【桥梁工程中隧道洞身开挖方法综述14000字】

桥梁工程中隧道洞身开挖方法综述一、隧道开挖方法按开挖隧道的横断面分部情况，开挖方法可以分为全断面法、台阶法、分部开挖法。1.全断面法全断面法称为“全断面一次开挖法”，即根据隧道设计断面轮廓一次开挖的方法，如图11-5所示。图11-5全断面施工工序示意图（1）适用范围、条件及优缺点全断面法主要适用Ⅰ〜Ⅱ级围岩，也可用在小断面的Hi级围岩中，浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。但在采用超前支护，特别是掌子面锚杆等辅助工法的条件下，全断面法也可以在围岩级别低的隧道中应用。方法一定要有大型施工机械，隧道长度或施工段长度不宜过短，一般不小于1km，否则大型机械化施工的经济性会较差。全断面法工作空间大，有利于采用大型机械化作业。钻爆施工效率高。深孔爆破可以提高施工掘进速度。作业程序少，便于施工组织管理。与局部开挖法相比，减少了对围岩的扰动次数。但由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，每周期工作量较大，深孔爆破用量较大，引起震动较大。因此，需要精心的钻孔爆破设计和严格的爆破作业控制。（2）全断面法施工工艺流程（图6-6)全断面法施工工艺流程，如图11-6所示。图11-6全断面法工艺流程（3）全断面法施工要点1)开挖面前加强工程地质和水文地质调查。对于不良地质条件，要及时进行预测、预报、分析和研究，随时准备应急措施，确保施工安全和工程进度。2)各工序机械设备要配套。如钻孔、装渣、运输、支护、衬砌等主要机械和相应的辅助机具，在尺寸、性能和生产能力上要相互配合，工作方面要环环紧扣，不致彼此互受牵制而影响掘进，以充分发挥机械设备的使用效率和工序之间的协调作用。3)加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。特别是对于软弱破碎围岩，支护后应对围岩进行动态测量和监测，辅助作业管理应处于良好的技术状态。4)重视并加强施工操作人员的技术培训，使其掌握各种机械，推广新技术，不断提高工作效率，改进施工管理，加快施工进度。5)在选择支护形式时，应优先选择锚喷、挂网、拱架等支护形式。2.台阶法台阶法是适用性最广的施工方法，其变化方案多，围岩适应性好，被称为全地质型施工方法。根据不同的围岩条件，台阶法可分上、下两部或上、中、下三部开挖。根据台阶的长短，台阶法又包括为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方法，如图11-7所示。图11-7台阶法示意图随着台阶长度的调整，台阶法几乎可以用于所有的地层。台阶法表现为对地质变化的适应性较强，工序转换较容易，并能较早地使初期支护闭合，有利于控制沉降。至于施工中应采用何种台阶法，应根据以下两个条件决定:(1)初期支护形成封闭段的时间要求，围岩越差，封闭时间要求越短。(2)开挖、支护、出渣等机械设备用于上部分段施工的场地尺寸要求。在软弱围岩中，应以前者为主，后者为辅，确保施工安全。当围岩条件较好时，主要考虑的是如何充分发挥机械效率，保证施工的经济性，因此只需考虑后者。（1）长台阶法如图11-7(a)所示，长台阶法的上下开挖段相距较远，一般上台阶在前方50m以上或孔宽的5倍以上。在施工过程中，上部和下部可以配备类似的机械进行平行作业。当机械不足时，可以用一套机械设备交替作业，即上半段开挖一个进尺，下半段再开挖另一个进尺。当隧道长度较短时，下半段的施工可以在上半段完全开挖后进行，习惯上也称为“半段法”。1)作业顺序。①上半断面开挖：用双臂钻车打孔装药爆破，地层松软时用挖掘机挖掘。安装锚杆和钢网，必要时增加钢支撑和喷射混凝土。推铲机将石渣推下台阶，然后由装载机装上车，运往洞穴外。根据时间的要求形成一个封闭的部分支持结构,之后建立的临时底拱可以挖掘上半部分必要时形成一个临时封闭结构的上半部分,然后临时底拱时可以挖掘挖掘下半部分。但是，从经济学的角度来看，最好不要这样做，而是使用短步法。②下半断面开挖：双臂凿岩台车钻孔，炸药爆破，装渣，直接运输至孔外。安装侧壁螺栓(如有必要)并喷射混凝土。用反铲挖掘机挖掘沟渠，并在底部喷洒混凝土。2)优缺点及适用条件。长台架法具有足够的工作空间和相当的施工速度。上部开挖支撑后，下部较为安全，但上部和下部存在一定的干扰。与全断面法相比，长步法的横截面和高度相对较小，因此仅用中型钻井台车即可施工，对保持开挖面稳定也非常有利。因此，它的适用范围比全断面法更广。当开挖面不能自稳定，但围岩较硬且不采用底拱封闭断面时，可采用长步法。（2）短台阶法如图11-7(b)所示，短步法也分为上步法和下步法，上下步距离较近。一般上台阶长度小于5倍但大于11.5倍孔宽，或5~50m，上下段基本可以平行操作。短步法可以缩短支护结构的闭合时间，改善初始支护的受力状况。当遇到软弱围岩时，应慎重考虑。必要时应采取辅助施工措施稳定开挖面，确保施工安全。短步法的操作顺序与长步法相同。因为短步方法可以缩短的关闭时间支持结构,改善主应力条件的支持,并帮助控制收敛的速度和大小隧道,它有一个广泛的应用,尤其是对ⅳ和ⅴ级围岩,通常用于NATM建设。其缺点是上阶出渣对下半段施工干扰较大，不可能全部并联运行。为了解决这种干扰，可采用长带式输送机将石渣输送到上台阶;或从上半段到下半段设置坡道，直接在上台阶上装载运输石渣。过渡坡道可以位于中间或两侧交替。大断面双线隧道通常采用过渡坡道法。（3）超短台阶法如图11-7(c)所示，超短台阶法是一种适用于软弱地层开挖的施工方法，一般用于膨胀性围岩和土层。为了尽快形成初期封闭支护，稳定围岩，上下台阶距离进一步缩短，上台阶仅超前35m。由于上台阶工作空间小，石渣只能堆放到下台阶再运出，对下台阶造成严重干扰，只能采用交替作业，施工进度会受到很大影响。1)作业顺序。①使用长臂挖掘机或停在台阶下的单臂挖掘机将上半部分挖掘至一个进尺。②安装拱螺栓、钢筋网或钢支撑，并喷涂拱混凝土。③用同一台机器将下半部分挖掘成一个进尺。安装侧墙锚杆、钢网或延伸钢支撑，喷射侧墙混凝土(必要时喷射拱混凝土)④开挖沟渠，底部安装钢支撑，底部喷射仰拱混凝土，浇筑内衬。若无大型机械也可采用小型机具交替地在上下部进行开挖，由于上半断面施工作业场地狭小，所以常需配置移动式施工台架，以解决上半断面施工机具的布置问题。2)优缺点及适用条件。主要支持的全断面的关门时间超短板凳方法比较短,哪个更有利于控制围岩的变形,特别是在上层开挖的支持,降低操作是安全的,可以更有效地控制地表沉陷在城市隧道施工。因此，超短台阶法适用于膨胀围岩和土质围岩，要求尽快封闭断面。当然也适用于各种机械化程度较低的围岩断面。其缺点是上下段距离较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖面的稳定性。必要时可对围岩进行预加固或预支护，如设置临时仰拱、向围岩灌浆或打入先进的水平小管道等。3.分部开挖法局部开挖法是通过局部开挖逐步塑造隧道断面，一般提前一定断面，因此也可称为先导隧道提前开挖法。分段开挖法可分为分段开挖法、单侧掘进法和双侧掘进法三种变化方案。（1）弧形导坑预留核心土法弧形导洞留心土的方法适用于一般土体或易垮塌的软弱围岩。上部挡心土可以支撑开挖面，提高开挖面稳定性。核心土及下部开挖在拱的初始支撑下进行，施工安全性较好。圆形开挖进尺一般为0.51.0m，不宜过长。上下台阶均可采用单臂掘进机开挖。1)施工工序。施工工序，如图11-8所示。图11-8弧形导坑预留核心土法工序1—超前支护；2—上部弧形导坑开挖；Ⅲ—上部初期支护；4—上部核心土；5,7—两侧开挖；Ⅵ，Ⅶ—两侧初期支护；9—下部核心土开挖；10—仰拱开挖；Ⅺ—仰拱初期支护；Ⅻ—仰拱及填充混凝土；Ⅷ—拱墙二次衬砌2)优缺点及适用条件。在分步开挖法中，由于上部留有核心土支撑开挖面，开挖面稳定性好，可以快速及时地建立拱形初期支护。与台阶法一样，核心土及下部开挖是在拱的初期支护下进行的，施工安全性好。该方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。与超短台阶法相比，该方法可以延长台阶长度，减少上下台阶施工的干扰;与以下侧壁导洞法相比，该方法施工机械化程度较高，可以加快施工速度。虽然核心土开挖面稳定性的提高,在开挖围岩经历许多干扰,还有很多截面块,和需要很长时间支撑结构形成一个全剖面闭包,这可能提高围岩的变形。因此，往往需要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。（2）三台阶七步开挖法三步七步开挖法是基于弧形导洞预留核心土的方法，分为上、中、下三步七个开挖面，各部分开挖和支护沿隧道纵向交错平行推进。1）施工工序。施工工序，如图11-9所示。图11-9三台阶七步开挖工序I—超前支护；1—上部弧形导坑开挖；Ⅱ—上部初期支护；2,3—中部两侧开挖;Ⅲ，Ⅳ—中部两侧初期支护；4,5—下部两侧开挖；Ⅴ，Ⅵ—下部两侧初期支护；6-1，6-2,6-3—上、中、下部核心土开挖；7—仰拱开挖；Ⅶ—仰拱初期支护；Ⅷ—仰拱及填充混凝土；Ⅸ—拱墙二次衬砌2)施工要点。(①以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分区平行开挖，平行作初级支护，各分区初级支护黏聚力密切，及时封闭成环。②仰拱随台阶下移，及时闭合，形成稳定的支撑体系。③在施工过程中通过监测和测量，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数，预留变形，确保施工安全。④完善洞内临时防水排水系统，防止地下水浸透拱脚基础。3)优缺点及适用条件。三步七步开挖法的优点是:施工空间大，机械化施工方便，多个工作面平行作业，挖掘机直接开挖部分软岩或土质地段，工作效率高；当地质条件发生变化时，便于灵活及时地改变施工工艺和调整施工方法；适应不同跨度、不同截面形式，初期支护过程操作方便；在台阶开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，有利于开挖面的稳定；当围岩变形较大或突变时，可以在保证安全和满足净空要求的前提下，尽快调整关闭时间。三段七步开挖法适用于具有一定自稳条件的单线隧道ⅳ、ⅴ段围岩和双线隧道ⅲ、ⅳ段围岩，核心土不能留给稳定性好的围岩。（3）双侧壁导坑法双侧壁导洞法，又称眼镜法，采用先在隧道两侧开挖导洞，及时在导洞周围进行初期支护，必要时衬砌侧壁，然后根据地质条件和断面尺寸对剩余部分采用两步或三步开挖的方法。其实质是将大跨度隧道改为三个小跨度隧道进行开挖。1）施工工序。施工工序，如图11-10所示。图11-10双侧壁导坑开挖工序Ⅰ—两侧超前小导管支护；1—两侧上部开挖；Ⅱ—两侧上部初期支护；2—两侧下部开挖；Ⅲ—两侧下部初期支护；Ⅳ—拱部超前小导管；3—中壁上部开挖；Ⅴ—中部上部初期支护；4—中壁中部开挖；5—中壁下部两侧开挖；Ⅵ—仰拱初期支护；Ⅶ—抑拱混凝土施工；Ⅷ—拱墙混凝土2)施工要点。①在不爆破开挖围岩时，应尽量使用挖掘机和人力。当需要局部爆破时，应采用弱爆破，以减小对地层的扰动。②开挖时应严格按照规范做好监测和测量工作，随时掌握围岩和支护的变形情况，以便及时修正支护参数，改变施工方法;同时，要有更准确的超前地质预报。③开挖时应做好排水工作。在保证排水畅通的同时，应在两侧铺砌和抹灰临时排水沟，防止钢支撑基底软化。④侧壁先导隧道开挖后，应及时施工初支护，并尽快形成闭环;侧壁导洞形状应接近椭圆断面，导洞跨距应为整个隧道跨距的1/3。左右导向坑施工时，前后距离不应小于15m;当先导隧道与中间土同时施工时，先导隧道应提前3050m施工。3)优缺点及适用条件。双侧壁导洞法开挖段块体多，扰动大，初期支护全断面长时间封闭，施工进度慢，成本高，但施工安全，开挖后每个块体立即封闭，施工过程中变形几乎不发展，尤其是控制地表沉降，优于其他施工方法。现场实测表明，双侧壁导坑法引起的地面沉降仅为短台阶法的1/2。此外，两侧的导洞可以提前排出隧道拱部和中间土中的部分地下水，为后续施工创造条件。因此，对于城市浅埋、软弱、大跨度隧道和山体软弱破碎、地下水发育的大跨度隧道，可优先采用双侧壁导坑法。该方法也可用于浅埋、偏压和ⅴⅵ级围岩的孔段。（4）中隔壁法（CD法）CD法是一种将隧道分成左右两部分进行开挖的施工方法。首先，在隧道一侧采用两层或三层开挖，用于中间墙的初支护和临时支护。然后对隧道另一侧进行台阶开挖，并进行相应的初始支护。中隔壁法两台阶之间的距离可采用超短台阶法确定。1)CD法施工工序（图11-11)。CD法施工工序，如图11-11所示。图11-11CD法开挖工序Ⅰ—先行支援；1-左上侧开挖；ⅱ——左上主支架；2-左中部开挖；ⅲ——左中部的主要支撑；3-左下侧挖方；ⅳ——左下主支架；4-右上侧开挖；ⅴ——右上主支架为环状；5-右侧中部开挖；ⅵ—右中部的初始支撑形成一个环；6-右侧下部开挖；ⅶ——右下侧的初始支撑是环形的；7-拆除隔墙；ⅷ-仰拱和填充混凝土；八、拱墙二次衬砌2)施工要点。①上导洞开挖循环进尺控制在1个钢架间距(0.750.8m)，下导洞开挖进尺可根据地质情况适当增加。②当采用中隔墙法或十字中隔墙法时，只有在初期支护完成后，才能进行下一个分支的开挖；当地质较差时，应按设计要求在每一步底部设置临时钢架或临时仰拱；挖掘各部分时，外围轮廓应尽可能圆；另一侧开挖应在第一次开挖的侧喷混凝土强度达到设计要求后进行。左右导洞开挖面的纵向间距不应小于15m当全断面开挖成型时，应及时完成全断面初期支护合拢。③导洞开挖的直径和台阶高度可根据施工机械和人员的安排进行适当调整。应提供适合导洞开挖的小型机械设备，以提高导洞开挖的效率。④中间隔墙的拆除应滞后于仰拱，待围岩变形稳定后才能进行。一次拆除的长度应根据实测数据仔细确定，拆除后应立即进行二次衬砌。3)特点及适用条件。中隔壁法变大跨为小跨，使断面受力更合理，对减少沉降，保证隧道开挖安全、可靠具有良好效果。该法适用于较差地层，如采用人工或人工配合机械开挖的IV-V级围岩的浅埋双线隧道和浅埋、偏压及洞口段。施工过程中，为保证初次支护稳定，除锚喷支护外，须增加型钢或钢格栅支撑，并采用超前大管棚、超前锚杆、超前注浆小导管、超前预注浆等一种或多种辅助措施进行超前加固。中隔壁法一般用于IV〜V级围岩的隧道，也可用于浅埋地段隧道。（5）交叉中壁法(CRD法)在软弱围岩的大跨度隧道中，先在隧道一侧分段开挖，部分中间隔墙和地下连续墙施工并封闭成环形，然后在隧道另一侧分段开挖完成地下连续墙施工。最后，整个隧道被封闭成一个环。CRD法的特点是各分部增设临时仰拱和两侧交叉开挖，每步封闭成环，且封闭时间短，以抑制围岩变形，达到围岩沉降可控，初期支护安全稳定的目的。该法除锚喷支护及增设足够强度和刚度的型钢或钢格栅支撑外，还应采用多种辅助措施进行超前加固。1)CRD法施工工序。CRD法施工工序，如图11-12所示。图11-12CRD法开挖工序Ⅰ—超前支护；1—左侧上部开挖；Ⅱ—左侧上部初期支护；2—左侧导坑中部开挖；Ⅲ—左侧中部初期支护；3—左侧下部开挖；IV—左侧下部初期支护；4—右侧上部开挖；V—右侧上部期支护成环；5—右侧中部开挖；VI—右侧中部初期支护成环；6—右侧下部开挖；Ⅶ—右侧下部初期支护成环；7—拆除中隔墙及临时仰拱；Ⅷ—仰拱及填充混凝土；Ⅸ—拱墙二次衬砌2)施工要点。①根据地质条件，隧道断面的划分应以初始支护受力均匀的原则为基础，以便发挥人力和机械效率。一般在水平方向分两部分挖掘，从上到下分两层或三层挖掘。②主导施工场地的临时支撑(中间隔断、临时仰拱)应具有向外(下)鼓的弧度。③各部位的开挖与支撑应自上而下。开挖后，应及时进行初支、中间隔断和临时仰拱，逐步成环。④缩短各部开挖面的间距，使初期支护尽早封闭成环。3)特点及适用条件。当采用中隔壁法（CD法）仍然无法保持围岩稳定和隧道施工安全时，可采用交叉中隔壁法（CRD法）开挖。交叉中隔壁法（CRD法）适用于断层破碎带、碎石土、卵石土、圆砾土、湿陷性黄土、全风化的花岗岩地层的V〜VI级围岩及较差围岩的浅埋、偏压及洞口段等。总之，对于硬岩隧道宜采用全断面法与台阶法，分部开挖法适用于软岩隧道。采用台阶法施工时，不宜采用长台阶，因其不利于初期支护及早封闭成环。在采用分部开挖法的硬岩隧道中爆破作业将会严重破坏已成形的中隔壁，应采取一定的保护措施。二、隧道掘进施工隧道常用的掘进方式有钻眼爆破掘进、单臂掘进机掘进、人工掘进三种。在软质岩石及土质隧道中，为减少对围岩的扰动，避免爆破震动对围岩的破坏，可以采用单臂掘进机掘进。单臂掘进机的适应能力较强，可以挖掘任意形状和大小的隧道。挖斗式挖掘机或铲斗式装渣机用于隧道掘进时，可以将挖掘和装渣同机完成，但破岩能力有限，一般只适用于硬土以下的土质隧道中，且须配以人工修凿周边。不能采用爆破掘进的软弱破碎围岩和土质隧道中，若工程量不大，工期要求不紧，又无机械或不宜采用机械掘进时，则可以采用人工掘进。人工掘进是采用轻型风镐，甚至十字镐等简易工具挖掘，并采用铁锹、斗箕等装渣。人工掘进时，工人劳动强度大，掘进速度较慢。施工中应做好安全防护措施，并安排专人负责工作面的安全观察。机械或人工掘进均应注意掌握好掘进速度，及时支护，不使围岩暴露时间过长。若开挖面不能自稳，应同时采取相应措施。一般山岭隧道最常用的是钻眼爆破掘进，有关爆破器材的知识可查阅相关资料，本小节主要讲述隧道爆破设计与施工。1.凿岩目前，隧道工程中较常使用的钻眼机具有风动凿岩机、液压凿岩机、凿岩台车。（1）风动凿岩机风动凿岩机俗称风钻，以压缩空气为驱动力。它具有结构简单、制造维修简单、操作方便、使用安全等优点，但压缩空气的供应设备比较复杂、机械效率低、能耗大、噪声大、凿岩速度比液压凿岩机低。（2）液压凿岩机液压凿岩机采用电力驱动高压油泵，通过改变油路，活塞往复运动来实现冲击效果。液压凿岩机比风动凿岩机动力消耗少，能量利用率髙，凿岩速度快，但构造复杂，造价较高。（3）凿岩台车多台液压凿岩机安装在专用的移动设备上，实现多台凿岩机同时作业，称为凿岩钻车。凿岩钻车按其运行方式可分为履带运行、轮胎运行和履带运行。按其结构可分为实心腹式和门式。全液压凿岩台车和实心腹胎运行的多功能台车在工程上得到了广泛的应用。（4）钻头和钻杆钻头是直接连接到钻杆的前端(整型)或有袖的钻杆的前端(组合式),钻杆尾巴上有袖的凿岩机的负责人和钻头的前端是镶嵌着艰苦的高强度耐磨合金钢横刃。横刃按其形状可分为两种:片状连续刃和圆柱齿刃(不连续)。片状连续边有多种布局形式，如单线状、十字形；圆柱形齿缘可分为球形齿、锥形齿、楔形齿等形状。工字片连续刃钻头制造和研磨简单，对岩性适应性强。适用于低功率气动凿岩机，在中等硬度以下的岩石中钻进，但钻进速度慢，容易卡在节理裂隙发育的岩石中。十字形片状连续钻头和圆柱形钻头的制造和研磨复杂，适用于大功率、高冲击频率的重型气动或液压凿岩机在各种岩石中钻孔，特别是在高硬度岩石或节理裂隙发育的岩石中。普通钻头的钻孔直径有38毫米、40毫米、42毫米、45毫米、48毫米等。用于钻空心孔的钻头直径可达102毫米甚至更大。钻头和钻杆都有注水孔，通过注水孔，加压水可以清洗岩石粉末。钻头结构如图11-13所示。图11-13钻头形式示意图钻孔速度受冲击频率、冲击能量、钻头类型、钻孔直径、钻孔深度和岩石质量的影响。此外，钻头与钻杆、钻杆与机头的紧密配合以及钻杆的质量和厚度影响冲击能量的传递。如果套管不紧，钻杆轴线与机头轴线不重合，或者钻杆硬度小，钻杆厚，冲击能量会损失，从而降低钻井速度。2.起爆方法设置传爆、起爆系统的目的是在装药（药包或药卷）以外的安全距离处发爆（点火、通电或激发枪）和传递，使安装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）导火索与火雷管起爆用导火索传递火焰给火雷管，并使火雷管在火焰作用下爆炸。雷管号数按其起爆能量的大小分为10个等级（号数），号数愈大，起爆能力愈强。隧道工程常用8号和10号雷管。目前，隧道施工中已基本上不再使用导火索+火雷管起爆系统，而使用非电起爆系统。（2）电雷管起爆电雷管是在火雷管中加设电发火装置而成的，它是用导电线传输电流使装在雷管中的电阻发热而引起雷管爆炸的。电雷管可分为即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，延期时间长短均用段数来表示。（3）塑料导爆管起爆在聚乙烯塑料管内壁涂覆一层高能炸药，在激波作用下，管壁上的高能炸药能沿管道方向连续稳定起爆，从而将爆轰传到非电雷管以引爆雷管。弱爆震在管中的传播速度为16002000m/s，但由于其本身的弱点，不会对塑料导爆管造成损伤。塑料导爆管具有良好的电阻、耐火、抗冲击性能，起爆、防爆性能稳定。塑料导爆管不能直接起爆炸药，应与非电毫秒雷管配合使用。导爆管可用8号火雷管、导火索、击发枪、专用激发器发爆。其连接和分支可集束捆扎雷管继爆。导爆管起爆系统包括4个组成部分：起爆元件、传爆元件、连接与分流元件和末端起爆元件。其爆破过程是：击发起爆雷管，从而使传爆元件中的导爆管起爆传爆，当导爆管传爆到连接元件中的传爆雷管时，雷管起爆，再引起周围的导爆管起爆和传爆，这样连续传爆下去，进而使所有的炮眼炸药起爆。其连接网络如图11-14和图11-15所示。图11-14导爆管起爆网络之一图11-15导爆管起爆网络之二（4）导爆索起爆导爆索是以单质猛炸药黑索金或泰安作为索芯的传爆材料，主要分为普通导爆索和安全导爆索两种。普通导爆索是目前生产和使用较多的一种，具有一定的防水性能和耐热性能，但在爆轰传播过程中火焰强烈，所以只能用于露天爆破和没有瓦斯的地下爆破。安全导爆索是在普通导爆索的药芯或外壳内加了适量的消焰剂，使爆轰过程中产生的火焰小、温度低，不会引爆瓦斯或矿尘，专供有瓦斯或矿尘爆炸危险的地下爆破作业使用。（5）电子雷管起爆电子雷管又称数字雷管或数字智能雷管，是利用电子控制模块控制起爆过程的电雷管。电子控制模块是指放置在数字电子雷管中的特殊电路模块，具有雷管起爆延时控制和起爆能量控制功能，内置雷管身份信息码和起爆密码，可测试自身功能和雷管点火元件的性能和电气性能，并可与起爆控制器等外部控制设备通信。电子雷管的基本原理与传统延期雷管相同，可视为由传统即时雷管的外部电子电路组成。电子雷管能够实现高精度起爆时序控制，而且具有抗水、抗压、抗杂散电流等优点，但目前价格稍贵。4.隧道爆破设计隧道钻爆开挖前，应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、行车周期进尺、钻具、爆破设备等，以及爆破孔的布置、数量、深度、角度、装药数量、装药结构等，进行钻孔爆破设计。合理确定起爆方法和起爆顺序，安排循环作业，指导钻孔爆破施工。（1）炮眼布置1)炮眼的种类和作用。根据位置、爆破效果、布置及相关参数，隧道开挖爆破中的炮孔可分为以下几种类型:①掏槽孔:鉴于隧道开挖爆破只有一个自由面的特点，为了提高爆破效果，建议在开挖断面的适当位置(一般在中心下部)布置几个装药量较多的爆破孔，如图11-16所示。其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续的炮孔爆破创造一个新的自由面。②辅助眼:切削孔与周边眼之间的孔称为辅助眼，如图11-16中719号和3844号孔所示。其作用是扩大切割孔吹出的槽腔，为周边孔爆破创造自由面。③周边眼：沿隧道周边布置，如图11-16中20〜36、37、45〜54号炮眼（46〜54号眼又称底眼）。其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。图11-13炮眼布置示意图（单位：mm）2)炮眼的布置原则和方法。布置爆破孔时，既要保证良好的爆破效果，又要考虑钻孔效率。总平面布置按以下原则和方法进行。①先排切眼，再排周边眼，最后排辅助眼。一般来说，切削孔应布置在开挖面中心的下部，其深度应比其他孔深15〜20cm。为了冲出平坦的开挖面，除切口和底孔外，开挖的所有眼都应落在同一平面上。井底深度一般与掏槽孔深度相同。②周边眼的位置一般沿设计轮廓线均匀排列。周边眼距和最小抵抗线的长度应小于辅助眼的长度，以使爆破后的隧道轮廓更光滑，控制超欠挖。周边眼孔应放在设计等高线内，眼底应根据岩石的爆破阻力定位，孔的方向应以0°的坡度外推。030.05。对于坚硬岩石可将眼底放在设计轮廓线以外10〜15cm;中硬岩层则放在设计轮廓线上；软弱围岩落在轮廓线以内10〜15cm。底眼都应将眼底放在设计轮廓线以外10〜15cm。③辅助眼的布置由施工经验决定。辅助孔的布置主要是解决孔间距5和最小阻力线W的问题，可根据施工经验确定。一般来说，电阻线F为孔间距的60%-80%，取0。60.9米。。3)掏槽形式。切割效果直接影响整个隧道爆破的成败。根据切割孔与开挖面的关系、切割孔的布置、切割深度和装药起爆顺序，切割方法可分为以下几类。①斜掏槽:掏槽孔斜穿开挖断面，充分利用原有仅有的自由面实现掏槽爆破。当一次爆破深度较大时，往往需要使用多个斜切口。斜眼掏槽的形式如图11-14所示。常用的掏槽形式为楔形掏槽。这种掏槽眼只要钻眼精确，按设计装药，一般均能取得良好的效果，适用于中硬岩、硬岩的中深眼爆破。图11-14斜眼掏梢形式斜眼掏槽的优点是可根据岩层实际情况选择掏槽方式和角度，石渣容易甩出，掏槽孔数量少；缺点是孔深受隧道断面尺寸限制，不便于多台钻机同时钻孔，钻眼方向不够准确。②直眼掏槽。如图11-15所示，直切口由几个垂直于开挖面的孔组成。开挖深度不受围岩硬度和开挖断面大小的限制。可实现多台钻机同时作业、深孔爆破和机械化钻孔施工，为提高掘进速度提供了有利条件。直切有很多种形式，包括裂切、五眼梅切和螺旋切。近年来，由于重型凿岩机械的使用，特别是能钻100毫米以上直径孔的液压钻机投入施工后，直眼掏槽多采用大直径的空眼，其作用相当于为掏槽提供了临空面，并取得了良好的掏槽效果。图11-15直眼掏槽（单位：cm）一般在中硬岩层中，当设计循环进尺在3.5m左右时，采用双空孔形式最佳；当孔眼深度为3.5〜5.5m时，采用三空孔形式最好；对于3.0m以下的浅眼掏槽，则采用单孔形式较好。直眼掏槽的优点是：便于多机同时钻眼和不受断面尺寸对爆破进尺的限制；可采用深孔爆破，从而为加快掘进速度提供有利条件；掏槽石渣拋掷距离较短。但其炮眼个数较多，炸药单耗值较大，炮眼位置和方向要求有较高的精度，才能保证良好的爆破效果。（2）爆破设计1)确定炮眼数量。炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关，过少会影响爆破效果,过多会增加钻眼工作量，影响掘进速度。炮眼数量可采用下式估算：式中:N——爆破孔数，不包括不装药的空孔数；K—单位炸药消耗量，kg/m3；S—开挖断面面积，m2；α——电荷系数，即电荷长度与空穴总长度之比；伽马-每米弹药筒的爆炸质量，千克/米;炮眼数目也可参考表11-1的经验数值确定，适用于炮眼直径为38〜46mm的导坑爆破，不装药炮眼未计入。当采用小直径炮眼或大直径炮眼时，炮眼数目应相应增减。此外，炮眼数目还可根据类似工程爆破条件采用经验类比法确定，即根据经验先布置掏槽眼，再根据地质情况及开挖断面的大小均匀布置周边眼和辅助眼。表11-1炮眼数目参考值N围岩级别开挖断面面积/m24～67～910～1213～1540～43软岩（Ⅰ）10～1315～1617～1920～24—次坚岩（Ⅳ、Ⅲ）11～1616～2018～2523～3075～90坚岩（Ⅱ、Ⅲ）12～1817～2421～3027～3580～100特坚岩（Ⅰ）18～2528～3337～4238～43—2)炮眼深度。炮眼深度决定了一个循环的钻眼、装渣工作量，循环时间以及施工组织和掘进进度。随着掘进速度的提高，炮眼深度应该也相应加深，一般可以参照经验值确定。炮眼深度通常以循环进尺作为眼深，对于软弱岩层，掏槽眼另加10%〜20%,软弱岩层的循环进尺一般在0.8〜1.5m内考虑，通常在1.1m左右较合适。硬岩的循环进尺一般为3〜5m，为减少对围岩的扰动，钻眼深度一般不大于3.5m。但是，炮眼深度还应该根据钻眼机械的最大钻眼深度、钻眼效率和与之相配套的装运机械设备的装运能力等情况综合考虑。3)装药量的计算及分配。炮孔装药量是影响爆破效果的重要因素。用量不足，就会出现炮孔打不开、炮孔利用率低、石渣块过大的现象；过多的装药会破坏围岩的稳定性，使支护和机械设备坍塌，使抛渣过于分散，不利于装渣，并增加隧道内有害气体、排烟时间和供风量等。目前采用容积公式计算一个周期的总药量，然后根据各类炮孔的爆破特点进行分配，再通过试爆进行检验修正，直至达到良好的爆破效果。总剂量q的计算公式为:Q=kV式中:Q—一个爆破周期的总药量，kg;K—每立方米岩石爆破所需的炸药消耗量，kg/m3;V—一个爆破周期爆破的岩石的总体积，进尺，m3,V=ls;l计划周期进尺，m;S-开挖断面面积，m2。总爆炸量应分配到每个孔，因为每个孔有不同的作用，因而各部位炮眼的装药量也不相同。掏槽眼的装药量最多，其次是底眼，然后是辅助眼，周边眼的装药量最少。周边眼、掏槽眼按规定选取药量，其他炮眼的装药量可按下式计算，最后再从施工方便出发，对装药量作适当调整，以单眼装药量为半卷、整卷计量为宜。式中：Q1—单眼装药量，kg;k—炸药单耗，kg/m3;α—炮眼间距，m;W—炮眼爆破方向抵抗线，m;L—炮眼深度，m;λ—炮眼所在部位系数，一般取0.8〜2.0。4)装药结构。装药结构是指炮孔内二次药包和起爆药包的布置方法。装药结构根据起爆线圈在孔内的位置可分为正向装药(起爆)和反向装药(起爆)，根据装药的连续性可分为连续装药和间隔装药。①正向装药(起爆):将起爆药药壳置于眼孔处的第二药壳位置，将雷管和药壳形状孔的能量传递至眼底，用封堵堵死眼孔。②反向充电(启动):将启动药盒置于眼底第二药盒位置，保证最大限度地利用炸药能，既可保证不破坏眼底岩石，还因雷管及药卷聚能穴朝外，可取得好的效果。掏槽眼首段采用正向装药起爆，其他炮眼采用反向起爆装药。③连续装药：这种装药方式就是把药卷一个紧接一个地装入炮眼，直至把该炮眼的需用量装完。④间隔装药：在炮眼底部先装入1个起爆药卷，然后间隔一定距离装半个药卷，再隔一定距离再装1个药卷，直到预计药量装填完毕。间隔装药通常将药卷绑扎在木棍或竹片上。切割眼和辅助眼常连续充大直径药筒，周围眼可连续充小直径药筒或间隔充大直径药筒。5)起爆方法和顺序。隧道开挖爆破一般采用导爆管起爆法，既经济又安全。要想取得比较好的爆破效果，除合理布置炮眼及装药外，还应根据各种炮眼所起的作用来确定起爆顺序，一般是按掏槽眼、辅助眼、底板眼、周边眼的顺序起爆。(3)控制爆破采用普通爆破方法，不仅围岩受到较大的扰动，而且理想的开挖轮廓和尺寸也难以发生突围。因此，控制爆破技术，即光面爆破和预裂爆破，是目前常用的隧道爆破技术。1)光面爆破。①特点与标准。光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术。通过一系列措施对开挖现场周边进行正确钻孔爆破，使周边孔最终起爆的爆破方法。其主要标准是:开挖等高线形成规律，岩石表面光滑;在围岩上保留了50%以上的半孔标记，没有明显的爆破裂缝;超开挖满足规定要求，围岩上无危岩。光面爆破对围岩扰动小，尽可能保持围岩的承载能力，从而改善衬砌结构的应力状态;由于围岩平整，减少了围岩应力集中和局部落石现象，提高了施工安全性，减少了超挖和回填量。若配合锚喷支护，可节省大量混凝土，降低工程造价，加快施工进度。②主要参数。光面爆破的成功主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括:周边炮孔间距、光面爆破层厚度、周边炮孔密度系数和装药浓度等。影响光面爆破参数选择的因素很多，如岩石爆破性能、炸药品种、断面尺寸、断面形状、凿岩设备等。其中地质条件影响最大。光面爆破参数的选择通常是通过简单计算结合工程类比来确定的。初步确定后，通常在现场爆破实践中进行修正和改进。圆周孔间距e.一般e=(1018)d；当孔径为32〜40mm.时，e=300700mm毫米一般以软弱或完整的岩石E取大值，隧道跨度小、坚硬、节理裂隙发育的岩石E取小值，并相应降低药量。两个炮眼之间也可以加导孔，导孔与装药孔的距离一般控制在400mm以内，注意炸药的品种对E值也有影响。光滑表面层厚度和孔密度系数。所谓光滑表面层，是周围眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。其厚度为周边眼最小阻力线w(图11-16)。周边眼间距e与光面层厚度w密切相关，通常用周边眼密度系数K(K=e/w)表示，对光面爆破效果影响较大。需要使相邻两孔间应力波的传播距离小于应力波到自由表面的传播距离，即<w。实践表明，K约为0.8，光滑表面层w的厚度一般为50~80cm。图11-16光面爆破参数示意图剂量。周边眼的剂量通常用线性药物的密度来表示。适当的装药不仅要有破碎岩石所需的能量，还要对围岩造成过度的破坏。施工时，应综合考虑孔距、光面厚度、石料和炸药类型来确定装药。③技术措施。为了获得良好的光面爆破效果，可以采取以下技术措施:使用爆速低、强度低、密度低、传爆性能好、爆力高的炸药。采用不耦合装药结构。光面爆破的解耦系数优于2，但药卷直径不应小于炸药的临界直径，以保证稳定的传爆。采用间隔装药时，相邻孔中使用的药卷位置应错开，以充分利用爆炸效率。严格掌握周边孔附近内环爆破孔的爆破效果，为周边孔爆破创造自由面。周边眼尽量同时引爆。严格控制电荷浓度。为了克服基底岩石的夹持，通常需要加强基底中的电荷。2)预裂爆破。预裂爆破是指先对周边孔进行爆破，然后沿开挖等值线爆破一条裂缝，以