露天爆破新技术.pdf

第四篇 露天爆破新技术 第一章露天台阶爆破 台阶爆破 （也称梯段爆破） 通常是在一个事先修好的台阶上进行， 每个台阶有水平和 倾斜两个自由面， 爆破作业是在水平面上进行。它是目前工程爆破的主要方法之一， 由 于作业空间不受限制， 可以采用大型穿孔、 采装和运输设备， 所以其爆破效率较高。 台阶爆破包括浅孔爆破和深孔爆破两种方法 浅孔爆破是指炮孔直径不超过 、 炮孔深度不超过 的爆破方法。这种爆破方法主要在平整地坪、 开挖路堑、 沟槽、 基础、 建筑物拆除等工程项目中应用。深孔爆破通常是指钻孔直径大于 、 钻孔深度大于 的炮孔法爆破。这种爆破方法广泛应用于山地工业场地平整、 港口建设、 基坑开挖、 公路路堑等工程。下面重点介绍露天深孔爆破。 第一节爆破参数 台阶爆破的爆破参数如图 ） （,）（ 5） 当岩石坚硬， 台阶高度小时， 系数取小值； 反之， 系数取大值。按爆破经验公式计算 底盘抵抗线 应满足 2方可作为最后的底盘抵抗线 。 四、 炮孔间距 （） 和密集系数 （2 第一章露天台阶爆破 每米炮孔装药量， 。 炮孔密集系数 ， 是指炮孔间距 与抵抗线 的比值， 即 2； 5.. 第二章露天硐室爆破 重力加速度， - ； ; 爆破漏斗断面积， ； , ,； 孔内平均装药量， 67； , 4 ； 8 炸药在孔内爆速， 45； . . （/ 0 / 0 7） 有效作用半径 （） - . . （/ 0 / 0 9） .8/ 第四章地基爆破处理 式中 系数， 中粒砂为 ， 细粒砂为 。 爆破孔距取有效作用半径的 ’ （ ’*） 式中 ； 土层的泊松比， 对于饱和土，4 10。 将有关数据代入上式， 并简化得 第四篇露天爆破新技术 个 类及以上 ’/ 类 1） ， 也不便于多台凿岩机同时作 业。 .- 直眼掏槽 直眼掏槽 （38674 9， A94 9） 由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成， 掏槽深度不 . 第五篇地下爆破新技术 受围岩软硬和开挖断面大小的限制， 可以实现多台钻机同时作业、 深眼爆破和钻眼机械 化， 从而为提高掘进速度提供了有利条件。由于直眼掏槽凿岩作业较方便， 不需随循环 进尺的改变而变化掏槽形式， 仅需改变炮眼的深度， 且石碴的抛掷距离也可缩短， 受到现 场欢迎。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量较多， 对眼距、 装药等有严格要求， 往往由 于设计或施工不当， 使槽内的岩石不易抛出或重新固结而降低炮眼利用率。 （） 直眼掏槽形式 直眼掏槽形式很多， 过去常用的有龟裂掏槽、 五眼梅花掏槽和螺旋掏槽。近年来， 由 于重型凿岩机械的使用， 尤其是能钻大于 直径炮孔的液压钻机投入施工以后， 直 眼掏槽的布置形式有了新发展， 目前常用的形式有 柱状掏槽 （图 辅助眼66 周边眼66 表 5 ’ 5 6 号岩石铵梯炸药每米质量值 药卷直径 9 6666 9 （78 ’’’’’’ 第一章隧道开挖爆破 表 炮眼数量参考值 岩石类别 开挖面积 3 0123） ， 一般要求不低于 ,/.。 第三种方法是按每一掘进循环中所占时间确定， 即 7 0-0. /0） 和装药集 第一章隧道开挖爆破 中度等。影响光面爆破参数选择的因素很多， 主要有岩石的爆破性能、 炸药品种、 一次爆 破的断面大小、 断面形状、 凿岩设备等， 其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选 择， 通常采取简单的计算并结合工程类比加以确定， 在初步确定后， 一般都要在现场爆破 实践中加以修正改善。 （） 周边眼间距 。在不偶合装药的前提下， 光面爆破应满足炮孔内静压力 小于 爆破岩体的极限抗压强度， 而大于岩体的极限抗拉强度的条件， 如图 所示， 即 ［］ ［31 第五篇地下爆破新技术 件， 地质变化时， 变更施工方法容易。分步开挖有利于拉开工序， 安排较多人力， 加快施 工进度。扩大刷帮和挖底、 挖边墙这两部分的爆破要充分利用导坑这个临空面。扩大刷 帮时， 一般采用顺帮钻眼 （所有炮眼都与导坑前进方向平行） ， 这样易掌握开挖尺寸， 钻眼 方便， 有利于流水作业， 炮眼距离要求大于最小抵抗线， 避免带炮或冲炮， 装药量为炮眼 深度的 。起爆次序是 靠临空面的炮眼先起爆， 依次由下向上， 由里向外爆破。 二、 钻眼 目前， 在隧道爆破开挖过程中， 广泛采用的钻孔设备为凿岩机 （ 5-水压 （678） , 2;。 推扩应用隧道断面自动量测仪， 提高断面量测精度， 以保证断面岩面平整准确， 改 变传统量测标定误差偏大的问题。 严格打好周边孔， 其技术要求是 炮孔位置准确， 掌握钻孔方向， 打出 “平、 直、 齐” 的炮孔， 尽量采用钻孔台车， 提高钻孔质量。 （三） 实例介绍 猫山隧道中隔墙的爆破设计和参数的选取 猫山隧道中隔墙开挖断面原设计为 136 326 （ ） ， 后考虑到混凝土浇筑作业 3 第五篇地下爆破新技术 需要， 开挖断面改为 ’ （ ） ， 断面积为 ’。按硬岩 （类） 围岩光 面爆破设计， 使用 * 型风动气腿式凿岩机， 钻孔深度为 ’ ， 使用 ’ 号硝铵炸药 （’、 药卷） ， 钻孔直径,， 其爆破设计如下 （-） 爆破参数的选定 爆破参数选取一般有 工程类比法、 计算法和现场试验法。在实际施工中多是三种 方法交叉使用， 相互比较选取， 再在实施过程中根据围岩变化情况进行调整。 炮孔数量及装药量的确定 在药量一定的条件下， 炮孔数过少会影响爆破效果， 过多会增加钻孔工作量。正确 确定爆破炮孔数是取得良好爆破效果和提高开挖速度的重要条件之一。 炮孔数可按总装药量与单个炮孔装药量之比来计算 . ’ 式中 炮孔数量 （个） ， 对小直径 （ ,’） 的炮孔， 开挖断面在 ’以下 时， 单位面积的钻孔数一般为 -* , 个/ ’， 通常是 开挖岩体完 整、 坚硬、 断面较小时孔可布多一些， 反之可少一些， 具体可按公式计 算或参数表 - ’ 选取； 单位炸药消耗量 （01/ ） ， 与岩体的软硬开挖断面和使用炸药有关， 中 隔墙开挖断面为 *,’， 用 ’ 号硝铵炸药，类围岩参照表 - ’* 取 -*； 炮孔深度， 根据使用钻岩机的性能、 计划循环进尺， 取 ’， 掏槽孔取 ’； ’ 炮孔装药系数， 此系数与围岩类别、 炮孔位置有关， 可按表 - ’ 选 取； 装药的线装药密度 （01/ ） ， ’ 号硝铵炸药取值参见表 - ’,； 开挖面积， 中隔墙开挖面积为 ’ . *,’。 表 - ’炮孔装药系数 ’ 值 岩面值 炮孔名称 - ’2 - 2 * ,’ - 掏槽孔2** 辅助孔*,, 周边孔**,, -* 第一章隧道开挖爆破 表 炸药的线装药密度 药卷直径 （）’’’ 值 （*, ） -.-/----/ 将以上系数取值代入公式中， 计算得 0 . 个 （参考数） 。但从上式的系数中可以 看出， 影响炮孔数量的因素较多， 因此在计算时， 需将过去施工的经验数给以类比， 然后 在爆破设计图上进行排列， 再到现场进行试验， 经 1 ’ 次试验后， 确定合理的炮孔数。 猫山隧道的中隔墙爆破炮孔经计算和试验后确定为 .. 个。 （） 光面爆破参数 （见表 ） 表 光面爆破参数 周边孔间距 （2） 光面爆破厚度 （2） 周边孔密集 系数 装药集中度 （*, ） 炮孔堵塞长度 （2） 周边孔装 药结构 起爆方法 3.-- 1 -’间隔装药非电毫秒雷管 ’ 段 （’） 总装药量及药量分配 总装药量 0 ’ （*） 式中 一次 （一个循环） 爆破总装药量 （*） ； 单位岩石爆破炸药消耗量 （*, ’） ， 按类岩取 -3； ’ 炮孔深度 （） ， 取 ； 开挖面积 （） 为 ’3-。 将各系数代入得 0 -3 4 4 ’3- 0 3-* 单孔装药量的分配 炸药量的分配可按表 ’ 装药系数进行， 但掏槽孔的装药量比扩槽孔的装药 量应增加 5 1 ’5， 底板孔应比扩大孔增加 5 1 ’5， 各孔的装药量见表 3， 经调整总药量确定为 -/*。 （） 炮孔布置 一般是先布掏槽孔， 然后布置掘进孔和周边孔。由于中隔墙的断面作为导坑是较大 的， 故布孔时按上稀下密， 周边孔适当加密， 断面的中部一般是按均布的原则布置。光面 爆破炮孔按表 和表 3 参数进行布置。在图上作业时可作局部调整， 中 隔墙光面爆破炮孔布置如图 .。 3 第五篇地下爆破新技术 表 中隔墙爆破装药参数 炮孔名称孔数 （个）孔深 （）非电雷管段别单孔装药量 （’）每段装药量 （’） 掏槽孔 掏槽孔* 掏槽孔, 掏槽孔, 掏槽孔,, 掘进孔,- 掘进孔*,., 内环孔-,/,* 底板孔, 周边孔,*, 合计--,/ 图 -中隔墙光面爆破炮孔布置图 （） 起爆顺序安排 * 第一章隧道开挖爆破 为达到先爆破的炮孔为后续爆破的眼孔减小岩石的夹制作用， 增加临空面， 创造更 好的爆破条件， 和为了保证爆破效果， 必须正确安排各炮孔的起爆顺序， 故猫山隧道选用 了非电毫秒雷管起爆， 具体安排是先掏槽孔， 为整个开挖断面创造临空面， 继而扩挖孔、 掘进孔， 自里层向外层扩大爆破直至全断面爆破完成。在安排起爆顺序时， 考虑到猫山 隧道地质复杂， 围岩变化频繁， 往往在同一断面上 （掌子面） 出现不同的地质情况， 在安排 毫秒雷管段别时使每段最大装药量 （类围岩） 控制在 以下。 、类围岩上半断面光面钻爆设计 猫山隧道 ’ * *、 ’, -， 共约 -. 路段岩体风化严重， 节理发育密集呈 碎块。有的开挖断面， 、围岩交织在一起， 岩体软硬不均， 并有少量裂隙水， 围岩稳定 性差。这些地段采用密眼浅孔， 振动装药爆破。上下断面微台阶掘进， 上半断面从起拱 线开始 -.， 超前下断面 / -.， 形成微台阶， 上半断面 ,-.， 采用光面爆破， 下半断面 为 -.采用预裂爆破。上半断面钻孔与装药在作业台上进行， 用 01- 气腿式凿岩 机钻孔， 孔径..， 钻杆长度 -.， 循环进尺 23 -.， 使用 号硝铵炸药用非 电雷管起爆。 （2） 钻孔参数 掏槽孔。采用单临空孔直眼掏槽形式， 临空孔直径,..， 掏槽面积 224. 5 224. （图 - 6 2 6 3） ， 药卷直径..， 不偶合系数为 23， 装药参数如表 - 6 2 6 ,。 图 - 6 2 6 3掏槽孔布置图 （尺寸单位 4.） - 第五篇地下爆破新技术 表 掏槽装药参数表 掏槽形式 钻孔深度 （） 临空孔数装药孔数 每孔装药量 （’ ） 装药集中度 （’ ） 装药系数 （*） 雷管段数 单临空孔,,-.,./ 0 - 扩槽孔。扩槽孔与掏槽孔间距为 .1， 采用 号岩石标准药卷 （.） 集中装 药， 装药集中度为 ,-’ 。 掘进孔。掘进孔距内圈孔的排距 -1， 间距为 /, 0 ,1， 采用 号岩石标准药 卷 （.） 集中装药， 其不偶合系数为 2， 装药集中度为 ,’ 。 内圈孔。内圈孔距周边孔的排距为 ,1， 内圈孔之间的间距为 ,1。采用 号 岩石炸药标准药卷 （.） 集中装药， 不偶合系数为 2， 装药集中度为 ,2’ 。 周边孔。 3） 周边孔间距 4 2,1， 周边孔密集系数 4 4 ,/ （ 为孔距， 4 ,1， 为 最小抵抗线长度） 。 5） 周边孔距内圈孔 ,1。周边孔装药集中度取 ,’ 。 1） 装药结构 为减小对围岩的扰动， 采取直径 4 的药卷进行间隔装药， 不偶 合系数为 /。炸药采用 号岩石炸药小药卷。施工时， 为缩短洞内装药时间， 可在洞 外预先将爆破药串按设计加工好。 底板孔。由于底板有水， 采用. 乳胶炸药小药卷集中装药， 孔间距为 /,1。 钻孔参数见表 /， 炮孔布置见图 6 （图中点位数字为起爆雷管段数） 。 图 6 ’、类围岩上半断面炮孔布置图 （尺寸单位 1） - 第一章隧道开挖爆破 表 、类围岩上半断面钻孔参数表 项目 开挖断面钻孔直径 临空孔 装药孔 总数 掏槽孔扩槽孔掘进孔内圈孔周边孔底板孔 钻孔 深度 计划 进尺 钻孔总长 单位 个个个个个个个个 数量’’*’,*,* 备注 ’* 含临空孔 装药参数见表 。 表 、类围岩上半断面装药参数表 序号炮孔名称 炮孔数量 （个） 装药结构 装药系数 （-） 每孔装药量 药卷直径 . 药卷节数 质量 （/0 ） 装药集中度 （/） 起爆雷 管段别 临空孔不装药* 掏槽孔集中装药 .1 节 *1,*, 2 1 ,扩槽孔集中装药11 ,. 节 *1’ 掘进孔集中装药 ,.* 节 *’ 2 内圈孔,集中装药 ,.1 节 **, 1底板孔集中装药* ,. 节 *’1 ’周边孔间隔装药 . 节 ** 共计（ 3 ’） 孔总装药量 ’/0雷管 ’ 发 表中, 药卷采用 号岩石硝铵炸药， 每节长 1， 每节质量 */0； 药卷为 号岩石炸药小药卷， 每节长 ’*， 每节质量 */0。底板孔考虑到防水及板 的夹制作用， 采用, 乳胶炸药小药卷， 每节长 **， 每节质量 */0。 （） 起爆顺序 段间隔差调配 根据以往隧道爆破实测资料记载 在软弱围岩中爆破， 振动频率较低， 在隧道爆破中 为避免振动强度的叠加， 雷管全部跳动使用， 段间隔时差控制在 ’ 2 **4 范围内。 起爆顺序 光面爆破从掏槽孔开始， 从截面中心往外一层一层进行， 最后是周边孔爆破。 炮眼布置 先布置掏槽孔、 扩槽孔、 周边孔、 然后是底板孔、 内圈孔、 最后是掘进孔。 11 第五篇地下爆破新技术 内圈孔应比掘进孔密一些， 比周边孔稀一些， 如图 。 周边孔间距为 ’， 在靠中隔墙顶部起拱线以上 *范围内， 视围岩间距适当加密 （可加密至 ’ , ） 。周边孔装药集中度 - ’. , ’./01 （ 号岩石硝铵炸药小药 卷） 。 .、类围岩下半断面预裂爆破设计 （） 爆破参数 猫山隧道软弱围岩地段下半断面采用全断面一次爆破成型， 爆破参数如表 ’。 表 ’下半断面预裂爆破设计参数表 序号炮孔名称 炮孔数量 （个） 装药结构装药品种 炮孔间距 （） 与相邻外圈 炮孔间距 （） 起爆雷 管段别 掘进孔2集中装药 二号岩石标准药卷 3’3’2 , 内圈孔4集中装药 二号岩石标准药卷 2’’’ 底板孔2集中装药 乳胶炸药小药卷 2’4’ 周边孔2间隔装药 二号岩石小药卷 ’ ’ （与外 轮廓线） 即发 注 每孔装药量同上半断面同类作用的孔相同。 在猫山隧道、 类软岩下半断面的爆破施工中， 由于大量裂隙水及地下水的影响， 每循环开挖进尺根据实际情况及时作了调整。在裂隙水及地下水作用明显地段， 钻孔深 度一般仅按 . 考虑， 在无水地段， 每循环进尺加大至 .。 （） 起爆顺序与炮孔布置见图 ’。 图 ’下半断面炮眼布置图 （尺寸单位 ） 42 第一章隧道开挖爆破 猫山隧道掘进爆破施工中， 对特殊部位的保护 因猫山隧道施工掘进方案是先开挖中隔墙， 然后用混凝土填充， 待混凝土达到设计 强度后， 才进行左、 右洞掘进 （掌子面相差 ） ， 这对爆破施工带来了一定的难度。下面 介绍这一问题的处理办法。现场爆破作业的条件见图 ’ ’。 图 ’ ’保护右洞左上角和中隔墙的简图 ’已浇筑的中隔墙； 、 应保护的部位 如前介绍， 中隔墙开挖宽度实际为 *， 中隔墙已浇筑后每边的空隙距离为 ， 右洞掘进时， 要保护的部位有二处 中隔墙墙体和中隔墙顶部与拱部的结合部， 即图中 的指向处。 右洞超前左洞掘进 ， 除在右洞 处采用锚杆固结使其形成较好的整体性外， 同 理在左洞 的指向处同样要采取保护措施。 针对被保护的部位， 在爆破方法上主要采取了以下措施 （’） 对中隔墙顶部的保护 中隔墙顶部受力最弱， 在爆破手段上， 采取控制爆破， 一次的齐爆药量控制在能承受 的质点振动范围内。右洞向右逐渐调整孔距、 药量和最小抵抗线， 直至松动圈离中隔墙 边缘 后， 才采用常规爆破法。同理， 左洞向左逐渐调整孔距、 药量和最小抵抗线， 直 至中隔墙安全为止。在左洞实施时， 还应考虑右洞已成临空面的实际情况， 尤其一次齐 爆药量带来的振动危害。 （） 对中隔墙墙体的保护 墙体相对中隔墙顶部保护要容易一些， 主要考虑石块对墙体的冲击和一次齐爆药量 带来的质点振动速度的危害。靠近墙体处的空间直线距离只有 ， 在掘进时同样采 取在右洞时由左向右逐渐调整爆破诸参数直至可以按常规进行， 左洞的调整方向与右洞 相反， 以克服飞石的冲击。 （） 对保护的目标要反复计算其振动范围、 松动范围， 尔后根据计算调整每一个孔的 , 第五篇地下爆破新技术 装药参数和一次齐爆药量。特别是中隔墙支撑的拱顶结合处， 属于两种介质的结合面， 对爆破引起的振动和冲击力最敏感。 （） 利用网路安排起爆时差， 降低振速 按爆破原理， 两点起爆时带来的地振波会叠加， 引起共振， 但如果利用起爆时差， 一 点起爆将形成地振波， 另一点起爆也形成地振波， 如果后一点振波恰好赶在稀释波时， 不 但不会叠加， 相反给予抵消。 我们利用这一原理， 首先， 为了防止掏槽区起爆的炮孔之间产生共振， 要求雷管的延 时差应大于 ’ （单孔爆破的振动周期约 ’） ， 采用大直径中空孔的双眼平 行直孔掏槽法， 每个炮孔只用一个段位雷管； 其次， 为了防止扩槽区、 掘进区和其他区域 炮孔起爆后产生共振， 采用了较高段位并具有一定延时差的高精度雷管， 同段雷管的延 时偏差值’， 以实现随机干扰的目的。 方案确定后， 对开挖方法、 掏槽形式、 炮孔布置、 炮孔直径、 装药量等方面作了设计。 开挖方法采用台阶法， 上半断面高度 *’， 底宽 *’， 台阶长度控制在 ,’ 以 内。 上半断面掏槽孔采用’’， 双临空孔直孔平行掏槽， 装药炮孔直径为 ,’’， 掏 槽孔填装,’’ 药卷， 分 个段分别起爆， 雷管延时差为 ’。 上半断面周边采用光面爆破， 掘进孔、 内圈孔及周边孔按 “微振爆破” 方法来确定 起爆顺序、 段别、 延时差。 *、围岩上半断面光面爆破设计 （） 炮孔布置如图 - - ,。 图 - - , 、类围岩上半断面炮孔布置图 （尺寸单位 .’） 注钻孔直径为’’， 钻孔深度为 * ,*’； 每段最大起药量在 /0以内。 12 第一章隧道开挖爆破 （） 爆破参数见表 。 表 上半断面爆破参数表 序 号 炮孔名称 炮孔 数量 段别 钻孔 直径 （） 药卷 直径 （） 装药量 （’） 导爆索长度 （） 单孔合计单孔合计 雷管 个数 （个） 堵塞 长度 （个） 备注 临空孔 * 掏槽炮孔 , -* *./.-*. 扩槽炮孔00 , -* *.-./0*. -主爆炮孔* , -* *./*.*. 内圈炮孔 -* *././*. /周边炮孔- -* *.-.*.0.-*.间隔装药 底板炮孔- -* *./.-*. 0 底板角炮孔 -* *./.*. 合计-.* 上半断面开挖后， 由于增加了临空面， 下半断面的开挖采用常规爆破， 在此不重述。 （四） 爆破效果 从猫山隧道、 类围岩光面爆破实施的结果来看， 效果较好， 主要在以下几个方 面。 （） 爆破后 号洞靠中隔墙一侧围岩稳定， 无大块岩体剥落和坍塌。 （） 平均线性超挖量不大于 *1。 （） 最大线性超挖量为 1。 （-） 半边炮孔痕迹保存率为 02。 （） 局部欠挖量不大于 *1。 （/） 炮孔利用率 2。 （） 渣堆集中， 石渣最大块径为 -*1， 最大抛距 **1。 存在不足之处是 （3） 周边围岩稳定状况不够理想， 虽然中隔墙顶部的围岩没有崩落， 在炸药爆破后冲 击波的作用下， 已部分形成裂缝， 破坏了原有的完整性。 * 第五篇地下爆破新技术 （） 在一个循环爆破中， 尚不能应用多种炸药及多段位雷管进行起爆。国产雷管品 种单一， 技术状态较为落后， 毫秒雷管的延时误差较大， 在一定程度上影响了光面爆破的 效果。 三、 超欠挖控制 在隧道钻爆施工中， 开挖断面的控制、 超欠挖的控制是一大难题， 下面介绍猫山隧道 解决这一问题的一些做法和体会。 （一） 超欠挖的概念和允许值 隧道超欠挖在一些专业著作中被定义为以设计隧道开挖轮廓为基准线， 将实际开挖 获得的轮廓线与基准线比较， 基准线以外部分称为超挖， 基准线以内部分称为欠挖。而 在 公路隧道施工技术规范 中对超欠挖有如下规定 当岩层完整， 岩石抗压强度大于 ， 并确认不影响衬砌结构稳定和强度时， 允许岩石个别突出部分 （每 ’内不大于 *’） 欠挖， 但其隆起量不得大于 ,， 拱、 墙脚以上 ’ 内断面严禁欠挖。不同围岩地 质条件下的允许超挖值规定见表 - ’ - 。 表 - ’ - 允许超挖值 （,） 围岩条件类型 开挖部位 硬岩 （一般相当于类 围岩） 中硬岩、 软岩 （相当于 .类围岩） 破碎松散岩石及土质 （相当 于.类围岩） ， 一般不需 爆破开挖 拱部平均 ’， 最大 最大 ， 平均 ’平均 ’， 最大 ’ 边墙、 仰拱隧底平均 ’平均 ’平均 ’ 注硬岩是指岩石抗压极限强度 / 0， 中硬岩 1 . 0， 软岩 2 ； ’平均线性超挖值 超挖面积 3爆破设计开挖断面周长 （不包括隧底） ， 即 3 ； 最大超挖值系指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离； 表列数值不包括测量贯通误差、 施工误差， 如采用预留支撑沉落量时， 不应再计超挖值。 从施工现场实际情况看， 初步认为一些专业著作中提出的超欠挖概念欠完整。我们 以为完整的表达应是 隧道超挖是以含允许超挖值的设计隧道开挖轮廓线为基准， 经将 实际开挖获得的轮廓线与此基准线相比较， 基准线以外的部分称为超挖， 以内的称为欠 挖， 见图 - ’ - 。 （二） 造成超欠挖的主要因素 从猫山隧道实践看， 超欠挖主要受以下几个因素控制 钻孔技术、 爆破技术、 测量画 线精度、 地质条件等。猫山隧道在开挖过程中， 曾对不同围岩地段做了一些对比实验， 下 面分别介绍。 ’4 第一章隧道开挖爆破 图 超欠挖示意图 围岩地质条件和节理发育程度对超欠挖的影响 猫山隧道岩体受地质构造影响严重， 围岩节理发育， 同一开挖断面石质不均匀， 上下 左右软硬不一， 围岩完整程度变化较大， 类围岩岩层间夹以粘土， 软弱结构层面较多， 产状极不规则， 裂隙水较发育， 开挖后稳定性差。尤其在 号洞内各种围岩类别交替出 现， 有时候在一个断面上出现五种岩性 （花岗岩、 辉绿岩、 页岩、 块状破碎角砾及砂质土） 。 施工前期我们对此情况认识不足， 仍以一般情况进行爆破， 结果爆破效果不佳， 拱部出现 较大的超挖 （最大超挖厚度达 ’ 左右） ， 在节理呈水平的部位， 超挖更加严重。边墙角也 由于节理较发育， 产状近似直立而形成较大面积片状超挖。 在施工 号洞 * 断面处时， 在靠近中隔墙、 边墙一侧围岩节理较发育， 在爆破 开挖后， 原有的节理裂隙扩张， 同时产生新的大量裂隙， 而此时地下水渗入裂隙， 长期浸 于水中的岩石剪应力降低。当剪应力超过岩石抗剪强度时产生塌坍， 造成超挖现象。再 有节理极发育的地段， 地下水通过节理而渗入洞内， 如遇反坡开挖时， 洞内水位越积越 高， 容易造成开挖面下半部欠挖。猫山隧道东洞口为反坡开挖， 在距洞口约 ,- . -’ 的 地方有一软岩带， 带内渗漏水常年不断， 在进行仰拱开挖时， 恰逢雨季， 仰拱无法进行打 孔、 装药， 只得在洞内设置几台大功率抽水机抽水方得以勉强开挖。 钻爆技术对超欠挖的影响 猫山隧道围岩变化错综复杂， 围岩类型交替出现， 给钻爆设计增加一些困难， 主要表 现 同一掌子面围岩类别不同且差异较大的情况下， 爆破方式选择及爆破参数难以 确定； 同一截面上药量的不均衡分配及相应的装药方式较难； 纵向短距离内围岩性质变化较大而引起参数调整困难。 因此每一循环爆破后， 对掌子面所暴露的岩体如不能及时准确判断， 修改爆破参数， / 第五篇地下爆破新技术 则下一循环的爆破就会出现严重的超欠挖现象。下面介绍爆破技术对超欠挖的影响情 况。 （） 钻孔精度的影响 在钻爆施工中， 周边炮孔的外插角、 钻孔定位和钻孔深度的精度等， 对控制超欠挖影 响是很大的。为了探讨钻孔技术对隧道超欠挖的影响， 猫山隧道施工中分别在 号洞和 号洞 段选择两段围岩相同地段， 配备同一操作工班的操作人员， 做了两组采 用不同控制装置来控制周边炮孔外插角精度的现场对比实验 第一组按熟练技术工人以 经验控制外插角， 第二组按导向仪来控制炮眼外插角， 两组均强调顺帮打孔并按画好的 轮廓线钻孔， 两组共做了 ’ 个开挖循环， 周边炮孔深度均为 *， 以此来了解不同控制 装置对隧道超欠挖的影响， 最后抽查统计结果列于表 ,,。 表 ,,钻孔技术对隧道超欠挖的影响 项目 外插角均值 （-） 外插角标准差 （-） 负外插角率 （.） 平均线性超挖 （/*） 欠挖率 （.） 理论控制目的,0 1 第一组0,23,’’0 第二组3’20233 二组比一组减小 （.）33303323,20 由上表的结果显示 当不采用导向仪控制时， 外插角试验均值 0-与控制目标值 ,0-相差较大， 因此 引起的超欠挖值也大大超过了规定值。 当采用导向仪来控制炮孔的外插角时， 外插角均值与目标控制值相差较小， 引起 的超欠挖值也在规定的范围之内。 采用导向仪来控制比没有导向仪控制时， 周边孔外插角均值减小了 33.， 隧道 的平均线性超挖减小了 ,2.， 隧道欠挖率减小了 0.。 可见提高钻孔精度对控制隧道超欠挖是非常有效的。 （） 爆破方式的影响 施工实践证明 采用光面爆破开挖的超挖量远比用普通爆破法要小得多。当然在实 际施工中， 并不是所有采用光面爆破法的超挖量控制都达到规范要求， 这要根据施工方 式、 围岩情况、 施工设备等实际情况而定。比如猫山隧道在施工 号洞 0 2 段时， 该 , 第一章隧道开挖爆破 断面石质好坏不匀， 施工时按一般情况进行爆破， 结果爆破效果不佳。针对这一情况现 场重新进行钻爆设计并加强对现场的调控， 采取在同一掌子面上同时进行光面、 预裂二 种爆破方式及开挖断面不均衡分配药量、 隔孔装药等有效控制措施， 基本上克服了地质 差所带来的困难， 取得了较好的效果。但在施工时， 隧道内的地质、 爆破参数不可能判断 的那么准确， 效果不很理想， 这需要在实践中进一步研究提高。 （） 单位耗药量的影响 一般的钻爆参数设计， 大都是用经验公式和工程类比的方法来确定爆破参数， 而围 岩是个复杂多变的地质体， 每一循环的围岩类型不尽相同， 理论上又没有一个与该变化 着的地质体相符的较完整较可靠的公式来确定钻爆参数， 因此在施工时， 参照同类围岩 有关资料统计数据， 结合猫山隧道现场的钻孔设备、 爆破器材及围岩类别等各方因素， 最 后确定单位耗药量的范围为 ’* 。实际现场按此耗药量来施工， 爆破效果 较为理想。由于洞内纵线断面围岩类型变化频繁， 一线施工人员不易掌握， 不能及时改 变钻爆参数， 超挖现象还是频频发生。鉴于此， 在对中硬岩以上围岩进行爆破施工时， 猫 山隧道借鉴其他隧道施工经验， 即在其他爆破参数不变的情况下， 只改变单位耗药量， 以 控制超欠挖， 经验公式为 , -- . /0 式中 线性超挖量； 单位耗药量。 式中单位耗药量与隧道平均线性超挖 呈线性正相关关系， 且单位耗药量每增 加 * ， 平均线性超挖量将增大约 --1， 故根据隧道规范规定超挖控制目标 1 2 3 2 41， 利用上式得出 单位耗药量的范围为 / /* ， 说明此时的装药量 产生的爆破能量适中， 可以较好的控制隧道的超欠挖。实践也证明在施工右线 / 号 50 6 ’- ’0 段时， 将开挖预留控制在 7 1， 利用经验公式得出单位耗药量为 7 ’/* 。实际施工中， 中硬岩取单位耗药量 ’* 。在其后的中硬岩施工中， 隧道内的光爆效果也较好， 超欠挖相对控制较好。 （-） 炮孔布置的影响 一般隧道爆破， 炮孔按拱形布置， 拱形对外力有抵抗力， 要使它破碎耗用炸药量多， 产生的振动速度大。猫山隧道爆破时采用线形布置炮孔线形起爆， 这种形式临空面好， 可提高炸药爆炸能量利用率， 用炸药量少， 爆破振动速度小； 炮孔排列整齐便于钻孔， 可 提高钻孔效率； 易于采用光面爆破控制开挖轮廓； 便于调整孔网参数， 控制岩石块度， 提 高装载效率。 -4 第五篇地下爆破新技术 （） 周边孔线装药密度与周边孔布置的影响 周边炮孔的装药量与周边炮孔长度之比值称为周边炮孔线装药密度。光面爆破中 周边孔线装药密度是决定光面爆破的关键； 周边孔线装药密度如果太小， 炸药爆破能量 小， 不能使相邻的周边孔有效地形成贯通的裂缝， 爆破能量主要集中作用于孔壁周围的 较小区域， 对孔壁岩体产生破坏作用， 该部位即产生超挖现象。线装药密度如果过大， 炸 药爆破能量较大， 容易使孔壁的岩体破碎并增加岩体的破碎作用， 在爆破后发生松落掉 块， 更容易产生较大的超挖。因此， 选择适当周边孔线装药密度是至关重要的。合适的 选择会使周边孔容易形成贯通的裂缝， 不会过多的破坏孔壁岩体， 同时造成的超挖量也 较小。 （） 起爆系统、 爆破器材及装药结构的影响 合理的起爆时差可以避免爆破振动波的叠加， 减小振动对围岩的扰动， 从而减少超 欠挖。猫山隧道通过试验和实践， 采用毫秒与等差雷管组合爆破能减小振动， 因此可以 较大程度地减少超欠挖。光面爆破中， 从扩槽孔开始， 每段之间的秒差 ， 能满足前 一段雷管起爆后， 引起围岩的振动速度降低到最小所需的时间， 防止前段的振动波与后 段的振动波相互叠加。猫山隧道施工实践证明， 隧道大断面爆破时， 与等差毫秒雷管配 套使用， 可获得较理想的效果。根据施工具体情况、 雷管适当地进行调段使用。至于各 段的搭配情况， 可视爆破设