爆破工程技术与施工

爆破工程技术与施工 中国铁路工程局隧道工程公司 李先生 1、隧道爆破常识 l.1隧道爆破的特点 （1）只有一个自由面（临空面）； （2）炮眼深度受到一定限制，这是与隧道围岩条件、打眼机械工具、爆破技术等有关系； （3）受隧道围岩条件的控制，爆破参数主要取决于围岩级别；还取决于开挖方法与断面大小； （4）钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行； （5）隧道爆破、炮眼比较集中，1.5-2个/m2； （6）多采用类比法设计，计算简单。不象洞室爆破、拆除爆破等要进行较复杂的计算和药包的布置。 1.2炮眼直径与炮眼深度 （1）炮眼直径：常采用Φ32-Φ45mm钻孔，采用液压台车液压钻机时，钻孔一般为Φ48mm、Φ63mm、Φ76mm和大中空孔Φ102mm、Φ152mm。 （2）炮眼深度 浅孔—1~3m；手持式风钻、液压钻； 深孔—3~5m；钻孔台车、液压钻； 超深孔—>5m；钻孔台车、液压钻。 1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级，即是通用的“铁路隧道围岩分级”，而不是按岩土可爆性分级分类的。一般V、Ⅵ级围岩不用钻爆法。 1.4炮眼的种类和作用 隧道开挖爆破的炮眼数目与隧道断面、围岩级别、爆破方法等有关，多在几十至几百范围内。 炮眼按其在开挖断面所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可大致分为如下几种： （1）掏槽眼 针对隧道爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，先在开挖断面的适当位置，布置一些装药量较多的炮跟，先行爆破，炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的“临空面”。 （2）辅助眼 位于掏槽跟与周边限之间的炮眼，统称为辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造“临空面”。常把靠近掏槽服的炮眼并有扩大掏槽作用的炮眼，又称为“辅助掏槽眼”或“扩槽眼”；常把靠近周边眼的一排炮眼，称为“内圈眼”。 （3）周边眼 沿隧道周边布置的炮眼，称为周边眼。其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。按其所在不同位置，又可分为“帮眼”、“顶拱眼”、“底板眼”。 1.5隧道钻眼机械设备与装药设备，前面已介绍。 我们集团公司施工工点，仍多使用手持式风钻，或将风钻设置于台架上。手持液压钻机在三处有限公司开始推广应用，这是一个方向，节能、省去管道敷设、扭矩和冲击力都大于一般风钻，可以打更深更大的炮眼。 自大瑶山隧道旌工引进全液压凿岩台车以来，我集团公司在少数重点工程中，仍使用全液压凿孔岩台车，有二臂、三臂和四臂台车，在轮式和轨行式两种走行方式可打3.9m、5.15m炮眼，眼径Φ48mm，大中空孔眼径Φ102mm。国外台车，也在不断发展，多臂有5、6个臂；炮孔直径Φ48、Φ63、Φ76、Φ102、Φ152m不等，可在不同位置打起不同作用的炮眼，变得更先进。同时，使用电子计算机控制的全自动钻孔台车（凿岩台车）也在欧洲和经济发达地区使用。 目前，工地装药仍以手工操作为主，很少使用装药机。装药机应该提倡使用，也是应该大力推广的操作方法。 1.6炮眼布置测量设备 在掌子面布孔，是钻爆作业的第一道工序，以前完全是靠已有的中线、水平点，采用人工操作，用红油漆画出隧道轮廓线的方法。 采用激光指向仪控制隧道轮廓的方法较为先进，可以利用激光光斑，再画出炮眼位置。目前此法已广泛应用。 采用“断面仪”布炮眼的方法最为先进．现在已经在少数工点应用。 使用激光指向仪和断面仪布眼，控制轮廓线准确，为隧道爆破取得良好效果的第一道工序的保证。这样才能减少超、欠挖。 l.7常用的隧道爆破器材 （1）药卷： ①二号岩石炸药卷Φ32、Φ25mm；并可以根据使用单位的要求，做成Φ20mm、Φ40mm。 ②二号岩石乳化炸药卷Φ32、Φ25rm，并可根据使用单位的要求，做出Φ40mm。 ③低爆速光面爆破炸药卷，由化工厂特制，Φ20、Φ15mm的低爆速药卷，其爆速为1500m～2000m／s。 （2）雷管： ①火雷管； ②导爆管毫秒雷管； ③导爆管1／4秒和半秒级雷管。 应注意有瓦斯或矿尘爆炸危险场所禁止使用。 ★起爆药卷——装有雷管的药卷叫做起爆药卷 1.7隧道爆破有害效应 与所有工程爆破一样，隧道爆破同样会产生有害效应 ①爆破冲击波，应注意其对人对物的伤害。 ②爆破振动，应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。 ③爆破飞石，应注意其对人对物的伤害。 ④爆破有害气体，应注意其对人的伤害。 ⑤爆破噪音，应注意对人的伤害。 ⑥爆破粉尘，应注意其对人的伤害。 对上列有害效应，都可以采取技术措施降低的。可以而且应该采取技术措施预防有害效应对人对物的伤害与破坏。 2、隧道爆破设计 隧道开挖前应做好隧道爆破设计，这也是隧道实施性施组的一项内容，也是计划进度、工期、材料等的依据。 隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明”，并应绘制出大比例尺交底图对作业工人进行交底，付诸实施。 2.1隧道爆破设计的依据 （1）工程地质条件、围岩级别； （2）开挖方法； （3）开挖断面； （4）掘进循环进尺； （5）钻眼机具； （6）爆破器材； （7）施工队伍的操作技术； （8）周围环境，尤其是城市隧道，更要考虑环境因素。 2.2隧道爆破设计的方法与内容 （1）利用经验参数，利用数理统计出来的参数，作为设计参数。 （2）工程类比方法： ①工程地质条件； ②断面大小； ③使用的爆破器材，尤其是炸药种类与药径； ④爆破效果。 （3）作一些简单的计算 ①炮眼个数； ②装药量与单耗、装药集中度等。 （4）要有炮眼布置图：包括掏槽眼、辅助眼、周边眼。掏槽眼较复杂时，应绘制大样图。图中要标明起爆先后顺序和雷管的安排布置。一般有正面图与剖面图即可。 （5）要有钻孔、装药表，标明和表达出钻孔名称、钻孔直径、钻孔深度、角度、装药量、延时雷管段数（段别）、开挖断面、开挖进尺、炮眼利用率、炸药总重、单耗（1kg/m3）、雷管单耗（个/m3）。 （6）要有简单扼要的说明，包括工程地质条件、钻孔、装药、堵塞要求、安全技术措施以及经济技术指标等。 2.3隧道掏槽形式和主要参数 掏槽效果的好坏．直接影响整个隧道爆破效果，明显的是对炮眼利用率和周边光爆炮眼的影响。 根据掏槽炮眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类。 2.3.1斜眼掏槽 斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。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。 隧道爆破中常用的是水平楔形掏槽，其中深孔爆破采用大间距多对水平深孔楔形掏槽，一段为3.5m-5.0m深，使用于坚硬岩石较多。 （1）水平楔形掏槽 掏槽眼水平成对布置（两对以上），爆破后形成楔形槽口。炮眼与开挖面的夹角、上下两对炮眼的间距a与同一平面上一对掏槽眼眼底的距离b，是影响此种掏槽爆破效果的重要因素。此种掏槽形式的主要参数，随围岩级别不同而不同，列出一些经验数据作为设计参照。见附录。 （2）锥形掏槽 这种炮眼呈角锥形布置，各掏槽眼以相等或近似相等的角度向开挖面中心轴线倾斜，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。四角锥形掏槽常用于受岩层层理、节理、裂隙影响较大的围岩。由于毫秒雷管的应用，此种较难操作的角锥形掏槽也很少使用了。因为毫秒雷管的应用，改善了掏槽效果。 斜眼掏槽具有操作简单，打眼精度要求较直眼掏槽低，能按岩层的实际状况选择掏槽方式和掏槽角度，易把岩石抛出、掏槽炮眼的数量少且炸药耗量低等优点。但是，炮眼深度易受开挖断面尺寸的控制，不易提高循环进尺，也不便于多台凿岩机同时作业和开挖断面小时，进尺受限制。 此种掏槽的主要参数见附录。 2.3.2直眼掏槽 直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，掏槽炮眼形式多样，掏槽深度不受围岩软硬和开挖面断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业，深孔爆破和钻眼机械化，从而为提高掘进速度提供了有利条件。由于直眼掏槽凿岩作业较方便，不需随循环进展的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼深度，且石碴抛掷距离也可近些，受到工地欢迎。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量较多，对眼距、装药等要求严格一些，如果设计不当，可能使槽内岩石不易抛掷或重新固结而降低炮眼利用率。 （1）直眼掏槽形式 过去常用的有龟裂掏槽、五眼梅花掏槽（五眼中空）和螺旋掏槽。近十多年来，由于重型凿岩机械的使用，尤其是钻孔台车的使用，能钻大于102mm直径炮孔的液压钻机投入施工之后，直眼掏槽的布置形式有了新的发展。目前常见的形式有： ①柱状掏槽（或称筒形掏槽），这是隧道局在1979年研究成功并投入使用的非常成功的掏槽形式。它是充分利用大直径中空眼作为“临空孔”（隧道局定的“术语”）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。作为“临空孔”（一般为Φ102mm和Φ153mm）的空眼数目，视炮眼深度而定。一般当孔眼深度小于3.0m时，采用1个；当孔眼深度为3.0~3.5m时，采用双临空孔；当孔眼深度为3.5~5.0m时，采用3临空孔。经验：第一起爆装药孔离开临空孔的净距离不大于1.5倍。并应注意炮眼平行，不能相交（打穿）。大中空孔直眼掏槽区一般为1.0m×1.0m。 ②螺旋形掏槽，它是由柱状掏槽发展而来，其特点是中心眼为空跟（不装药），邻近空眼的各装药孔至空眼之间的距离逐渐增大，其联线呈螺旋状。见附录。 其主要参数：装药眼与空眼之间的距离分别为a=（1.0—1.5）D，b=（1.2—2.5）D，c=（3.0—4.0）D，d=（4.0一5.0）D。D为空眼直径，一般不小于Φ63mm，可用Φ102mm钻头，Φ63mm钻头、Φ76mm钻头。也可以使用Φ63mm钻头钻成8字形空孔，爆破按l、2、3、4由近及远顺序起爆，以充分利用自由面，扩大掏槽效果。 （2）影响直眼掏槽效果的因素 直眼掏槽以空眼作为增加的临空两，利用炸药爆炸的能量将槽内岩石破碎，并借助爆破产生的气体的余能将已破碎的岩块从槽腔内抛出。在直胀掏槽中，应注意以下几点： ①眼距。空眼与装药眼之问的距离。当使用等直径炮孔时，此距离一般随岩