浅谈隧道光面爆破技术

隧道光面爆破技术

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，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、光面爆破的特点

1。1 隧道成形规整，应力分布均匀，有利于围岩稳定，从而提高围岩自承能力。 1.2 对围岩的扰动范围小，相应的炮震裂缝少，从而增加施工安全性。 1。3 光爆成形规整,有利于施作锚喷支护。

1。4 节约材料，降低工程造价.尤其是减少超欠挖，可大大减少衬砌砼超灌量. 2、光面爆破的作用原理

炮眼中炸药爆炸时对围岩产生两种作用，一种是爆炸产生的高温高压气体膨胀过程对围岩的静压和尖劈作用，这种作用时间较长，一般为几至几十毫秒;另一种是炸药爆炸瞬间的冲击波对围岩动压作用，这种作用的时间较短，但作用比静压作用猛烈。一般爆破中，冲击波动压的作用是主要的。

光面爆破，就是人为地采取技术措施,减弱动压对炮眼周壁岩石的冲击作用，而使高压气体产生的静压作用成为主导。如果相邻的炮眼间距适当,爆炸时爆炸气体将在炮眼连线方向产生较大的集中应力,作用于这个方向的眼壁上,由于岩石抗拉强度远远低于抗压强度，于是沿相邻眼连线方向眼壁出现裂缝，而爆炸产生的高压气体形成的尖劈作用，使既成裂缝进一步扩展，最终形成规整的破裂面。

控制并减弱爆破冲击波动压作用的主要技术措施是：

a、采用小直径药卷。使不偶合系数大于1，爆破时有一定的缓冲作用，动压大为降低。 b、采用缓冲装药结构。包括不偶合药包连续装药结构和偶合药包间隔装药结构. c、控制每米炮眼长度的装药量，并均匀分布于炮眼内。 d、采用爆速低、猛度小、低密度的炸药。 3、光面爆破的质量标准

3。1 周边轮廓基本符合设计要求，岩石壁面平整，隧道壁面起伏在15~20cm以内。 3.2 周边炮眼痕迹保存率：硬岩≥80％、中硬岩≥60％。

3。3 爆破后的保留的半眼壁面上无粉碎和明显新生裂缝,对围岩破坏轻微. 3。4 爆破后,大的危石、浮石较少。 4、光爆参数的选择

4。1、周边眼孔距（E）及抵抗线（W）

4.1。1 孔距(E):可选350~700mm左右。当围岩软弱、节理裂隙发育或隧道跨径小时选350～500mm；中等硬度岩石选450~650mm；岩石坚硬完整时选550~700mm.

4。1。2 抵抗线(W）：通常为450~800mm.当岩石软弱时选450～600mm；中等硬度岩石选600～800mm；岩石坚硬完整时取600～800mm。

4.1.3 密集系数（M=E/W）：一般取M=0.5～1。0，软岩取M=0。5~0。8，中硬岩取M=0.7～1.0，硬岩取M=0.7～1。0，M值软岩取小值、硬岩及断面小时取大值。

4。2 炮孔深度（L)值的确定：根据围岩情况、钻孔设备、掏槽方式等确定。

4。2。1 炮孔深度的区分:浅孔爆破:L＜1。8m；中孔爆破：L=1。8~2.5m；深孔爆破：L＞2.5m。 4。2.2 孔深一般不宜小于1.2m，因为眼孔较浅时，爆炸气体很容易从孔口释放出去。 4.2。3 孔深也不宜太深,当钻孔外插角一定时，周边孔越深超挖越大. 4.2.4 采用楔形掏槽时，其炮眼深度L可考虑为:

L=（0.4~0。6）B 式中—B为断面宽度

4.3 炸药及装药结构的选择

4.3.1 炸药：宜采用低爆速、低猛度、低密度炸药.

4。3。2 装药结构:宜采用小药卷不偶合装药及空气间隔装药结构，孔口用炮泥堵塞，改善爆破效果。

a、小直径药卷径向空气间隔连续装药.药卷直径为20~25mm，用塑料扩张管套在两药卷接头处,使药卷能置于炮孔中心。为克服炮眼底部岩石夹制力，在炮孔底部装半卷Φ32mm药卷作起爆药卷。

b、普通标准药卷（Φ32mm）空气间隔装药。一般每半个药卷一个间隔，药卷用导爆索串起来一次起爆。

c、小直径药卷空气间隔装药,此装药结构可减弱对围岩的破坏作用，适合于软岩.

4。3.3 不偶合系数:炮孔直径d与药卷直径Φ之比叫做不偶合系数(又叫缓冲系数）。当炮孔直径d=62～200mm时，不偶合系数取2～4；炮孔直径为34～45mm时不偶合系数取1.5~2。

4.3.4 装药量：光面爆破周边眼装药量应严格控制，否则将完全达不到光爆的效果。 a、单孔光面爆破经验装药量计算式：

g=（E+W）L＊10Rb

式中：g—单孔装药量 （g）

E—孔距 （m) W—抵抗线 （m） L—孔深 （m） Rb—岩石抗压强度 （MPa）

b、光爆装药集中度（q）:

q=g/L=(E+W）＊10*（Rb)1/2 （g/m）

c、“隧规”中，光爆装药集中度(q）参考值:软岩 q=0.07～0.12（kg/m）；中硬岩 q=0.15～0。25 （kg/m）；硬岩 q=0。30~0。35（kg/m）。

5、光面爆破的技术要点

5。1 合理选择光面爆破参数，努力提高钻孔精度。 5.2 严格控制药量，采用合理的装药结构。 5。3 选择合理的起爆顺序。

5.4 周边眼应同时起爆，一般要求时差不大于100毫秒. 6、炮眼布置的步骤

6。1 掏槽炮眼的布置:掏槽爆破是隧道掘进的关键,爆破质量、掘进效果都有赖于掏槽爆破是否成功。

6。1。1 掏槽位置：一般都选在钻孔作业比较容易的部位，比如隧道中线偏下。 6.1.2 掏槽形式:常用形式有直眼掏槽、斜眼掏槽及混合掏槽。 6。1。2.1 平行直眼掏槽 a、 有几个空眼的直眼掏槽:其形式有三角形、六边形和菱形,如图1所示 aaa313a31a33有空眼的直眼掏槽 （图1） 通常a=（2~2。5）d(式中d为钻孔直径). b、五眼梅花形直眼掏槽：适用于各种岩石如图2所示：a=（2～3)d，b=(3~4。5）d。 561ab 37五眼梅花形直眼掏槽 (图2) c、小直径平行预裂挤压抛碴掏槽如图3所示：R1=100～140mm,R2=200~280mm。 500mm堵塞11R23R113R13131131331R2311装药 堵塞装药小直径平行预裂挤压抛碴掏槽 （图3) 如图3所示,就是把内圈的四个空眼打得深一些,比中心及外圈眼深约500mm,在超深部分反装2～3卷炸药后起爆,起到抛碴作用（图示编号为雷管段数）。

6。1.2.2 楔形掏槽：斜眼掏槽中,楔形掏槽用得最多.楔形掏槽又称“V”形掏槽。一般采用2～4对与工作面成60°~65°角的对称倾斜炮眼,成对地在炮眼底部集中形成一线，集中火力同时起爆,炸出一个楔形漏斗。 a、垂直楔形掏槽：适用于整体性较好或近似垂直或斜交成层的沉积岩，钻眼方便，炮眼方向和高度易于掌握,爆破效果好. 楔形掏槽要求炮眼与工作面的交角为60°～65°，即底部“V”形夹角a大致为50°～60°，炮眼深度大致为断面宽度的45～50%。 20cma10~20cmaa 20cm10~20cm aa垂直楔形掏槽 (图4 ） b、复式楔形掏槽：当要求每一循环进尺为B/2或以上时，这时一级楔形掏槽难以达到要求，必须采用复式楔形掏槽。钻眼时,每对炮眼采用不同的倾斜角,钻孔精度要求高(如图5所示)。 20cm20cm复式楔形掏槽 （图5 ） 6.2 沿开挖轮廓线布置周边眼及底板眼 6。2。1 周边眼：根据光面爆破选定的周边眼间距，沿开挖轮廓线布置，在墙脚处为克服较大的夹制作用，可将孔距适当减小。严格控制外插角，以减少超挖。周边眼深度应根据岩石条件和进度要求及掏槽形式而定,一般情况下掏槽眼深度小0。1~0.2m。 6。2.2 二圈眼：二圈眼也是光爆施工的重要参数,直接影响光面爆破质量。二圈眼所在位置就是周边眼抵抗线的边缘。二圈眼的孔距一般稍大于周边眼抵抗线(W）,即二圈眼间距E=1。2W，通常不大于0。9M.

6.3 辅助眼；这部份炮眼是紧挨着掏槽眼的位置，它既是掏槽眼的辅助眼，又对掏槽槽口起扩大作用,因而它的眼底与掏槽眼底部的距离应比扩大眼小一些.

6.4 扩大眼：扩大眼的布置通常可采用下列形式

6.4。1 弧形式：顺隧道弧形周边分层布置。这种形式，爆破逐层形成弧形拱，有利于围岩的稳定。 6。4。2 直线形式：围绕槽口将炮眼顺竖直或水平方向,向外逐层排列.相当于多排炮眼的梯段爆破,有临空面，爆破效果好,是隧道开挖布眼常倾向的图式.

6.4.3 圆形式：开挖圆形洞室，炮眼围绕园心分层布置。 6.5 确定合理的起爆顺序 通常起爆顺序应为：掏槽眼→辅助眼→扩大眼→二圈眼→周边眼→底板眼，间隔时间采用25～100毫秒。周边眼宜一次起爆，若分次起爆周边眼轮廓不大平整。

7、光爆钻孔的基本技术 7。1 严密的组织

7.1.1 光爆钻孔时应统一指挥，协调行动。

7.1.2 固定钻机班,并实行定人、定机、定位、定质、定量的“五定”岗位责任制. 7.1.3 分区、按序钻孔。避免相互干扰、碰撞、拥挤及窝工现象.

7。2 钻孔的方法与步骤:整个光爆钻孔过程可分为准备→定位→开口→钻进→拨钎→移位六步。 7.3 对光爆周边眼的要求必须达到“准”、“直”、“平\"、“齐\"。准:孔位选准；直:先打好上方标准眼，插上炮杆，使侧墙孔孔口在同一条垂线上；平：就是要使周边炮眼相互平行；齐：使各炮眼眼底落在同一平面上。

7.4 保证钻孔质量的措施

7.4.1 找准中线水平，标定周边眼及二圈眼的孔位。

7。4.2 在拱顶1m处标定一临时中线（也可在台架上标定一临时中线），以保证炮眼沿隧道中线钻进，然后在标准孔内插入炮棍作为其它炮孔的方向标志.

7.4。3 根据要求的钻孔深度做好标记，使孔底落在同一平面上，周边孔深不超过扩大孔深.

7。5 正确掌握支架的角度:钻机和支架间的角度在硬岩中一般保持在130°~140°之间；在软岩中应保持120°～130°之间。

7。6 钻孔作业中的“七快”、“四勤”、“四不钻”：七快：拉风水管快、安钻快、换钎快、移动支架快、交换位置快、排除故障快。四勤：保养钻机、支架勤；维修风水管勤；检查钻孔质量勤；检查安全勤。四不钻：不钻残眼、不钻石缝、不钻软弱夹层、不钻破碎带。 名词解释： 不耦合系数

在控制爆破中是一个很重要的参数.主要用于预裂爆破与光面爆破。 定义：炮孔直径与药包直径之比。

用途:保护爆破的完整度，以防龟裂与减少裂隙，保持岩体稳定性。用在预裂孔或周边眼内。

一般取值范围为1。0～2。0，在孔距较小情况下一般取大值。在岩石抗压强度较大时，一般取小值。 装药结构

炸药在炮眼中装填的状态。连续密接的称“连续装药”，分成数段的称“间隔装药”；装药直径基本等于炮眼直径的称“耦合装药”,装药直径明显小于炮眼直径的称“不耦合装药”。

装药结构是指炮孔内的药包与药包之间位置、品种和形状的关系.一般单一结构为装同一种炸药，而混合结构是在孔底或某段岩石强度高或低处对应装高威力或低威力炸药。有连续装药和间隔装药形式，以及偶合或不偶合装药结构,也有以改变药包形状的方法，以增加炸药威力。 密集系数

炮眼间距与最小抵抗线的比值。 起爆药卷

装有雷管的药卷叫做起爆药卷 自由面（临空面）

自由面又叫临空面，通常是指被爆岩石与空气的交界面，也是对爆破作用能产生影响并能使爆后

岩石发生移动的岩面。自由面的数目、自由面的大小、自由面与炮孔的夹角以及自由面的相对位置等，都对爆破作用产生不同程度的影响。自由面越多，爆破破岩越容易，爆破效果也越好,当岩石性质、炸药品种相同时，随着自由面的增多，炸药单耗(kg/m3)将明显降低。

一般来说,随着自由面积的增加,岩石爆破的夹制作用将变小，这有利于岩石的爆破，当其它条件不变时，炮孔与自由面的夹角愈小，爆破效果也愈好。炮孔方向垂直于自由面时,爆破效果最差；炮孔方向与自由面平行时，爆破效果最好。另外,能否利用岩石的自重下落亦对爆破效果有影响。 最小抵抗线

工程爆破中，通常把药包中心线或重心到最近的自由面的最短距离称为最小抵抗线.用W表示。 最小抵抗线是爆破时岩石阻力最小的方向，所以在此方向上岩石运动速度最高，爆破作用最集中. 因此，最小抵抗线是爆破作用的主导方向，也是岩石移动的主导方向。在露天深孔爆破与洞室爆破时，尤其要注意弄清楚最小抵抗线。

乳化炸药

乳化炸药具有良好的抗水性能和爆炸性能，其中2号岩石乳化炸药爆速不小于3,200m/s，作功能力不小于260ml，猛度不小于12mm，殉爆距离不小于3cm,药卷密度为0。95~1.30g/cm3,有效贮存期为6个月。 导爆索

导爆索按其包缠结构分为两种：棉线导爆索和塑料导爆索。导爆索药芯是用黑索金或太安作成的。因为导爆索内有猛炸药，它不仅具有良好的传爆性能，本身还有一定的爆炸威力.经雷管引爆后，导爆索可以传爆和引爆铵梯炸药或乳化炸药。一般导爆索爆速（传爆速度）为6.，000m/s～6,500m/s。存贮有效期为2年。塑料导爆索，具有防水性能。应特别注意它是可以爆炸的传爆器材，所以应特别防撞击和拉拔。

导爆索可“传爆”，可作为“雷管\"般引爆炸药，可作为炸药使用于“弱爆破”，如隧道爆破的周边弱爆破,就有将导爆索作为“炸药卷”使用的. 导爆管

塑料导爆管是一种外径约3mm，内径约1。4mm的白色塑料软管,管子材料为高压聚乙烯，管的内壁涂有薄薄一层混合炸药，其中91％为奥托金或黑索金，9%为铝粉，每米药量仅14~16mg.

导爆管的内壁炸药引爆后能够稳定传爆,管内产生的爆轰波可以引爆雷管，但不能引爆工业炸药。导爆管传爆速度为1650±50m/s

导爆管可以与雷管组装在一起成为导爆管雷管。

导爆管具有很好的性能,所以自发明以来，在全世界迅速地广泛地采用。导爆管有较好的抗电性能，

能抗3万伏以下的直流电，不被击穿;有很好的抗水性能，在水下80m处放置48小时，仍然正常起爆与传爆。它的安全性能好，火焰和机械冲击不能激发导爆管，管身燃烧不能引爆导爆管。导爆管可以作为非危险品运输。 导爆管雷管起爆法

它是利用导爆管传递冲击波点燃雷管的，也称导爆管起爆法.而导爆管则需通过雷管或激发装置引爆。

注意：目前在隧道钻爆中，最常用的就是导爆管起爆法了。 导爆索起爆法

导爆索可以直接引爆工业炸药，用导爆索组成的起爆网路可以起爆群药包，但导爆索网路本身需要雷管先将其引爆。导爆索起爆法属非电起爆法。

导爆索起爆法在装药、填塞和联网等施工程序上都没有雷管，不受雷电、杂电的影响，导爆索起爆法传爆可靠，操作简单,使用方便。因此,常用来起爆洞室药包，在隧道爆破中起爆周边眼药卷,常使用此法,应注意掌握其操作方法。 导爆管雷管起爆法

导爆管雷管起爆法是利用导爆管传递冲击波点燃雷管，进而直接或通过导爆索起爆法起爆工业炸药。它是属非电起爆法.

导爆管起爆法的特点是可以在有电干扰的环境下进行操作，联网时可以用电灯照明，不会因通话电网、高压电网、静电等的干扰引起早爆和误爆事故，安全性高；一般情况下导爆管起爆网路起爆的药包数量不受，网路也不必要进行复杂的计算。这两点是电雷管电力起爆法所不具备的优点。同时导爆管起爆方法灵活、形式多样，可以实现多段延时起爆,操作简单，检查方便，不容易出错。因此，现在在露天浅孔、深孔爆破，井巷及地下工程爆破以及洞室大爆破、拆除爆破都广泛采用导爆管雷管起爆法。同时,具有良好的防水性能，也往往在水下爆破中使用此法。在有瓦斯或矿尘爆炸危险的作业场所不能使用导爆管起爆方法.在隧道施工中已经普通使用导爆管起爆法。

导爆管起爆法的组成和系统 1、导爆管起爆法的组成

导爆管起爆法由击发元件、联结装置和起爆元件组成。其中联结装置可分成两类：装置中不带雷管或炸药的，导爆管通过插接方式实现网路的连接的装置称为联结元件；联结装置中带有雷管或导爆药的，通过雷管或炸药的爆炸将网路连接下去的装置称为传爆元件。现场操作，往往使用更简单的方法,即使用电工黑胶布包扎紧密而实现有雷管的传爆方法。

(1）击发元件

击发导火雷管可以采用各种工业雷管、导爆索、击发笔、电火花、火帽等。

（2）起爆元件

导爆管不能直接起爆炸药，必须通过导爆管雷管来起爆药包和药卷。 （3）联结元件

①塑料联通管和塑料多通道联结插头（三通式、四通式），也称多路分路器，属于分流式联结元件，它们利用导爆管正向入射分流原理，取消了导爆管网路连接中的雷管或炸药，在网路中突现了无雷管无炸药分流传爆.

②塑料套管接头（三通、四通)，这是一种可以自行加工的反射式联结元件，它用不同直径的聚氯乙稀薄壁套管制作，壁厚0.5mm,只要用塑料焊接机(热合机）将其做成长约20cm，一端开口、一端封闭的接头即可。套管内径5mm，可制成三通、6mm可制作四通.价格低廉，制作简单，使用方便，由于薄壁套管有一定伸缩性,能将导爆管紧紧的包裹住。

③塑料四通接头.这是用注塑方式产品化的帽盖状反射式联结元件。封口端为圆弧状，开口端内侧有4个半弧状缺口，用做导爆管的插口，外侧有放置缩口金属箍好的沿口。由于导爆管外径生产误差,使用时要加缩口金属箍才能使4根导爆管牢固地固定在接头上。

（4）传爆元件 传爆元件有两种形式:

①直接用导爆管雷管作为传爆元件，将被传爆的导爆管牢固地捆绑在传爆管周围。这种连接方法使用的很多,隧道工地基本上用此法连接.这种方法称簇联连接，俗称“一把抓”。但必须注意，捆绑长度要在 15—20cm，用黑胶布缠绕几层，捆牢固.一般簇联导爆管不超过15根。

②传爆元件为塑料联结块：在联结块中间留有雷管孔，将传爆雷管插入孔内，被传爆的导爆管则插入连接块四周的孔内，通过传爆雷管的爆炸将被传爆导爆管击发起爆。联结块多种形式，可接入不同数量的导爆管。

导爆管起爆系统

导爆管起爆系统:常用的有三种形式：导爆管簇联起爆网路、导爆管并串联起爆网路（分流式联结元件)、导爆管并串联起爆网络（传爆元件）.三种形式网路示意图见附录。

在隧道爆破中最常用的是导爆管并串联起爆方式的网路。 (1）雷管→导爆索引爆→导爆管雷管→ （2）雷管→导爆管雷管→一束导爆管雷管→

药包或药卷 各药包或各药卷 炸药爆炸的三个基本要素

(1）化学反应过程大量放热，放热是炸药爆炸对外作功的动力.一般常用工业炸药爆炸时，每1kg

放出的热量大于 3,000KJ（焦耳）一般为3，000～4，000KJ/每公斤.

(2）化学反应速度非常快，这是区别于一般化学反应的显著特点。一般能在10—6～10—7秒内完成化学反应.例如:炸药卷在炮眼内起爆后，90ms左右岩层就开始移动。一般工业炸药爆炸的反应速度大于3,000m/s。

（3）化学反应过程生成大量气体。炸药爆炸所产生的气体，是爆炸作功的媒介。工业炸药爆炸生成的气体量在1m3/kg左右.

另外，工业炸药的爆温一般在2，000～2,500℃；压力猛增到几万至几十万大气压，高温高压的气体向四周膨胀作功。

梨子坪1#斜井爆破:

1、 周边应不耦合装药,同样的孔径，同样的药卷，装药不存在耦合与不耦合，掏槽应耦合装药。 2、 二圈眼顶部施做为1.5m～2.0m，周边施做为0.8m～1。1m，间距过稀,是光爆后鼓包的重要原

因.

3、 掘进眼每层台架每个段位应该布设3个,加上掌子面中部的改炮,能减少大个碴块的数量.

现场布设较为随意，采用减眼后就加药。大块石头较多，影响出碴。