地下工程施工隧道钻爆法施工技术课件

第五节隧道爆破设计二、分部开挖爆破设计（—）分部开挖爆破的特点我国钻爆法开挖隧道的施工方法中，应用最多的是分部开挖施工方法。包括下导坑蘑菇形开挖法、正台阶和反台阶开挖法等。（属于小、中断面爆破）从开挖的顺序上，均为先开挖导坑，再进行隧道扩大开挖爆破，最后达到预定的轮廓线。特点具有与露天台阶爆破相类似的两个临空。所不同的是临空面比露天小，一次爆破（或同一段爆破）的规模及用药量应控制，

设计考虑隧道爆破的特殊因素，可类比露天台阶爆破进行设计。第五节隧道爆破设计二、分部开挖爆破设计1第五节隧道爆破设计第五节隧道爆破设计2第五节隧道爆破设计（二）分部开挖爆破设计1、确定炮眼直径根据采用的炸药规格和施工机具，一般选用35mm的钻孔直径较合适。2、确定炮眼深度综合考虑地质、进度、机具、断面大小等。常为1～2.5m，1.5～2.0m。3、确定抵抗线W抵抗线通常均小于炮眼深度，当炮眼直径在35～42mm的范围内时，抵抗线W与炮眼深度有如下关系式：

W=(15-25)d坚硬的岩体中，或炮眼较深时，应取较小的系数，反之则取大的系数。4、确定炮眼间距E同一排两炮眼之间的距离应大于抵抗线，小于炮眼深度。根据经验，有如下关系式：

E=(1.1-1.8)W一般来说，W和E值取值较大时，会使大块率增加；相反，石碴较为破碎。第五节隧道爆破设计（二）分部开挖爆破设计3第五节隧道爆破设计5、单孔装药量Q的计算（1）按装药系数进行计算

Q=r·L·n(kg)

式中Q——单孔装药量，kg；r——炮眼或炸药的线装药密度kg/m，n——各部扩大装药系数，查相关手册。

（2）按炸药单耗进行计算

Q=K·L·E·W(kg)

式中Q——单孔装药量，kg；L——炮眼深度，m；E——炮眼间距，m；W——炮眼抵抗线或排距，m；K—分部开挖炸药单耗，kg/m，可查相关手册。第五节隧道爆破设计5、单孔装药量Q的计算4第五节隧道爆破设计6、堵塞长度L0的计算炮眼堵塞与否对爆破效果的影响很大。不堵塞爆破时，不会出现漏斗和裂缝，爆炸能很大部份消耗在空气中产生很大声响，而对爆破介质的作用很小；若加以堵塞，效果就完全不同了。试验表明：炮眼爆破不但要进行堵塞，而且应保证良好的堵塞质量。软弱破碎岩体堵塞段应紧靠装药段，效果较好。堵塞长度L0与抵抗线W有如下关系：

L0=0.2-0.5W（m）一般堵塞长度浅眼应不小于20cm，中、深眼不小于50cm，第五节隧道爆破设计6、堵塞长度L0的计算5第五节隧道爆破设计7、雷管与起爆顺序一般选用毫秒电雷管或非电毫秒雷管，分多段起爆。

起爆顺序：从临空面开始，从低段到高段逐排进行。前段爆破必须为后段爆破创造良好的临空面条件。8、周边轮廓炮眼的爆破设计参照隧道光面爆破技术进行设计。预留光面层第五节隧道爆破设计7、雷管与起爆顺序预留光面层6第五节隧道爆破设计三、中硬岩、硬岩隧道全断面深眼爆破的设计1、循环进尺的确定从经济效益来看，3m深眼爆破和5m深眼爆破，5m优于3m应该取大值。还应根据钻眼机械的最大钻进深度，钻眼的效率与之配套装运机械设备的装运能力，岩体所能承受的爆破地震动强度，循环作业能力等综合考虑。第五节隧道爆破设计三、中硬岩、硬岩隧道全断面深眼爆破7第五节隧道爆破设计2、钻眼直径的选择中硬岩、硬岩全断面深眼爆破、断面较大，一般达100m2以上。只要掏槽爆破成功，其它炮眼的爆破类似于露天深眼爆破。尽量采用较大钻眼直径，如48、80、100mm，以减少炮眼数量及钻眼工作量。一般来说炮眼直径越大，钻眼数量越少，相对来说岩碴块度要大一些。根据目前国内的隧道凿岩机械设备，仅做过48mm钻眼直径的深眼爆破，其它的大孔径深孔爆破尚有待于进一步试验研究。第五节隧道爆破设计2、钻眼直径的选择8第五节隧道爆破设计3、炮眼布置（1）炮眼数量的确定（a）根据经验公式、曲线查取不同的炮眼直径炮眼数量与隧道断面积有图之关系。可根据炮眼直径及开挖断面积直接从图中查得。（b）工程类比法选定可根据工程爆破条件确定炮眼数目。第五节隧道爆破设计3、炮眼布置9第五节隧道爆破设计（c）按经验公式计算

N=(K·S·L-Qg)/(n·r·L)

式中N——全断面炮眼数（不包括光面爆破），个；K——单位岩石体积耗药量，查相关手册kg/m3；S——开挖断面积，m2；n——各类炮眼装药系数（取平均值），查相关手册；r——炸药的线装药密度，kg/m。根据实际使用的炸药获得；L——炮眼深度，m；Qg——周边光爆药量，kg。

第五节隧道爆破设计（c）按经验公式计算10第五节隧道爆破设计（2）炮眼布置原则（a）掏槽眼的布置原则

为便于石碴装运、爆后找顶及喷混凝土等作业，要求碴堆集中一些，堆得高一些。为此掏槽区应布置在断面的中下方。（b）周边眼的布置原则参照“隧道光面爆破”进行。实践证明全断面深眼爆破，周边采用光面爆破，块度比较适宜。周边采用预裂爆破，崩落带普遍出现大块现象，给装运带来困难，不过预裂爆破的轮廓成型及炮眼保存率普遍优于光面爆破。第五节隧道爆破设计（2）炮眼布置原则11第五节隧道爆破设计（c）扩槽眼、内圈眼、二台眼、底板眼的布置原则

布眼原则均应比掏槽眼、周边眼稀，而与掘进眼相比，应适当地加密。

扩槽眼作用是将槽腔进一步扩大，为后续炮眼的爆破提供良好的临空面，保证爆破效果，扩槽眼应适当加密。

内圈眼装药量过大，会引起围岩的破坏，因此适当加密，使炸药量能在内圈眼带均匀分布，减小对围岩的爆破破坏。

二台眼、底板眼的爆破，除保证底部的爆破效果外，还要考虑扩槽爆破中部分岩碴堆积在底板上，增加了的负荷，为克服这一现象，应必须适当加密。它们的间距或抵抗线一般为掘进眼的80%左右。第五节隧道爆破设计（c）扩槽眼、内圈眼、二台眼、底板12第五节隧道爆破设计（3）炮眼布置图式炮眼布置图式很多，这里仅介绍有代表性的，典型的图式，楔形掏槽环状布置第五节隧道爆破设计（3）炮眼布置图式楔形掏槽13第五节隧道爆破设计

楔形掏槽线形布置

直眼掏槽环状布置第五节隧道爆破设计楔形掏槽线形布置直眼掏槽14第五节隧道爆破设计直眼掏槽线形布置

有下导坑的炮眼布置大孔距小抵抗线炮眼布置第五节隧道爆破设计直眼掏槽线形布置有下导坑的炮眼布15第五节隧道爆破设计4、最大允许用药量的确定（同前）5、总装药量的计算与炸药的分配（同前）6、装药结构隧道爆破炮眼中的炸药采用正向或反向起爆，试验研究结论是：仅装瞬发雷管的炮眼应该采用正向起爆，其它炮眼则应采用反向起爆。

即掏槽眼的首段采用正向装药起爆，其它眼采用反向装药起爆；

当采用周边预裂爆破时，周边眼应采用即发雷管正向起爆，其它与光面爆破相同。这样可得到较好的岩碴块度。第五节隧道爆破设计4、最大允许用药量的确定（同前）16第五节隧道爆破设计深眼爆破装药结构第五节隧道爆破设计深眼爆破装药结构17第五节隧道爆破设计7、爆破合理段间隔时间的选择隧道爆破，实际振动速度测试曲线波形图表明，每段间隔时差>50ms时，波形基本上无叠加现象。从减振观点看来，每段起爆间隔时差应大于50ms。据有关资料介绍，脆性坚硬岩石爆破，岩石从炸药爆轰开始到移动的时间为8-22ms；页岩为38～68ms。从有利于后段炮眼的爆破出发，后段炮眼的起爆应在前段炮眼爆破卸载后开始，即每段起爆的间隔时间应大于岩体从炸药爆轰到开始移动这一时间。第五节隧道爆破设计7、爆破合理段间隔时间的选择18第五节隧道爆破设计8、起爆顺序的安排光面爆破起爆顺序，是先掏槽，而后扩槽眼，掘进眼，二台眼、内圈眼、底板眼、最后周边眼。预裂爆破周边眼在掏槽爆破之前起爆，其它炮眼仍按上述顺序进行。

第五节隧道爆破设计8、起爆顺序的安排19第五节隧道爆破设计四、隧道爆破的设计程序隧道爆破的设计，一般分准备阶段和设计阶段。准备阶段主要了解工程的基本情况，在现场做些小型试验，为设计做准备。设计阶段主要包括初设、试炮、调整参数方案。第五节隧道爆破设计四、隧道爆破的设计程序20第五节隧道爆破设计（—）准备阶段1、查阅工程设计图，了解工程情况（1）隧道开挖断面；（2）工程地质；（3）施工方案；（4）工程对爆破开挖的技术要求。2、查阅并了解施工组织设计情况（1）工期安排；（2）机械设备；（3）开挖循环进尺；3、实地考察隧道周围的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。第五节隧道爆破设计（—）准备阶段21第五节隧道爆破设计（二）设计阶段1、综合上述情况，考虑确定开挖方案、炮眼直径、循环进尺；2、查阅类似工程条件的有关工程资料和经验公式；3、根据爆破试验的情况及确定的开挖方案与工程经验做出隧道爆破的初步设计；4、进行现场试爆，观测爆破效果；5、根据试爆结果，调整有关爆破参数，正式做出隧道爆破设计。第五节隧道爆破设计（二）设计阶段22第五节隧道爆破设计五、隧道爆破设计文件的编制设计文件应包括：炮眼布置图装药参数表，综合技术经济指标表，编制说明等。（一）炮眼布置图

开挖断面的正面炮眼布置图，其内容有：炮眼间距、抵抗线、断面尺寸、起爆顺序、装药量。

如对称布置，可一侧注尺寸、一侧标注起爆顺序与单孔装药量。掏槽眼。炮眼布置较为复杂时，应增加掏槽部位的水平剖面图，应标明钻眼方向与钻眼深度。第五节隧道爆破设计五、隧道爆破设计文件的编制23第五节隧道爆破设计（二）装药参数表装药参数表应包括以下内容：1、炮眼名称与编号。2、钻眼参数，包括炮眼直径、炮眼深度、炮眼间距、炮眼抵抗线、同类炮眼的个数等。3、单眼装药量，两类以上炸药的应分类列出。4、段装药量，即同段雷管的总装药量，以便于估算爆破振动强度。5、雷管段与装药结构；6、必要的说明；7、最后一栏为合计、计算出总炮眼数、钻眼总延米，各类炸药用量、总用药量、雷管总用量。第五节隧道爆破设计（二）装药参数表24第五节隧道爆破设计（三）技术经济指标1、周边眼钻爆参数有：间距、抵抗线、E/W值、深度、装药集中度、堵塞长度、起爆方式；2、工程量：开挖断面、循环进尺、爆破石方量、钻眼总数、钻眼总延米；3、材料消耗：各类炸药消耗量、雷管消耗、其它材料消耗量；4、有关统计数据：预计进尺、炮眼利用率、钻眼数、钻眼量。（四）设计说明1、设计依据；2、本设计的适用条件；3、施工要求与注意的问题；4、机具与材料的有关说明；5、设计未尽问题说明；6、安全事项说明。（五）其它必要的补充附图有装药结构图、爆破网路图、钻眼分工顺序图、装药分工顺序图等。第五节隧道爆破设计（三）技术经济指标25第六节隧道爆破质量评价一、光面爆破技术经济效益分析二、影响隧道爆破质量的因素隧道爆破的质量有以下几方面内容组成，安全，炮眼利用率，岩碴块度，周边轮廓成形效果。三、隧道爆破质量检验第六节隧道爆破质量评价一、光面爆破技术经济效益分析26本章结束请各位同学提出教学意见和建议!本章结束27第五节隧道爆破设计二、分部开挖爆破设计（—）分部开挖爆破的特点我国钻爆法开挖隧道的施工方法中，应用最多的是分部开挖施工方法。包括下导坑蘑菇形开挖法、正台阶和反台阶开挖法等。（属于小、中断面爆破）从开挖的顺序上，均为先开挖导坑，再进行隧道扩大开挖爆破，最后达到预定的轮廓线。特点具有与露天台阶爆破相类似的两个临空。所不同的是临空面比露天小，一次爆破（或同一段爆破）的规模及用药量应控制，

设计考虑隧道爆破的特殊因素，可类比露天台阶爆破进行设计。第五节隧道爆破设计二、分部开挖爆破设计28第五节隧道爆破设计第五节隧道爆破设计29第五节隧道爆破设计（二）分部开挖爆破设计1、确定炮眼直径根据采用的炸药规格和施工机具，一般选用35mm的钻孔直径较合适。2、确定炮眼深度综合考虑地质、进度、机具、断面大小等。常为1～2.5m，1.5～2.0m。3、确定抵抗线W抵抗线通常均小于炮眼深度，当炮眼直径在35～42mm的范围内时，抵抗线W与炮眼深度有如下关系式：

W=(15-25)d坚硬的岩体中，或炮眼较深时，应取较小的系数，反之则取大的系数。4、确定炮眼间距E同一排两炮眼之间的距离应大于抵抗线，小于炮眼深度。根据经验，有如下关系式：

E=(1.1-1.8)W一般来说，W和E值取值较大时，会使大块率增加；相反，石碴较为破碎。第五节隧道爆破设计（二）分部开挖爆破设计30第五节隧道爆破设计5、单孔装药量Q的计算（1）按装药系数进行计算

Q=r·L·n(kg)

式中Q——单孔装药量，kg；r——炮眼或炸药的线装药密度kg/m，n——各部扩大装药系数，查相关手册。

（2）按炸药单耗进行计算

Q=K·L·E·W(kg)

式中Q——单孔装药量，kg；L——炮眼深度，m；E——炮眼间距，m；W——炮眼抵抗线或排距，m；K—分部开挖炸药单耗，kg/m，可查相关手册。第五节隧道爆破设计5、单孔装药量Q的计算31第五节隧道爆破设计6、堵塞长度L0的计算炮眼堵塞与否对爆破效果的影响很大。不堵塞爆破时，不会出现漏斗和裂缝，爆炸能很大部份消耗在空气中产生很大声响，而对爆破介质的作用很小；若加以堵塞，效果就完全不同了。试验表明：炮眼爆破不但要进行堵塞，而且应保证良好的堵塞质量。软弱破碎岩体堵塞段应紧靠装药段，效果较好。堵塞长度L0与抵抗线W有如下关系：

L0=0.2-0.5W（m）一般堵塞长度浅眼应不小于20cm，中、深眼不小于50cm，第五节隧道爆破设计6、堵塞长度L0的计算32第五节隧道爆破设计7、雷管与起爆顺序一般选用毫秒电雷管或非电毫秒雷管，分多段起爆。

起爆顺序：从临空面开始，从低段到高段逐排进行。前段爆破必须为后段爆破创造良好的临空面条件。8、周边轮廓炮眼的爆破设计参照隧道光面爆破技术进行设计。预留光面层第五节隧道爆破设计7、雷管与起爆顺序预留光面层33第五节隧道爆破设计三、中硬岩、硬岩隧道全断面深眼爆破的设计1、循环进尺的确定从经济效益来看，3m深眼爆破和5m深眼爆破，5m优于3m应该取大值。还应根据钻眼机械的最大钻进深度，钻眼的效率与之配套装运机械设备的装运能力，岩体所能承受的爆破地震动强度，循环作业能力等综合考虑。第五节隧道爆破设计三、中硬岩、硬岩隧道全断面深眼爆破34第五节隧道爆破设计2、钻眼直径的选择中硬岩、硬岩全断面深眼爆破、断面较大，一般达100m2以上。只要掏槽爆破成功，其它炮眼的爆破类似于露天深眼爆破。尽量采用较大钻眼直径，如48、80、100mm，以减少炮眼数量及钻眼工作量。一般来说炮眼直径越大，钻眼数量越少，相对来说岩碴块度要大一些。根据目前国内的隧道凿岩机械设备，仅做过48mm钻眼直径的深眼爆破，其它的大孔径深孔爆破尚有待于进一步试验研究。第五节隧道爆破设计2、钻眼直径的选择35第五节隧道爆破设计3、炮眼布置（1）炮眼数量的确定（a）根据经验公式、曲线查取不同的炮眼直径炮眼数量与隧道断面积有图之关系。可根据炮眼直径及开挖断面积直接从图中查得。（b）工程类比法选定可根据工程爆破条件确定炮眼数目。第五节隧道爆破设计3、炮眼布置36第五节隧道爆破设计（c）按经验公式计算

N=(K·S·L-Qg)/(n·r·L)

式中N——全断面炮眼数（不包括光面爆破），个；K——单位岩石体积耗药量，查相关手册kg/m3；S——开挖断面积，m2；n——各类炮眼装药系数（取平均值），查相关手册；r——炸药的线装药密度，kg/m。根据实际使用的炸药获得；L——炮眼深度，m；Qg——周边光爆药量，kg。

第五节隧道爆破设计（c）按经验公式计算37第五节隧道爆破设计（2）炮眼布置原则（a）掏槽眼的布置原则

为便于石碴装运、爆后找顶及喷混凝土等作业，要求碴堆集中一些，堆得高一些。为此掏槽区应布置在断面的中下方。（b）周边眼的布置原则参照“隧道光面爆破”进行。实践证明全断面深眼爆破，周边采用光面爆破，块度比较适宜。周边采用预裂爆破，崩落带普遍出现大块现象，给装运带来困难，不过预裂爆破的轮廓成型及炮眼保存率普遍优于光面爆破。第五节隧道爆破设计（2）炮眼布置原则38第五节隧道爆破设计（c）扩槽眼、内圈眼、二台眼、底板眼的布置原则

布眼原则均应比掏槽眼、周边眼稀，而与掘进眼相比，应适当地加密。

扩槽眼作用是将槽腔进一步扩大，为后续炮眼的爆破提供良好的临空面，保证爆破效果，扩槽眼应适当加密。

内圈眼装药量过大，会引起围岩的破坏，因此适当加密，使炸药量能在内圈眼带均匀分布，减小对围岩的爆破破坏。

二台眼、底板眼的爆破，除保证底部的爆破效果外，还要考虑扩槽爆破中部分岩碴堆积在底板上，增加了的负荷，为克服这一现象，应必须适当加密。它们的间距或抵抗线一般为掘进眼的80%左右。第五节隧道爆破设计（c）扩槽眼、内圈眼、二台眼、底板39第五节隧道爆破设计（3）炮眼布置图式炮眼布置图式很多，这里仅介绍有代表性的，典型的图式，楔形掏槽环状布置第五节隧道爆破设计（3）炮眼布置图式楔形掏槽40第五节隧道爆破设计

楔形掏槽线形布置

直眼掏槽环状布置第五节隧道爆破设计楔形掏槽线形布置直眼掏槽41第五节隧道爆破设计直眼掏槽线形布置

有下导坑的炮眼布置大孔距小抵抗线炮眼布置第五节隧道爆破设计直眼掏槽线形布置有下导坑的炮眼布42第五节隧道爆破设计4、最大允许用药量的确定（同前）5、总装药量的计算与炸药的分配（同前）6、装药结构隧道爆破炮眼中的炸药采用正向或反向起爆，试验研究结论是：仅装瞬发雷管的炮眼应该采用正向起爆，其它炮眼则应采用反向起爆。

即掏槽眼的首段采用正向装药起爆，其它眼采用反向装药起爆；

当采用周边预裂爆破时，周边眼应采用即发雷管正向起爆，其它与光面爆破相同。这样可得到较好的岩碴块度。第五节隧道爆破设计4、最大允许用药量的确定（同前）43第五节隧道爆破设计深眼爆破装药结构第五节隧道爆破设计深眼爆破装药结构44第五节隧道爆破设计7、爆破合理段间隔时间的选择隧道爆破，实际振动速度测试曲线波形图表明，每段间隔时差>50ms时，波形基本上无叠加现象。从减振观点看来，每段起爆间隔时差应大于50ms。据有关资料介绍，脆性坚硬岩石爆破，岩石从炸药爆轰开始到移动的时间为8-22ms；页岩为38～68ms。从有利于后段炮眼的爆破出发，后段炮眼的起爆应在前段炮眼爆破卸载后开始，即每段起爆的间隔时间应大于岩体从炸药爆轰到开始移动这一时间。第五节隧道爆破设计7、爆破合理段间隔时间的选择45第五节隧道爆破设计8、起爆顺序的安排光面爆破起爆顺序，是先掏槽，而后扩槽眼，掘进眼，二台眼、内圈眼、底板眼、最后周边眼。预裂爆破周边眼在掏槽爆破之前起爆，其它炮眼仍按上述顺序进行。

第五节隧道爆破设计8、起爆顺序的安排46第五节隧道爆破设计四、隧道爆破的设计程序隧道爆破的设计，一般分准备阶段和设计阶段。准备阶段主要了解工程的基本情况，在现场做些小型试验，为设计做准备。设计阶段主要包括初设、试炮、调整参数方案。第五节隧道爆破设计四、隧道爆破的设计程序47第五节隧道爆破设计（—）准备阶段1、查阅工程设计图，了解工程情况（1）隧道开挖断面；（2）工程地质；（3）施工方案；（4）工程对爆破开挖的技术要求。2、查阅并了解施工组织设计情况（1）工期安排；（2）机械设备；（3）开挖循环进尺；3、实地考察隧道周围的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。第五节隧道爆破设计（—）准备阶段48第五节隧道爆破设计（二）设计阶段1、综合上述情况，考虑确定开