钻爆法

本线隧道开挖均采用光面爆破技术。光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减小松动范围，使开挖轮廓圆顺；是保证本标段隧道工程质量、安全和进度的一个关键技术。

5.1 钻爆法工艺流程

    钻爆法工艺流程见图5-1-1

5.2 施工方法

5.2.1 放样布眼

台车或人工钻眼前，测量人员要用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。在直线段，可用3～5台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。

5.2.2 定位开眼

钻孔时，钻杆要与隧道轴线要保持平行。按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3cm和5cm以内。

5.2.3 钻眼

台车钻眼：钻工要首先熟悉炮眼布置图，熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要有丰富经验的老钻工司钻，有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时，根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。

人工钻眼：利用自制的多功能操作平台施工，钻眼要点同台车钻孔。

5.2.4 清孔

装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。

5.2.5 装药

装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。

5.2.6 联结起爆网路

起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后，要有专人负责检查。

5.2.7 瞎炮的处理

发现瞎炮，首先查明原因。如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可；但此时的接头尽量靠近炮眼。

5.2.8 爆破参数调整

根据检测的情况适时调整爆破参数，为下一循环光面爆破提供理想的参数。

5.3 钻爆设计

5.3.1 钻爆设计理论

在岩时报破机理研究中,一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆生气体膨胀压力共同作用的结果。但是关于爆炸冲击波和爆生气体准静态压力哪个其主要作用,目前仍存在着两种不同的观点。一种观点认为冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用,而大量破碎岩石则是依靠爆生气体膨胀压力作用。另一种观点则认为爆破过程中哪种载荷起主要作用取决于岩石的波阻抗,即高波阻抗岩石应力波起主要作用,低波阻抗岩石爆生气体起主要作用;对于均质岩体以应力波作用为主;而对于整体性不好,节理裂隙发育的岩体,以爆生气体为主。

炸药在炮孔中起爆后,岩石将发生如下破碎过程:(1)强大的冲击波压应力使炮孔周围岩石受压破碎,在瞬间形成压缩破碎和初始裂隙;(2)环向拉应力及应力波反射拉应力使岩石中的裂隙扩展,引起岩石进一步破裂,包括初始裂隙的扩展和二次裂隙的形成;(3)爆生气体膨胀作用使岩石中的裂隙贯穿形成破碎块度,碎胀体积增加,岩石成块或成片运动,形成爆堆及爆破漏斗。

岩石爆破过程在炮孔周围的空间上可分为下列三个区域:

1.爆破近区,即强烈冲击区(流体力学区)由于靠近炮孔周围的爆炸脉冲压力大大超过岩石的抗压强度,又因应力衰减速度很快,压力脉冲的能量消耗使得此区的岩石遭受粉碎性破坏。爆破近区的范围不大于2-3倍的炮孔直径。

2.爆破中区(非线性过渡区) 。

爆破中区是岩石破碎的主要区域。冲击波压力在该区靠近炮孔周围的部分超过岩石的强度,该处仍可发生岩--石的进一步破坏,但比爆破近区的破坏程度要轻微。随着单位体积的能量密度降低,岩石破碎程度随应力波峰值的衰减而减弱。瞬态应力场的应力波作用可分解为径向压应力和切向拉应力; 切向拉应力虽然只有径向压应力的一半,但由于岩石的抗拉强度平均只有其抗压强度的1/16,所以仍可产生拉伸破坏,形成径向裂纹。切向拉应力随着距炮孔距离的增加而迅速衰减,因此这样产生的径向裂纹仅限于炮孔直径的2-6倍范围。当应力波传播到自由面时, 径向压应力波反射成为拉应力波,在自由面附近产生片状剥落破坏。这种破坏根据应力波的强弱可重复多次,其破坏范围可与径向裂纹发展范围相连接。

由于整个爆破中区在破坏过程中处于爆生气体准静态压力场，岩石大量裂纹尖端是应力集中最明显之处，且尖端的塑性是有限的，易于造成断裂破坏，爆生气体准静态膨胀作用使得该区的裂纹扩展在爆破全过程中占有重要作用。

3.爆破远区（线弹性区）。

在远离炮孔的位置应力已经衰减的很小，不足于形成裂隙，应力波呈线弹性波在介质中传播的很远，外部效应表现为地震波形式。地震波的能量仅占爆炸总能量的2%—6%。

爆破漏斗理论认为，炸药在岩石内部爆炸时，作用于岩石上能量的多少和速度的快慢，取决于岩石性质、炸药性质、药包重量、炸药埋放深度和起爆方式等因素。在岩石性质一定条件下，爆破能量的多少取决于炸药重量的多少，能量释放速度则与炸药爆速密切相关。假设有一定重量的药包在地表下某一深度的岩石中爆炸，所释放的大部分能量被岩石吸收。当岩石所获得能量达到饱和状态时，岩石内部破坏表面开始位移，隆起以至发生抛掷运动，如果能量没达到饱和状态，岩石只呈弹性变形，不发生破坏。

综合各学派的观点可以得到如下认识，即两种作用形式对爆破的不同阶段和不同的岩石所起的作用不同。爆炸冲击波（应力波）的作用在于使岩石中产生裂纹，将原始损伤裂纹进一步扩展；爆生气体的作用是楔入这些裂纹，使其贯通成为块度，并将这些块度抛掷出去。所以爆炸冲击波的不仅关系着岩石中损伤裂纹的发展，还为爆破后续过程创造了条件。此外，爆炸冲击波的作用不仅对于爆破中区的岩石破碎质量，而且对于爆破远区的围岩稳定和震动安全均具有举足轻重的作用。

对于隧道的爆破,应在岩石隧道开挖前,根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破器材等做好爆破设计,合理的确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序,安排好循环作业等,以正确指导钻爆施工,达到预期的效果。

5.3.2 钻眼机具选择

本标段隧道爆破钻眼采用YT-28风动凿岩机，其结构简单，维修方便，使用安全等。

5.3.3 爆破器材的选择

表5-3-1                         爆破器材选择表

5.3.4 主要爆破参数选择

1．爆破试验确定爆破参数

施工前首先要根据地质调查结果，选择有代表性的位置，采用利文斯顿爆破漏斗理论，进行现场爆破试验，提出爆破参数。在施工时应根据实际围岩情况进行试验，根据爆破试验效果来优化初步确定的周边眼的爆破参数，使爆破达到最佳效果。

2．周边眼

(1)周边眼光爆参数的选择：包括周边眼间距E，炮眼密集系数m，最小抵抗线W，不耦合系数D，周边眼装药集中度q。根据设计提供地质资料，结合我单位以往施工经验，本线隧道初步设计周边眼光爆参数可按表2取。根据光面爆破选定的周边眼间距应严格控制外插角，以减少超挖。

(2)周边眼装药结构：本标段隧道周边眼爆破均采用不耦合装药结构。Ⅱ～Ⅲ级围岩采用竹片、传爆线、小直径药卷间隔装药结构。

(3)破碎地段，周边眼采用钻密眼，人为切开一条缝不装药或隔孔装药措施。

表5-3-2                周边眼光爆参数表

注:表中Q系按2号岩石硝铵炸药计算,采用其他炸药时换算系数K按下式计算:K=1/2(2号岩石炸药猛度/换算炸药猛度 2号岩石炸药爆力/换算炸药爆力)

3．掏槽眼

为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在爆破断面中偏下。

4．辅助眼

(1)内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼孔距稍大于周边眼的抵抗线W。

(2)扩大眼：扩大炮眼其炮眼间距视岩石坚硬程度、装运手段对岩石破碎程度的要求等因素而定。一般取0.7～1.2米，岩石坚硬取小值，反之，取大值。

(3)底板眼：底板眼视开挖轮廓线布置，并适当增加药量，起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。

5．装药量计算：先根据周边眼的装药集中度和掏槽眼的装药长度进行周边眼和掏槽眼的药量计算，其他炮眼按式（4-1）计算，按式（4-2）复核，科学进行药量分配。

单眼装药量计算公式q=k·a·w·L·λ         式（4-1）

总装药量计算公式Q=k·L·S                  式（4-2）

式中K一单位炸药消耗量，0.72～1.27kg/m3

a一炮眼间距，m；   w一炮眼爆破方向的抵抗线，m；

L一炮眼深度，m；   S—开挖断面积，m2；

—炮眼部位系数，按表3、表4取。

表5-3-3                 软弱围岩炮眼部位系数表                

表5-3-4                硬岩、中硬岩炮眼部位系数表                

5.3.5 装药结构与堵塞

根据不同炮眼直径和不偶合系数选择不同的药卷。各级围岩炮眼直径和药卷直径的选择应根据围岩的不同来具体确定。周边眼采用间隔不偶合装药。岩石很软时，可采用导爆索起爆，为克服炮眼底部岩石夹制力，40mm直径炮眼在炮孔底装1卷φ32mm药卷做加强药包。

在爆破时，所有装药的炮眼应采用炮泥堵塞，炮泥宜采用炮泥机制作的黏土炮泥，堵塞前应事先将炮泥制成比炮孔直径稍小一点的炮泥条备用，堵塞长度应通过计算确定，对于浅孔应将余孔全部堵塞。不得采用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞，炮眼堵塞长度不少于30cm。

5.3.6 周边眼起爆方法

采用导爆索或塑料导爆管加非电毫秒雷管起爆。

5.3.7 起爆顺序

掏槽眼→辅助眼→扩大炮→内圈眼→周边眼→底板眼。间隔时间采用25～100毫秒，周边眼宜一次起爆。

5.3.8 施工要点

1．钻孔作业

钻孔标准：达到准、平、直、齐。

准：钻孔按设计布眼钻孔，当受节理、裂隙影响时稍稍移动孔位，但顶眼只能左右移动，帮眼只能上下移动，周边眼轮廓的放线误差控制在±1cm。眼口开眼误差：可从轮廓线偏内3cm，周边眼外插角的角度以0.03的斜度外插，方向与轮廓线法线方向一致。

直：直线段上，炮眼先钻上方标准孔，插上炮杆，使边墙孔在同一条垂线上。

平：周边炮眼要相互平行。

齐：各炮眼底落在垂直隧道轴线的同一平面上，掏槽眼加深10～20cm，钻孔深度根据掌子面的起伏“凸”加，“凹”减。

2．装药作业

清孔:装药前用高压风清孔，吹干净孔内积水及碴粒。

装药:装药前核对雷管段数，使之与设计相符，同时按钻爆设计的装药结构及药卷规格药量装药。装药时，药装到孔底，起爆药包用炮棍缓慢送入，防止拉雷管或破损导爆管。

装药检查:装药时，由检查人员对雷管段数进行复核，确保准确无误，同时核对药卷规格及装药长度，使每孔装药符合设计要求，检查后做好记录。

堵塞:所有炮眼装药后，用炮泥进行堵塞，其长度为30cm。炮泥用机械加工，用炮棍顶进，堵塞做到封孔严密。

3．爆破作业

连结网络:连结时尽可能靠近眼孔，孔外网路尽量短，使连结整齐，便于直观检查网路。连结系统尽量短，但不拉细、打结，避免导爆管、连结块受损坏等。每个簇联或连结块内都有引爆雷管。

爆破及瞎炮处理:网络连结检查合格后，撤离受爆破影响范围内所有设备和非爆破作业人员，设好防护哨后，爆破人员快速撤离进行爆破。对瞎炮的处理详见后面的安全措施。

4．钻爆效果检验

每次掘进爆破通风排烟后，值班技术和质检员即进入对钻爆效果进行检查记录。检查记录光爆效果，炮孔利用率，平均掘进长度，碴体破碎程度，抛掷距离，围岩的损坏程度等，作为不断优化钻爆设计的依据。

5．控制超欠挖措施

根据不同地段情况，选择合理的钻爆参数：采用一炮一分析制度，每次钻爆循环后，根据爆破震动速度，炮痕保存率、装药量、残眼深度及数量、抛碴距离、堆碴高度、岩碴块度等多方面的测量和数据对比分析，选择合理的钻爆参数，不断优化钻爆设计。

5.4 减轻地震动爆破措施

采用微震光面爆破，减轻地震动影响，减小对围岩的扰动，是保证本标段隧道软弱围岩施工安全的重要措施，其施做要点是：

5.4.1 密打眼，少装药，并根据爆破震动衰减规律公式反算控制最大单响起爆药量；

计算式为：Qmax=R3（Vkp/K）3/a

式中：Qmax—最大一段爆破药量，kg；

kp—安全速度，cm/s；取Ⅴ=5cm/s；

R—爆破安全距离，m；

K—地形、地质影响系数；

a一衰减系数。

K、a值是针对隧道的具体情况，通过多次试爆基础上进行K、a值回归后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求，并由此推出的每段的最大装药量。

5.4.2 加强爆破震动地震波测试；

5.4.3 合理安排段间隔时差：为避免爆破震动波形叠加，降低爆破震动强度，毫秒雷管跳段使用，段间隔时差控带在100ms左右。

5.4.4 根据以往施工经验，爆破产生大振速部位通常为：掏槽爆破、底板或底角爆破、周边光面（预裂）爆破，为此，采用的手段一是采用楔形复式掏槽技术；二是根据计算单响起爆药量，将底板眼、周边眼等，分段进行起爆。