(8.1)-第八章 隧道矿山法施工基本作业

《隧道工程》第八章

隧道矿

山

法

施

工

基

本

作

业一、钻爆法的概念及要求1、钻爆法钻眼爆破掘进－用凿岩机钻孔，钻孔内装填炸药使隧道设计范围内的岩体爆破破碎的过程对围岩扰动破坏较大，有时因爆破震动致使围岩产生坍塌，故较适用于坚石、次坚石质隧道。2、开挖作业要求按设计要求开挖断面（形状、尺寸、表面平整、超欠挖等）；炮渣：石碴大小适中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输；钻眼：工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间；少扰动：尽量减少对围岩的扰动；减损：减少对施工机具及支护结构的破坏；环保：减少对环境的破坏。一、钻爆法的概念及要求一、钻爆法的概念及要求3、爆破破岩机理及概念爆破破岩是利用炸药在爆炸过程产生大量热量、高速释放气体，使岩体发生破坏。炸药爆炸造成岩体破坏的主要机理包括：一、钻爆法的概念及要求无限介质中的爆破假定将药包埋置在无限介质中进行爆破，在远离药包中心不同位置，有不同爆破作用。分四个区域：压缩粉碎区－半经为R1范围的区域；所受压力最大，破坏程度最大。一、钻爆法的概念及要求抛掷区－R1与R2之间的范围；介质仍然被破坏成碎块。炸药爆炸能量除对介质产生破坏作用外，尚有多余能量使被破坏成的碎块获得运动速度，当介质处于有临空面的空间时，被抛掷出去。破坏区－R2与R3之间的范围，又叫松动区；震动区-R3与R4之间的范围叫爆破震动区。在此范围内，爆破能量只能使介质发生弹性变形，不能产生破坏作用。一、钻爆法的概念及要求爆破的基本概念临空面：也叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。爆破漏斗（半径r）：在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。最小抵抗线W：药包中心到自由面的最小距离。一、钻爆法的概念及要求爆破作用指数：爆破漏斗半径r与最小抵抗线W的比值n(n=r/w)。标准抛掷爆破：n=1加强抛掷爆破：n>1加强松动或减弱抛掷爆破：0.75<n<1松动爆破：n<0.75作用－描述爆破漏斗大小、爆破性质、抛掷堆积情况等因素平坦地形松动爆破，只能看到岩土破碎和隆起，不见爆破漏斗柱状药包的爆破特点圆柱状药包－隧道炮孔法爆破的装药结构会形成圆柱状药包应力波传播方向－沿药包轴线，沿着垂直药包表面的平面向四周传播一、钻爆法的概念及要求第8章隧道钻爆法施工作业青岛爆破24层铁道大厦武汉王家墩中央商务区“双子楼”19层高结束！鲁东大学王

雷《隧道工程》———8.2爆破材料及钻孔机具二、爆破材料和钻孔机具1、钻孔机具工作原理－利用镶嵌在钻头体前端的凿刃反复冲击并转动破碎岩石而成孔按使用动力风动凿岩机内燃凿岩机电动凿岩机液压凿岩机按钻进工作原理冲击转动式旋转式旋转冲击式二、爆破材料和钻孔机具风动凿岩机—俗称风钻以压缩空气为动力目前广泛应用于中小型隧道工程中。优点：具有操作方便，在多水、多尘等不良环境中能正常工作缺点：压缩空气供应设备复杂，能量利用率低，成本高，噪声大。二、爆破材料和钻孔机具液压凿岩机—由液压马达驱动凿岩元件做冲击、回转运动优点：具有动力消耗少、能量利用率高，凿岩速度快、使用寿命较长等优点；缺点：结构复杂，造价较较高，重量大，附属装置较多。二、爆破材料和钻孔机具凿岩台车（1）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，集中控制（2）可以同时进行多孔凿岩，缩短钻孔时间，加快掘进速度（3）适用于大断面或全断面隧道开挖二、爆破材料和钻孔机具2、爆破材料A.爆破材料：炸药和起爆、传爆材料。B.起爆、传爆材料：雷管、导火索、导爆管等，能够提供和传递起爆能量，使炸药发生爆炸的材料二、爆破材料和钻孔机具炸药性能（1）敏感度－炸药在外界起爆能作用下爆炸反映的难易程度（2）爆速－炸药爆炸时爆轰在炸药内部的传播速度称为爆速（3）爆力（威力）－炸药爆炸时对周围介质做功的能力。（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。（5）殉爆距离－一个药包（主动药包）爆炸，能引起与它不相接触的邻近药包（被动药包）爆炸，这种现象称为被动药包的“殉爆”。两个邻近药包的距离为殉爆距离。二、爆破材料和钻孔机具隧道工程中常用的炸药（1）铵梯炸药－加入硝酸铵、梯恩梯和木粉作成的硝铵炸药(俗称铵梯炸药)（2）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，常用于有水爆破中。（3）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，也称为乳胶炸药。（4）硝化甘油炸药－硝化甘油炸药抗水性强、密度高、爆炸威力大。二、爆破材料和钻孔机具隧道爆破炸药形式：

卷型，柱状药包药卷直径有32mm、35mm、40mm，长度为150mm周边光爆炸药卷直径一般为22mm、25mm，长度为200~600mm可按爆破设计炸药品种、装药结构和用药量选择。起爆、传爆材料设置起爆、传爆系统的目的，是在装药以外的安全距离处通过发爆（点火、通电或者激发枪）和传递，使安在药包或药卷中的雷管起爆并引发药包或药卷爆炸，从而爆破岩石1）导火索和火雷管（禁止）2）电雷管3）塑料导爆管与非电雷管4）导爆索

电雷管二、爆破材料和钻孔机具导火索与火雷管

a.导火索：由药芯和索壳组成。外径5.2～5.8mm，药芯直径2.2mm左右，为黑火药。用来传递火焰给火雷管，燃速100~125m/sb.火雷管：用导火索喷出的火焰引爆的雷管。最简单二、爆破材料和钻孔机具二、爆破材料和钻孔机具电雷管－用导电线传输电流使雷管中电阻发热引爆雷管。由电点火装置和一个火雷管组成。可分为瞬发电雷管和迟发电雷管。迟发电雷管按其延期时间差可分为秒迟发和毫秒迟发系列。塑料导爆管与非电雷管a.塑料导爆管：塑料导爆管是用来传递微弱爆轰波给非电雷管，使之爆炸的传爆材料之一.内壁附着猛炸药、以低速传递爆轰波的塑料细管.b.非电雷管二者组成：塑料导爆管--非电雷管起爆系统二、爆破材料和钻孔机具导爆索

导爆索——又称传爆线，结构上与导火索相似。索芯用高烈性炸药（黑索金或太安）制成。它经雷管起爆后，高速传递爆轰波，可直接引爆炸药。传爆速度一般为6800～7200m/s，外表涂成红色或红黄相间颜色。二、爆破材料和钻孔机具结束！鲁东大学王

雷《隧道工程》———8.3隧道常用的爆破方法（一）三、隧道常用的爆破方法1、炮眼种类、作用与布置掏槽眼—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，先在开挖面上纵向钻挖的几个炮眼。（图中1号）爆破时最先起爆作用：增加辅助自由面，为临近炮眼的爆破创造临空面。辅助眼—位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼。（图中2号）作用：扩大掏槽眼炸出的槽口，为周边眼的爆破创造临空面。周边眼—沿隧道周边布置的炮眼。（图中3、4、5号）作用：炸出一个合适的爆破轮廓（比设计轮廓稍大）三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法2、掏槽眼的形式及布置根据隧道断面、岩石性质和地质构造等条件对提高破岩效率、循环进尺、减轻爆破振动有决定性作用掏槽眼一般布置在开挖面中央偏下，深度比掘进深度大15-20cm，装药量比辅助眼大15%～20%。三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法柱状掏槽三临空面双临空面单临空面临空孔装药孔螺旋掏槽直眼掏槽大直径>100mm空眼三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法3、炸药选择、用量及其分配炸药选择：岩石情况和炸药性能炸药用量：与炸药性能、地质条件、开挖面积（体积）及开挖质量要求有关（1）药量不足：会出现炸不开，块度偏大，炮眼利用率低，轮廓不整齐等现象。（2）药量过多：会破坏围岩的稳定，炮渣分散影响装运，而且很不安全。三、隧道常用的爆破方法多采取先用体积法计算出一个循环的用药总量，然后按各种类型炮眼的爆破特性进行分配，再在爆破实践中加以检验和修正。用体积法计算用药总量的公式为：Q=k·L·Sk-炸药单耗量L-掘进进尺S-开挖面积三、隧道常用的爆破方法炸药单耗量k值（1）与岩石完整性f、断面进尺比S/L、临空面数目、炮眼布置形式、掏槽效果有关。（2）隧道爆破中实际采用的k值通常为0.7~2.5kg/m3。炸药量分配将总药量分配到各炮眼中，按装药系数分配装药系数α-装药长度与炮眼长度比值三、隧道常用的爆破方法4、爆破参数的确定炮眼深度L炮眼底到开挖面的垂直距离：较多采用1.2～3.5m两种方法（1）斜眼掏槽：不宜过大，L=(0.5-0.7)断面宽B或高（2）根据每一掘进循环所要求的进尺数和实际的炮眼利用率L=l/ηη-炮眼利用率（一般0.9），l为循环进尺数三、隧道常用的爆破方法炮眼直径D（1）炮眼直径较大时，可以减少炮眼数目，使炸药相对集中。（2）炮眼直径过大，则凿岩速率会显著下降（3）药卷直径

的大小应与炮眼直径D相匹配，以免发生管道效应，导致药卷拒爆。工程爆破常用不耦合系数控制药卷直径：λ=1.1~1.4反应炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度掏槽眼用较小值，周边眼用较大值三、隧道常用的爆破方法炮眼数量N合适的炮眼数量，其有效容积应能容纳下每爆破循环所需要的炸药量比钻眼数n单位开挖面的平均钻眼数(钻眼密度，单位开挖断面的平均钻眼数一般2~6个)

掏槽眼n值较大，周边眼次之，辅助眼较小三、隧道常用的爆破方法5、炮眼布置炮眼布置原则（1）炮眼均布。将计算出的炮眼数目均匀或大致均匀分布在开挖面上（2）掏槽眼在中央偏下，深度比掘进眼深15~20cm，除掏槽眼和底眼外的所有掘进眼眼底应落在同一平面上。底眼深度一般与掏槽眼相同或略小。装药量比辅助眼大15%～20%。（3）掏槽眼槽口尺寸一般在1.0~2.5m2之间，要与循环进尺、断面大小和掏槽方式相协调。（4）辅助眼布置：布置：由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖面轮廓线；考虑炮眼间距E与最小抵抗线W，经验：炮眼密集系数K=E/W=60%~80%（5）周边眼的布置：沿设计轮廓线均匀布置E/W比辅助眼的小炮眼方向以3％～5％的斜率外插，以满足钻机钻眼需要和减少超欠挖使前后两排炮眼的衔接台阶高度（锯齿形）最小，一般10cm左右，最大不超过15cm三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法（6）炮眼深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈炮眼应与周边眼有相同的斜率倾角。（7）岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，节理发育时，炮眼应避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。炮眼布置方法（1）直线形布眼（2）多边形布眼（3）弧形布眼（4）圆形布眼三、隧道常用的爆破方法结束！鲁东大学王

雷《隧道工程》———8.3隧道常用的爆破方法（二）6、装药结构和堵塞装药结构：指继爆药药卷和起爆药药卷在炮眼中的布置形式。最常采用的装药结构形式有：①耦合装药—炸药直径与炮孔直径相同，炸药与炮孔壁之间不留间隙。②不耦合装药—炸药直径小于炮孔直径，炸药与炮孔壁之间留有间隙。③连续装药—炸药在炮孔内连续装填，不留间隔。④间隔装药—炸药在炮孔内分段装填，装药之间由炮泥、木垫或空气柱隔开。三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法掏槽眼和辅助眼多采用连续装药。周边眼可采用小直径药卷连续装药、或者大直径药卷间隔装药。总装药长度不超过炮眼深度的2/3，炮眼口用炮泥堵塞按起爆药卷在炮眼的位置和雷管聚能穴方向分为正向装药和反向装药三、隧道常用的爆破方法正向起爆：起爆药卷放在眼口第2个药卷的位置，雷管聚能穴朝向眼底反向起爆：起爆药卷放在眼底第2个药卷的位置，雷管聚能穴朝向眼口光面孔采用不耦合装药和空气间隔装药:将药卷捆绑在导爆索上，形成一个断续的炸药串。一般将药串绑在竹片上，送入孔内，分别起爆。专用炮泥三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法7、周边眼的控制爆破三、隧道常用的爆破方法7、周边眼的控制爆破周边眼采用控制爆破技术，爆出理想的洞室轮廓，保证成洞效果光面爆破预裂爆破光面爆破正确设计爆破参数控制爆破作用范围和方向使爆破后岩面光滑平整防止岩面开裂减少超、欠挖和支护工作量增加岩壁的稳固性减少爆破振动作用主要标准:(1)开挖轮廓成型，无明显爆破裂缝；(2)岩壁上均匀留下50％以上半面炮眼痕迹；(3)岩面平整，超、欠挖符合规定要求，无危石等。三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法

光面爆破技术特点：沿设计轮廓线打一排小孔距的平行炮孔，小药量、不耦合装药，在开挖区主炮孔爆破后（后起爆），同时起爆。隧道爆破周边眼一般必须采用光面爆破！三、隧道常用的爆破方法预裂爆破预裂爆破实质上是光面爆破一种型式原理与光面爆破相同炮眼爆破起爆顺序不同起爆顺序：周边眼—掏槽眼—辅助眼—底板眼预裂爆破可以沿设计轮廓线爆出一条一定宽度的裂缝，这种裂隙一旦形成后，便在某种程度上保护着周围岩体在主体爆破时不受其振动作用影响。对围岩破坏比较轻微，对保持岩体完整性有利，爆破后开挖面整齐规则。在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破对围岩的保护比光面爆破更好。适用稳定性较差而又要求控制开挖轮廓的软弱围岩。但实践证明：预裂这1炮对母岩扰动很大，隧道中一般不用。三、隧道常用的爆破方法其周边眼间距和最小抵抗线都要比光面爆破小，相应地要增加炮眼数量，钻眼工作量增大。同时装药集中度较光面爆破大一些。三、隧道常用的爆破方法8、起爆方法起爆方法及时差三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法起爆方法及时差三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法瞎炮处理瞎炮：全拒爆—雷管与炸药均未爆半爆—雷管爆了，炸药未爆残爆—雷管爆了，部分炸药爆了处理：封锁现场、查找原因、二次爆破或炸毁或冲洗三、隧道常用的爆破方法三、隧道常用的爆破方法结束！鲁东大学王

雷《隧道工程》———8.4隧道初期支护措施及其施工四、隧道初期支护措施及其施工1、概述支护作用：有效地约束和控制围岩的变形；增强围岩的稳定性；防止坍方；保证施工和运营作业的安全。2、临时支护临时支护要求：能及时架设、牢靠、构造简单、便于拆装运输、价格低廉、能多次利用临时支护形式：木支撑钢支撑钢筋混凝土支撑锚杆支撑及喷射混凝土支撑四、隧道初期支护措施及其施工3、初期支护组成：锚杆、喷射混凝土、钢筋网/钢纤维、钢支撑锚喷支护最常用

锚喷支护锚杆支护喷射混凝土支护喷射混凝土锚杆联合支护喷射混凝土钢筋网联合支护喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护喷钢纤维混凝土与锚杆及钢筋网联合支护以及上述几种类型加设型钢（或钢拱架）而成的联合支护临时支护是为某种开挖方法而采取的临时支撑措施初期支护是隧道结构的组成部分四、隧道初期支护措施及其施工喷射混凝土（1）喷射混凝土的特点

充填裂隙加固围岩封闭围岩壁面防止风化喷射混凝土与围岩组成共同承载体系（2）喷射混凝土的优缺点优点：柔性支护支护及时不用模板、拱架施工工艺简单缺点：回弹量大、止水性弱（3）喷射混凝土的喷射方式1）干喷2）湿喷3）潮喷四、隧道初期支护措施及其施工（3）喷射混凝土的喷射方式1）干喷干喷是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，最后与高压水混合后以高速喷射到岩面上。2）湿喷用湿喷机压送拌和好的混凝土，在喷头处添加液态速凝剂，再喷到岩壁上。3）潮喷潮喷是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥搅拌均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。四、隧道初期支护措施及其施工干喷湿喷四、隧道初期支护措施及其施工（4）喷射混凝土的材料及其组成喷射混凝土的材料水泥

喷射混凝土对所采用水泥基本要求：掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优先采用325号以上的普通硅酸盐水泥。沙子和石子速凝剂

一般为水泥质量的2%～4%（喷拱部时可用3%～4%，喷边墙时可用2%～3%）水泥浆初凝应不大于5min，终凝应不大于10min。四、隧道初期支护措施及其施工（5）喷射混凝土的配合比和水灰比

配合比：（1m3喷射混凝土）质量配合比——水泥：中砂或中粗砂：石子

边墙采用－1:(2～2.5):(2～2.5)

拱部采用－1:2:(1.5～2.0)

水灰比：一般为0.4～0.5若石子用量过多——空隙、不密实、回弹量大若水泥用量过多——混凝土强度低、易收缩开裂四、隧道初期支护措施及其施工（6）喷射混凝土的施工工艺四、隧道初期支护措施及其施工锚杆（1）锚杆支护效应悬吊效应组合梁效应加固效应-均匀压缩拱效应四、隧道初期支护措施及其施工（2）锚杆类型机械式锚固锚杆－楔缝式、胀壳式粘结式锚固锚杆－靠粘结材料摩擦式锚固锚杆－杆体与孔壁摩擦当隧道通过软弱围岩等地段时：机械式锚杆锚固容易失效粘结式砂浆锚杆施工不便而采用摩擦式锚杆可以收到良好支护效果四、隧道初期支护措施及其施工（3）锚杆的布置1）局部布置拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉。拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。锚杆的间距：四、隧道初期支护措施及其施工2）系统布置锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵横间距为0.6～1.5m。系统锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，在Ⅴ、Ⅵ级围岩中，锚杆间距宜为0.5～1.2m。四、隧道初期支护措施及其施工四、隧道初期支护措施及其施工钢架（1）使用条件对于自稳时间很短的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道；浅埋、偏压隧道；隧道处于粉细砂、大面积淋水等地段；为了抑制围岩过大的变形。钢架最大特点：1）架设后立即受力2）强度和刚度均较大3）可承受松动压力（2）钢架类型型钢钢架格栅网构钢架四、隧道初期支护措施及其施工1）型钢钢架常用：工字型钢、H型钢、槽钢、U型钢、钢管及钢轨等缺点：钢架较重，架设困难；

不便于加工制作；钢架与喷