第五章 隧道开挖施工

1、n施工方案与施工方案与开挖方法开挖方法 n凿岩爆破凿岩爆破 n装岩与运输装岩与运输 n洞室通风洞室通风 施工方案施工方案 n施工方案是根据一个施工项目指定的实施工方案是根据一个施工项目指定的实 施方案。施方案。 n组织机构方案、组织机构方案、 n人员组成方案、技术方案、人员组成方案、技术方案、 n安全方案、安全方案、 n材料供应方案材料供应方案 施工方案施工方案 n根据开挖、支护及安装等程序，施工方根据开挖、支护及安装等程序，施工方 案可以分为两类：案可以分为两类： 1 1、一次成巷方案、一次成巷方案 2 2、多次成巷方案、多次成巷方案 一次成巷方案一次成巷方案 n定义：定义：一次成巷的施工方

2、案一次成巷的施工方案，要求在单，要求在单 位时间内完成开挖、永久支护、安装铺位时间内完成开挖、永久支护、安装铺 设等项工程，达到设计规定的成巷要求，设等项工程，达到设计规定的成巷要求， 使隧道尽快投产。使隧道尽快投产。 ( (一次成巷实际是多工序平行作业的施一次成巷实际是多工序平行作业的施 工方案工方案) ) 一次成巷方案一次成巷方案 n一次成巷适用范围：一次成巷适用范围： 断面不大的隧道施工中，一次成巷要求断面不大的隧道施工中，一次成巷要求 全断面开挖、支护和安装一次完成，开全断面开挖、支护和安装一次完成，开 挖工作和永久支护之间应相隔一段距离，挖工作和永久支护之间应相隔一段距离， 使开挖和

3、支护同时进行。使开挖和支护同时进行。 断面较大的隧道施工中，采用先开导洞断面较大的隧道施工中，采用先开导洞 后扩挖支护法、台阶工作面法。后扩挖支护法、台阶工作面法。 多次成巷方案多次成巷方案 n定义：多次成巷是指在一条隧道中开挖、定义：多次成巷是指在一条隧道中开挖、 支护、安装等依次完成。支护、安装等依次完成。 n适用范围：我国矿山部门已不提倡使用适用范围：我国矿山部门已不提倡使用 多次成巷方案，水工、铁路、公路隧道多次成巷方案，水工、铁路、公路隧道 施工中，因为隧道用途不同一次成巷困施工中，因为隧道用途不同一次成巷困 难，此时可选用多次成巷方案。难，此时可选用多次成巷方案。 两种方案的特点两

4、种方案的特点 n一次成巷有如下一次成巷有如下优点优点（机械化程度不高）（机械化程度不高） 1 1、成巷速度快；原因：充分利用隧道的有、成巷速度快；原因：充分利用隧道的有 限空间、组织多工序平行作业。限空间、组织多工序平行作业。 2 2、综合功效高；原因：充分利用工时，各、综合功效高；原因：充分利用工时，各 工种之间能相互协作，从而减少窝工，工种之间能相互协作，从而减少窝工， 支护填充石料就地取材支护填充石料就地取材，节约劳动力。，节约劳动力。 3 3、作业安全；原因：一次成巷的永久支护、作业安全；原因：一次成巷的永久支护 可以及时支撑顶板。可以及时支撑顶板。 两种方案的特点两种方案的特点 n缺

5、点：如果组织不好，在一次成巷的工缺点：如果组织不好，在一次成巷的工 作面上，由于人员多，同时作业的项目作面上，由于人员多，同时作业的项目 也多，会造成一定的紊乱。也多，会造成一定的紊乱。 n解决方法：在采用一次成巷的隧道中，解决方法：在采用一次成巷的隧道中， 必须把技术管理紧紧跟上，这样才能解必须把技术管理紧紧跟上，这样才能解 决上述问题。决上述问题。 n快速开挖隧道：使占时间较多的钻眼、快速开挖隧道：使占时间较多的钻眼、 装岩和支护三项主要作业平行，还要实装岩和支护三项主要作业平行，还要实 施多工序平行交叉作业。施多工序平行交叉作业。 两种方案的特点两种方案的特点 n机械化程度高，多次成巷方

6、案的机械化程度高，多次成巷方案的优点优点： 1 1、作业单一；、作业单一； 2 2、工作条件好；、工作条件好； 3 3、功效高；、功效高； 4 4、便于推广高效率设备。、便于推广高效率设备。 开挖方法开挖方法 n按破碎岩石的方法来分：按破碎岩石的方法来分： 钻爆法（适用于各类岩石地层）钻爆法（适用于各类岩石地层） 盾构法、盾构法、管棚桩管棚桩法（适用于软土地层）法（适用于软土地层） 掘进机掘进机法（中硬以下的岩层中）法（中硬以下的岩层中） 开挖方法开挖方法 n洞室常用开挖方法洞室常用开挖方法 1 1、全断面开挖法、全断面开挖法 2 2、台阶开挖法、台阶开挖法 3 3、导洞开挖法、导洞开挖法 4

7、 4、分部开挖法、分部开挖法 全断面开挖法全断面开挖法 n适用范围：在岩石坚固性中等以上，节适用范围：在岩石坚固性中等以上，节 理裂缝不甚发育，围岩整体性好，断面理裂缝不甚发育，围岩整体性好，断面 小于小于100100平方米的条件下，可采用全断面平方米的条件下，可采用全断面 开挖。开挖。 n优点：由于开挖面大，能发挥深孔爆破优点：由于开挖面大，能发挥深孔爆破 的优点；作业集中，便于施工管理；工的优点；作业集中，便于施工管理；工 作面空间大，易于通风，适合选用以大作面空间大，易于通风，适合选用以大 型机械为主的机械化作业线，施工速度型机械为主的机械化作业线，施工速度 快。快。 n缺点：使用小型机

8、械时，凿岩、装药、缺点：使用小型机械时，凿岩、装药、 装岩等比较麻烦，难以提高生产效率。装岩等比较麻烦，难以提高生产效率。 台阶开挖法台阶开挖法 n正台阶开挖法正台阶开挖法 n反台阶开挖法反台阶开挖法 采用正台阶法开挖时，采用正台阶法开挖时， 将洞室断面分成两部将洞室断面分成两部 分，先掘上部断面使分，先掘上部断面使 上部超前而出现台阶。上部超前而出现台阶。 采用反台阶法开挖采用反台阶法开挖 时，将洞室断面分时，将洞室断面分 成两部分，先掘下成两部分，先掘下 部断面使下部超前部断面使下部超前 而出现反台阶。而出现反台阶。 台阶开挖法台阶开挖法 n正反台阶法对比：正反台阶法对比： 优点：优点：

9、正台阶法：不需为上部工作正台阶法：不需为上部工作 面搭设凿岩台架。面搭设凿岩台架。 反台阶法：减少了反台阶法：减少了 上部工作面人力耙运岩碴，平行作业时上部工作面人力耙运岩碴，平行作业时 间长，工效高。间长，工效高。 缺点：缺点：反台阶需搭设凿岩台架。反台阶需搭设凿岩台架。 正台阶法上部出碴慢，影响下部进度。正台阶法上部出碴慢，影响下部进度。 支护方式：支护方式： , ,喷混凝土衬砌：先整体开挖，后喷混凝土衬砌：先整体开挖，后 整体性自下而上的先墙后拱支护；整体性自下而上的先墙后拱支护； 锚喷支护：拱顶支护与上部开挖平锚喷支护：拱顶支护与上部开挖平 行作业。行作业。 台阶开挖法台阶开挖法 台阶

10、开挖法台阶开挖法 n台阶法与全断面开挖法共同具有的台阶法与全断面开挖法共同具有的优点优点： 1 1、开挖空间大，有利于提高施工机械化程、开挖空间大，有利于提高施工机械化程 度和劳动生产率；度和劳动生产率； 2 2、作业地点集中，施工管理方便、作业地点集中，施工管理方便 3 3、轨道和管线路可以一次铺成，并可铺成、轨道和管线路可以一次铺成，并可铺成 双轨提高出渣效率；双轨提高出渣效率； 4 4、通风条件好，有利于改善劳动条件。、通风条件好，有利于改善劳动条件。 导洞开挖法导洞开挖法 n定义：借助辅助巷道（导洞）开挖大断定义：借助辅助巷道（导洞）开挖大断 面洞室的方法称为面洞室的方法称为导洞开挖法

11、导洞开挖法。 n导洞的作用：可以用于洞室施工通风、导洞的作用：可以用于洞室施工通风、 行人和运输，并有助于进一步查明洞室行人和运输，并有助于进一步查明洞室 范围内的地质情况。范围内的地质情况。 n导洞的特点：具有临时性，一般断面面导洞的特点：具有临时性，一般断面面 积为积为4-84-8平方米，在中等稳定岩层中不需平方米，在中等稳定岩层中不需 要临时支护，其按照位置分为要临时支护，其按照位置分为“上导洞、上导洞、 下导洞、上下导洞、侧导洞等几种开挖下导洞、上下导洞、侧导洞等几种开挖 方法。方法。 分部开挖法分部开挖法 n定义：分部开挖法是将隧道断面分部开定义：分部开挖法是将隧道断面分部开 挖逐步

12、成形，且一般将某部超前开挖，挖逐步成形，且一般将某部超前开挖， 故也可以称为导坑超前开挖法。故也可以称为导坑超前开挖法。 n优点：分部开挖跨度较小，能显著增强优点：分部开挖跨度较小，能显著增强 洞室围岩的相对稳定性，且易于进行局洞室围岩的相对稳定性，且易于进行局 部支护。部支护。 n缺点：部分开挖法工序多，工作面多，缺点：部分开挖法工序多，工作面多， 干扰大，开挖进度慢。干扰大，开挖进度慢。 n适用范围：因此它主要适用于围岩软弱适用范围：因此它主要适用于围岩软弱 破碎严重且断面较大的洞室。破碎严重且断面较大的洞室。 单侧壁导坑法单侧壁导坑法 双侧壁导坑法双侧壁导坑法 选择开挖方法考虑的因素选择

13、开挖方法考虑的因素 n1 1、地质条件：地质条件：洞室的开挖与支护方式、洞室的开挖与支护方式、 施工速度、工程费用都与施工速度、工程费用都与围岩的地质条围岩的地质条 件件和和地下水情况地下水情况有关，尤其是开挖方法有关，尤其是开挖方法 和支护形式，在很大程度上取决于地质和支护形式，在很大程度上取决于地质 条件。所以要先通过观察判断围岩的允条件。所以要先通过观察判断围岩的允 许暴露面积和暴露时间，选择相适应的许暴露面积和暴露时间，选择相适应的 开挖方法，同时还要注意排水。开挖方法，同时还要注意排水。 选择开挖方法考虑的因素 n2 2、洞室的断面大小：、洞室的断面大小：大断面洞室也因断大断面洞室也

14、因断 面大小不同而采用不同的施工方法。这主面大小不同而采用不同的施工方法。这主 要是从稳定围岩角度考虑的，其次考虑开要是从稳定围岩角度考虑的，其次考虑开 挖进度，便于凿岩和装运岩石等因素。挖进度，便于凿岩和装运岩石等因素。 n3 3、洞室的支护形式：、洞室的支护形式：支护类型的支护类型的分类分类多多 样化，因此开挖方法也要与之相适应。样化，因此开挖方法也要与之相适应。 选择开挖方法考虑的因素选择开挖方法考虑的因素 n4 4、装运条件：、装运条件：选择洞室开挖方法，除考选择洞室开挖方法，除考 虑稳定围岩外，尽量提供便于装运岩石虑稳定围岩外，尽量提供便于装运岩石 的条件。的条件。 n5 5、施工队

15、伍与设备条件：、施工队伍与设备条件：确定洞室开挖确定洞室开挖 方法时，必须从现实出发，尽量利用单方法时，必须从现实出发，尽量利用单 位现有的设备和机具，并考虑充分发挥位现有的设备和机具，并考虑充分发挥 施工队伍的技术特长。施工队伍的技术特长。 施工实例：施工实例： 北京饭店地下停车库的施工北京饭店地下停车库的施工 覆土厚覆土厚6.2m，采用暗挖法施工，东西长，采用暗挖法施工，东西长 271m，南北总宽为，南北总宽为36m，并毗邻在建，并毗邻在建 的地铁王府井车站及区间，北邻北京饭的地铁王府井车站及区间，北邻北京饭 店大楼，最近距离不到店大楼，最近距离不到2m。主体结构地。主体结构地 下两层。下

16、两层。 五跨结构施工方案五跨结构施工方案 n凿岩爆破基本参数凿岩爆破基本参数 n炸药在炮孔中分配方法与实际爆破参数炸药在炮孔中分配方法与实际爆破参数 的确定的确定 n布孔设计布孔设计 n光面爆破和预裂爆破光面爆破和预裂爆破 n凿岩机械与工具选择凿岩机械与工具选择 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 岩石破碎技术及其发展岩石破碎技术及其发展 最原始的岩石破碎是用最原始的岩石破碎是用锤击岩石锤击岩石，随后是，随后是 用用热胀冷缩热胀冷缩的原理，用木材烧热岩石，随后再的原理，用木材烧热岩石，随后再 用冷水浇，造成岩石碎裂，显然这些方法碎岩用冷水浇，造成岩石碎裂，显然这些方法碎岩 效

17、率是很低的。效率是很低的。 黑火药黑火药在其发明之初主要用于军事。正式在其发明之初主要用于军事。正式 用在隧道开挖则是公元用在隧道开挖则是公元16271627年年Kasper WeindeKasper Weinde 首先在匈牙利，使用黑火药进行了矿山岩石巷首先在匈牙利，使用黑火药进行了矿山岩石巷 道爆破。那时，还没有钻机，用手工打眼，塞道爆破。那时，还没有钻机，用手工打眼，塞 进黑火药，再进行起爆。进黑火药，再进行起爆。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 直到直到18631863年，意大利年，意大利SomminellerSommineller发明了发明了 风动凿岩机风动凿岩

18、机，才开始使用风钻进行隧洞开挖。，才开始使用风钻进行隧洞开挖。 同时，火药也做成药卷形式使用。同时，火药也做成药卷形式使用。18571857年至年至 18701870年，欧洲修建的仙尼斯铁路隧道，长年，欧洲修建的仙尼斯铁路隧道，长 12233m12233m，就是采用这种开挖方法。，就是采用这种开挖方法。 炸药的发展相对慢一些，从炸药的发展相对慢一些，从18461846年提炼出年提炼出 硝化甘油到硝化甘油到18751875年诺贝尔制成胶质炸药，几乎年诺贝尔制成胶质炸药，几乎 用了用了3030年时间。到年时间。到18701870年，在欧洲修建长年，在欧洲修建长 14912m14912m的圣哥达隧道

19、时，隧道钻爆技术更趋完的圣哥达隧道时，隧道钻爆技术更趋完 善进步了。善进步了。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 随着科技的发展，目前正在研制开发随着科技的发展，目前正在研制开发 并渐趋成熟的破岩技术有如下几种：并渐趋成熟的破岩技术有如下几种：水力水力 破岩；热破岩；热机碎岩；贯通锥形断裂破岩机碎岩；贯通锥形断裂破岩 (PCF(PCF技术技术) )；激光破岩；微波破岩；等离；激光破岩；微波破岩；等离 子破岩；电子束破岩子破岩；电子束破岩等。等。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 钻孔爆破法是岩土工程中广泛采用的钻孔爆破法是岩土工程中广泛采用的 一种破碎岩

20、石的传统方法。一种破碎岩石的传统方法。 钻爆法施工主要由：钻孔、爆破、出钻爆法施工主要由：钻孔、爆破、出 碴三个基本工序组成。碴三个基本工序组成。相继完成这三个工相继完成这三个工 序作业为一个开挖循环或掘进循环。序作业为一个开挖循环或掘进循环。每一每一 掘进循环所推进的长度称之为循环进尺。掘进循环所推进的长度称之为循环进尺。 除了这三个基本工序外，实现循环进除了这三个基本工序外，实现循环进 尺还需进行如临时支护、测量、供水供气、尺还需进行如临时支护、测量、供水供气、 工作面通风防尘等多方面的工作，通常把工作面通风防尘等多方面的工作，通常把 这类作业称为这类作业称为辅助作业辅助作业。 5.2 5

21、.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 要求：要求： u按设计要求开挖出断面；按设计要求开挖出断面； u石碴块度适中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输；石碴块度适中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输； u钻眼工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间；钻眼工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间； u减小对围岩的震动破坏，以保证围岩的稳定；减小对围岩的震动破坏，以保证围岩的稳定； u减少对施工用机具设备及支护结构的破坏，减少对周围减少对施工用机具设备及支护结构的破坏，减少对周围 环境的破坏。环境的破坏。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆

22、法施工作业 1.1.爆破破岩作用机理及有关概念爆破破岩作用机理及有关概念 u压缩粉碎区压缩粉碎区 u抛掷区抛掷区 u破坏区破坏区 u震动区震动区 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 u临空面临空面 又叫又叫自由面自由面，是指暴露在大气中的开挖面。是指暴露在大气中的开挖面。 u爆破漏斗爆破漏斗 在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆 锥形的锥形的爆破凹坑爆破凹坑就叫爆破漏斗。就叫爆破漏斗。 爆破基本概念爆破基本概念 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 u最小抵抗线最小抵抗线W W 药包中心到自由面的最小距离。药包中心到自由面的最小距离

23、。 爆破作用指数爆破作用指数 爆破漏斗半径爆破漏斗半径r r与最小抵抗线与最小抵抗线W W的比值的比值n n （n=r/wn=r/w）称为爆破作用指数）称为爆破作用指数 n=1n=1的爆破称为标准抛掷爆破，其漏斗标准的爆破称为标准抛掷爆破，其漏斗标准 抛掷爆破漏斗；抛掷爆破漏斗； n n1 1的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破；的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破； 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 0.75n10.75n1的爆破称为加强松动或减弱抛的爆破称为加强松动或减弱抛 掷爆破；掷爆破； n0.75n0.75的爆破称为松动爆破。的爆破称为松动爆破。 思考题：用凿岩爆破法，要

24、进行哪思考题：用凿岩爆破法，要进行哪 些参数的设计？些参数的设计？ 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n单位岩体炸药消耗量单位岩体炸药消耗量 n开挖断面的炮孔数量开挖断面的炮孔数量 n炮孔直径和药卷直径炮孔直径和药卷直径 n炮孔深度炮孔深度 n炮孔间距与抵抗线炮孔间距与抵抗线 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 单位岩体炸药消耗量单位岩体炸药消耗量 n定义：爆破每立方米岩石所需的炸药量定义：爆破每立方米岩石所需的炸药量 称为称为单位岩体炸药消耗量单位岩体炸药消耗量。 影响因素：岩体的力学性质影响因素：岩体的力学性质 隧道断面的大小以及自由面的数量隧道断面的大小以及

25、自由面的数量 选取炸药的性能选取炸药的性能 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n经验公式：断面面积小于经验公式：断面面积小于20m20m2 2的使用：的使用： x cx el ds fl. q 4 4 3 30 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n经验公式：断面面积在经验公式：断面面积在20-50 20-50 之间时之间时 使用：使用： n 2 m S FKK S KLf q 32 11 8 . 3 3 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n经验公式：断面面积大于经验公式：断面面积大于50 50 时使用：时使用：

26、n 2 m S FKK s KLf q S 50 8 . 3 3 32 11 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n经验公式：坚硬岩体大断面开挖的单位经验公式：坚硬岩体大断面开挖的单位 岩体炸药消耗量按照：岩体炸药消耗量按照： n （瑞典建议采用的计算式，其值偏小）（瑞典建议采用的计算式，其值偏小） 8 .0 14 s q 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n确定炮孔数量的原则确定炮孔数量的原则： n1 1、在保证爆破效果良好，即炮孔利用率、在保证爆破效果良好，即炮孔利用率 高，爆破形成的洞室规格符合设计要求高，爆破形成的洞室规格符合设计要求 的前提下，以及在满足装岩设备

27、要求的的前提下，以及在满足装岩设备要求的 块度前提下，尽量可能减少炮孔；块度前提下，尽量可能减少炮孔； n2 2、岩层稳定性较差时，符合、岩层稳定性较差时，符合“新奥法新奥法” 或光面爆破的原则，多打孔少装药。或光面爆破的原则，多打孔少装药。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n按经验公式来确定炮孔数量按经验公式来确定炮孔数量 n20 20 以内断面的洞室可按下面公式计以内断面的洞室可按下面公式计 算：算： n 2 m 21 1 nn ga qsl N x 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n大断面洞室按下式进行计算：大断面洞室按下式进行计算： n SaaN 21 5.

28、2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 炮孔直径和药卷直径炮孔直径和药卷直径 n炮孔直径和药卷直径越大，炸药的能量炮孔直径和药卷直径越大，炸药的能量 利用率越高，需要的炮孔量越少，但对利用率越高，需要的炮孔量越少，但对 围岩的破环也越大，所以不易过大或过围岩的破环也越大，所以不易过大或过 小。小。 n定义：定义：不偶合系数不偶合系数炮孔直径和药卷炮孔直径和药卷 直径的比值直径的比值 n炮孔直径与药卷直径间隙的存在，不但炮孔直径与药卷直径间隙的存在，不但 影响爆破效率影响爆破效率，而且有产生，而且有产生间隙效应间隙效应的的 可能性。可能性。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 炮孔直

29、径和药卷直径炮孔直径和药卷直径 n凿岩机钻孔速度的经验公式：凿岩机钻孔速度的经验公式： n 孔越大，速度越慢。孔越大，速度越慢。 P dd d d VV 2 1 12 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 炮孔深度 n孔深这个参数，如果仅就凿岩技术条件确 定最优凿岩深度，一般比较容易的，经现 场实测便可以确定。 n设计时，希望尽可能增加炮孔深度，这样 有利于增加循环进尺，相对减少辅助作业 时间，降低爆破材料的消耗量，进而降低 开挖成本。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 炮孔间距与抵抗线 炮孔间距即同排或同圈炮眼中心之间的距离。炮孔间距即同排或同圈炮眼中心之间的距离。 5.

30、2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 隧道工程中常用的炸药隧道工程中常用的炸药 u铵梯炸药。铵梯炸药。 u浆状（水胶）炸药。该种炸药具有抗水性强、密度浆状（水胶）炸药。该种炸药具有抗水性强、密度 高、爆炸威力大、原料广、成本低和安全等优点，高、爆炸威力大、原料广、成本低和安全等优点， 常用于有水爆破中。常用于有水爆破中。 u 乳化炸药。通常是以硝酸铵，硝酸钠水溶液与碳质乳化炸药。通常是以硝酸铵，硝酸钠水溶液与碳质 燃料通过乳化作用形成的乳脂状混合炸药，也称为燃料通过乳化作用形成的乳脂状混合炸药，也称为 乳胶炸药。乳胶炸药。 u 硝化甘油

31、炸药。硝化甘油炸药抗水性强、密度高、硝化甘油炸药。硝化甘油炸药抗水性强、密度高、 爆炸威力大。爆炸威力大。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 u掏槽眼掏槽眼针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特 点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置布点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置布 置几个掏槽炮眼；置几个掏槽炮眼； u辅助眼辅助眼位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称 为辅助眼继爆管；为辅助眼继爆管； u周边眼周边眼沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。 1 1、炮眼的种类、炮眼的种

32、类： 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 掏槽眼掏槽眼 辅助眼辅助眼 周边眼周边眼 上台阶：1段：4个，每孔装药5巻 3段：5个，每孔装药4巻 5段：9个，每孔装药4巻 7段：2个，每孔装药4巻 9段：12个，每孔装药4巻 10段：31个，每孔装药1巻 11段：13个，每孔装药4巻 共76个孔，215巻炸药。 下台阶：1段：8个，每孔装药4巻 3段：8个，每孔装药4巻 5段：4个，每孔装药4巻 7段：10个，每孔装药4巻 7段：13个，每孔装药1巻 共43个孔，共142巻炸药。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 2 2、掏槽眼的形式掏槽眼的形式 u斜眼掏槽

33、斜眼掏槽 垂直楔形掏槽垂直楔形掏槽 锥形掏槽锥形掏槽 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 u直眼掏槽直眼掏槽所有掏槽炮眼均垂直于开挖面所有掏槽炮眼均垂直于开挖面 的掏槽形式，称为直眼掏槽。的掏槽形式，称为直眼掏槽。 柱状掏槽柱状掏槽：充分利用大直径空眼作为临空孔：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。状槽口的掏槽爆破。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 螺旋形掏槽螺旋形掏槽中心眼为空眼，邻近空眼的中心眼为空眼，邻近空眼的

34、 装药眼与空眼之间距离逐渐加大，其联线呈螺装药眼与空眼之间距离逐渐加大，其联线呈螺 旋形状。旋形状。 辅助孔 n定义：从掏槽孔至周边孔之间的孔称为辅助 孔，也称扩槽孔。 n作用：其作用是扩大掏槽容积并按洞室形状 逐渐扩挖。 n布孔原则：辅助孔按爆破原理或三角形原理 进行布孔，即主要考虑抵抗线。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 周边孔 n定义：位于隧洞边缘，通过爆破控制隧洞边 缘轮廓线的孔，称为周边孔。 n作用：周边孔起控制洞室轮廓线的作用。 n布孔原则：对孔位、孔深和角度偏差都有较 高的要求。普通爆破，因爆破对围岩破坏的 影响，周边孔的孔位可在设计轮廓线以内 10cm处。光面爆破

35、，其孔位应在轮廓线上。 孔距与隧洞的断面大小和岩石的坚硬度有关。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n炸药的布置：掏槽孔和底板孔按平均药炸药的布置：掏槽孔和底板孔按平均药 量的量的110%110%120%120%布药，非光面爆破时的布药，非光面爆破时的 周边孔按平均药量的周边孔按平均药量的80%80%90%90%布药，光布药，光 面爆破时的周边孔按光面爆破参数设计面爆破时的周边孔按光面爆破参数设计 要求布药，剩下的炸药则均匀布在辅助要求布药，剩下的炸药则均匀布在辅助 孔中。孔中。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 光

36、面爆破光面爆破 光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数，光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数， 使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆 破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整 性和稳定性的爆破技术。性和稳定性的爆破技术。 光面爆破效果图光面爆破效果图 光面眼光面眼 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 光面爆破的分区起爆顺序为：光面爆破的分区起爆顺序为： 掏槽眼掏槽眼辅助眼辅助眼周边眼周边眼底板眼底板眼 预裂爆破：预裂爆破：预裂爆破实质上是光面爆破的一种，预裂爆破实质上是光

37、面爆破的一种， 其爆破原理与光面爆破相同，只是分区起爆顺其爆破原理与光面爆破相同，只是分区起爆顺 序不同。预裂爆破的分区起爆顺序为：序不同。预裂爆破的分区起爆顺序为： 周边眼周边眼掏槽眼掏槽眼辅助眼辅助眼底板眼底板眼。 周边孔间距周边孔间距 n光爆周边孔间距比预爆的大，是预爆炮孔间光爆周边孔间距比预爆的大，是预爆炮孔间 距的距的1.331.331.891.89倍。倍。 n根据实验，光面爆破与预裂爆破的炮孔间距根据实验，光面爆破与预裂爆破的炮孔间距 a a与炮孔直径与炮孔直径d d的关系为：的关系为： 光面爆破的炮孔间距：光面爆破的炮孔间距： 预裂爆破的炮孔间距：预裂爆破的炮孔间距： da)10

38、15( da)812( 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 周边孔间距 光面 预裂 炮 孔 间 距（m） 炮 孔 直 径（mm） 光面与预裂爆破的炮孔间距关系 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 炮孔密集系数和最小抵抗线炮孔密集系数和最小抵抗线 n周边孔的密集系数周边孔的密集系数m m为间距为间距a a与最小与最小 抵抗线抵抗线W W的比值：的比值： n瑞典兰格弗尔斯的试验结果表明，瑞典兰格弗尔斯的试验结果表明， 时，得到的平整度较好。时，得到的平整度较好。 W a m 8 .05 .0m 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 光面爆破参数的确定 n光面爆破参数一般

39、通过试验或规范初步确 定，施工中可按照选定的参数，总结每次 爆破效果，测量半孔率和轮廓的不平整度， 不断调整光面爆破参数。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 装药结构和起爆 n装药结构：按光面爆破的要求，装药沿炮孔 应纵向均匀分布，并有合理的不偶合系数。 例： 浅孔（小于2m）采用连续装药，深孔 采用导爆索连接的空气间隔装药。 n起爆：光面爆破应使用毫秒微差雷管，且周 边孔一般应同段起爆才能保证光面爆破效果。 顺序：掏槽（13段）、辅助（由内圈向 外）、周边（1段） 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 光面爆破及预裂爆破的凿岩 与爆破质量标准 n最大超挖值：为凿岩孔位误差

40、最大值和凿岩 外斜最大值之和。 n平均超挖值： n目前国外按“宁欠毋超”的办法进行施工 （合理）； tan5 . 0LaR 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 隧道爆破开挖中的超挖问题隧道爆破开挖中的超挖问题 产生超挖的原因产生超挖的原因 u围岩层理与节理。围岩层理与节理。 u测量放样误差。测量放样误差。 u炮眼开挖位置的准确性。炮眼开挖位置的准确性。 u凿岩机体构造的影响。凿岩机体构造的影响。 u爆破方法与参数。爆破方法与参数。 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 控制超挖的主要措施有：控制超挖的主要措施有：

41、u根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数。根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数。 u光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力 的炸药。的炸药。 u测量放样要正确。测量放样要正确。 u加强钻孔技术管理，提高钻孔精度。加强钻孔技术管理，提高钻孔精度。 u建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度。建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度。 超挖 超挖超挖 欠挖 n选用凿岩机械考虑的因素选用凿岩机械考虑的因素 n同时开动凿岩机械数量的确定同时开动凿岩机械数量的确定 n凿岩机械生产率计算凿岩机械生产率计算 n凿岩工具选择凿岩工具选择 5.2 5.2

42、隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 5.2 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 风动凿岩机风动凿岩机 u 按使用动力按使用动力 内燃凿岩机内燃凿岩机 电动凿岩机电动凿岩机 液压凿岩机液压凿岩机 冲击转动式冲击转动式 u 按钻进工作原理按钻进工作原理 旋转式旋转式 旋转冲击式旋转冲击式 钻孔机具钻孔机具 凿岩机凿岩机 7655型气腿凿岩机型气腿凿岩机 导轨式凿导轨式凿 岩机岩机 8.1.1 凿岩机凿岩机 2)液压凿岩机液压凿岩机 H178全液压凿岩台车全液压凿岩台车 2)液压凿岩机液压凿岩机 应用于小断面的液压凿岩台车应用于小断面的液压凿岩台车 2)液压凿岩机液压凿岩机 智能自控液压

43、凿岩台车智能自控液压凿岩台车 凿岩台车凿岩台车 三臂台车三臂台车 单臂台车单臂台车 选用凿岩机械考虑的因素选用凿岩机械考虑的因素 1 1、岩石物理力学特性，坚固系数、可钻性；、岩石物理力学特性，坚固系数、可钻性； 2 2、凿岩作业所需生产率，或开挖进度快慢的要、凿岩作业所需生产率，或开挖进度快慢的要 求；求； 3 3、开挖洞室断面尺寸大小；、开挖洞室断面尺寸大小； 4 4、开挖方法的影响；、开挖方法的影响； 5 5、炮孔深度和孔径的影响；、炮孔深度和孔径的影响； 6 6、工程量大小和工程造价高低。、工程量大小和工程造价高低。 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 同时开动凿岩机械数量的

44、确定同时开动凿岩机械数量的确定 1、开挖断面大小、开挖断面大小 2、凿岩机工作效率、凿岩机工作效率 影响影响 因素因素 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 同时开动凿岩机械数量的确定同时开动凿岩机械数量的确定 n一个工作面上同时开动凿岩机数量或凿岩台一个工作面上同时开动凿岩机数量或凿岩台 车上钻臂数量按下式确定：车上钻臂数量按下式确定： f S TV L N d d 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 凿岩机类型 气腿或手持 凿岩机 凿岩台车钻臂 每台凿岩机 工作面积 4.04.2轻型：510 重型风动：1520 重型液压:2030 每台凿岩机或钻臂的工作面积每台凿岩机或钻

45、臂的工作面积 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 凿岩机械生产率计算凿岩机械生产率计算 n根据制造厂提供的纯钻速数据或试验的纯钻根据制造厂提供的纯钻速数据或试验的纯钻 速数据，按下式计算凿岩机械实际生产率：速数据，按下式计算凿岩机械实际生产率： od VV 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 凿岩工具选择 n钎头，选用钎头即要考虑钎头直径，也 要选择钎头的形式和使用合金种类。 （3650mm；一字形、十字形、球齿形） 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n钎杆，目前常用的钎杆多为合金中空钢， 如55硅锰钼和35硅锰钼等，这种钎杆寿命 长，钻速高。 n连接方式：锥体

46、连接、螺纹连接。 n锥度：柱形物体的横断面向一端逐渐缩 小的形式。 凿岩工具选择 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 浅孔凿岩钎杆 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 中深孔凿岩钎杆 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 n洞室装运方式选择洞室装运方式选择 n洞室装运设备选择洞室装运设备选择 n平洞装岩设备生产率计算平洞装岩设备生产率计算 n运输设备需要用量计算运输设备需要用量计算 5.2 隧道钻爆法施工作业隧道钻爆法施工作业 装碴运输作业三大环节：装碴、运输和卸碴。装碴运输作业三大环节：装碴、运输和卸碴。 u碴量计算碴量计算 出碴量应为开挖后的虚碴体积，单循环爆破

47、后出碴量应为开挖后的虚碴体积，单循环爆破后 石碴量可按下式计算：石碴量可按下式计算： （m3）SLRZ 5.3 装岩与运输装岩与运输 装装 岩岩 u装渣方式装渣方式 装渣的方式可采用人力装渣或机械装渣。装渣的方式可采用人力装渣或机械装渣。 u装渣机械装渣机械 翻斗式、铲斗式、蟹爪式、挖斗式翻斗式、铲斗式、蟹爪式、挖斗式 装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。 5.3 装岩与运输装岩与运输 翻翻 斗斗 式式 装装 碴碴 机机 翻翻 斗斗 式式 装装 碴碴 机机 5.3 装岩与运输装岩与运输 轮胎铲斗式装岩机轮胎铲斗式装岩机 立爪式耙碴机 蟹爪式装载机

48、 轮胎式装载机 履带式侧卸装岩机 侧卸装碴机1 铲斗式装碴机铲斗式装碴机 有轨装碴设备 有轨装碴机 输送带输送带 耙斗耙斗 轨道轨道 运输运输 1 1、有轨运输、有轨运输： 特点：有轨运输基本上不排出有害气体，对空特点：有轨运输基本上不排出有害气体，对空 气污染较轻，设备构造简单，容易制作；占用气污染较轻，设备构造简单，容易制作；占用 空间小而且固定等。不足之处在于轨道铺设较空间小而且固定等。不足之处在于轨道铺设较 复杂，维修工作量大；调车作业复杂；开挖面复杂，维修工作量大；调车作业复杂；开挖面 延伸轨道影响正常装碴作业等。延伸轨道影响正常装碴作业等。 5.3 装岩与运输装岩与运输 梭车 l有

49、轨运输有轨运输 2 2、无轨运输无轨运输： 无轨运输主要是指汽车运输 5.3 装岩与运输装岩与运输 翻斗车 选择装岩运输方式应考虑的因素选择装岩运输方式应考虑的因素 n开挖断面尺寸开挖断面尺寸：有轨运输适用于各种断面，：有轨运输适用于各种断面， 无轨运输适用于较大断面。无轨运输适用于较大断面。 n洞口距开挖工作面长度洞口距开挖工作面长度：进行经济比较，通：进行经济比较，通 常短程使用无轨运输，长度大于常短程使用无轨运输，长度大于2KM2KM选有轨。选有轨。 n施工进度要求施工进度要求：如果工期短任务重，通常选：如果工期短任务重，通常选 用无轨运输，因为无轨运输可选用大容量装用无轨运输，因为无轨

50、运输可选用大容量装 载机，加快出碴进度。载机，加快出碴进度。 n设备来源设备来源：考虑施工队伍的设备情况。：考虑施工队伍的设备情况。 5.3 装岩与运输装岩与运输 调车工作调车工作 5.3 装岩与运输装岩与运输 5.3 装岩与运输装岩与运输 5.3 装岩与运输装岩与运输 岩石装运设计方法岩石装运设计方法 n概念概念：岩石装运设计岩石装运设计就是设计装运方案与就是设计装运方案与 选择设备。选择设备。 n步骤步骤：首先首先是根据工期要求及月进度和是根据工期要求及月进度和 日进度开挖要求，在确定掘进循环图表的日进度开挖要求，在确定掘进循环图表的 基础上，基础上，初定装运时间初定装运时间；然后然后根据

51、循环爆根据循环爆 破的岩石方量，计算破的岩石方量，计算装岩和运输生产率装岩和运输生产率， 并由此来选择和购买设备。并由此来选择和购买设备。 5.3 装岩与运输装岩与运输 洞室通风洞室通风 n通风方法通风方法 n风量计算风量计算 n选择风筒选择风筒 n选择通风机选择通风机 5.4 洞室通风洞室通风 施工通风与防尘施工通风与防尘 冲淡和更换有害气体冲淡和更换有害气体 保证新鲜空气的供给洞内空气应流通、新鲜，氧气含量不保证新鲜空气的供给洞内空气应流通、新鲜，氧气含量不 得少于得少于20 降低粉尘浓度降低粉尘浓度 粉尘是隧道空气污染的重要因素，其中的游离粉尘是隧道空气污染的重要因素，其中的游离SiO2

52、对人体危对人体危 害很大，施工人员长期吸入岩粉，将会患硅肺病。害很大，施工人员长期吸入岩粉，将会患硅肺病。 降低洞内温度降低洞内温度 施工通风的目的及有关规定施工通风的目的及有关规定 5.4 洞室通风洞室通风 施工通风施工通风 隧道内风管隧道内风管 5.4 洞室通风洞室通风 通风方式通风方式 风管式通风是用软管作风道，又可分为压入式、风管式通风是用软管作风道，又可分为压入式、 抽出式和混合式三种型式。抽出式和混合式三种型式。 1.1.风管式通风风管式通风 10m 压入式压入式 抽出式抽出式 混合式混合式 5.4 洞室通风洞室通风 压入式通风压入式通风 隧道内风管隧道内风管 n压入式压入式： 概念概念：压入式通风是利用安装在洞外空气清洁：压入式通风是利用安装在洞外空气清洁 流通及安全处的风机，将新鲜空气经风管直接送流通及安全处的风机，将新鲜空气经风管直接送 到开挖工作面；污浊空气经已成洞室排出。到开挖工作面；污浊空气经已成洞室排出。 优点优点：作业面得到的新鲜空气流较大，