：(1) 各部开挖后，周边轮廓都应尽量圆顺，以避免应力集中；(2) 各部开挖高度一般取为宜，这样施工比较方便；(3) 分部开挖时，要保证隧道周边围岩稳定，并及时做好临时支护工作；(4) 各部尺寸大小应能满足风、水、电等管线布设要求。导坑法由于工序繁多，对围岩多次扰动，开挖面长时间暴露，易造成塌方；且作业空间狭小，半机械化作业，施工环境差，工效低，因此目前隧道施工中很少采用。二、钻爆施工安全技术1
44、. 钻眼安全注意事项(1) 开眼时必须使钎头落在实岩上，如有浮矸，应处理好后再开眼；(2) 不允许在残眼内继续钻眼；(3) 开眼时给风阀门不要突然开大，待钻进一段后，再开大风门；(4) 为避免断钎伤人，推进凿岩机不要用力过猛，更不要横向用力，凿岩时钻工应站稳，应随时提防突然断钎；(5) 一定要注意把胶皮风管与风钻接牢，并在使用过程中随时注意检查，以防脱落伤人；(6) 缺水或停水时，应立即停止钻眼；(7) 工作面全部炮眼钻完后，要把凿岩机具清理好，并撤至规定的存放地点。2. 装药安全注意事项(1) 装药前应检查顶板情况，撤出设备与机具，并切断除照明以外的一切设备的电源。照明灯及导线也应撤离工作面
45、一定距离；装药人员应仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，对准备装药的全部炮孔进行清理，清除炮孔内的残渣和积水；(2) 应严格按照设计的装药量进行装填；(3) 应使用木质或竹制炮棍装填炸药和填塞炮孔；(4) 不应投掷起爆药包和敏感度高的炸药，起爆药包装入后应采取有效措施，防止后续药卷直接冲击起爆药包；(5) 装药发生卡塞时，若在雷管和起爆药包放入之前，可用非金属长杆处理。装入起爆药包后，不应用任何工具冲击、挤压；(6) 在装药过程中，不应拔出或硬拉起爆药包中的导火索、导爆管、导爆索和电雷管脚线。3. 填塞注意事项(1) 填塞是保证爆破成功的重要环节之一，必须保证足够的填塞长度和填塞质量，禁止使用无填塞爆破；(2) 填塞材料一般为砂子和黏土混合物，其比例大致为砂子50%40%，黏土50%60%，填塞长度视炮孔直径