隧道开挖前，应根据工程地质条件、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钻爆设计，合理地确定炮眼布置、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。

   

钻眼爆破基本要求：

（1）爆破对围岩的扰动破坏小，对已作支护的振动破坏小，以保持围岩（坑道）的稳定。

（2）爆破后坑道断面达到设计要求的形状和尺寸，坑道周边轮廓成形规则、岩面平顺，超、欠挖量应符合《隧道施工规范》规定；《隧道施工规范》允许最大超挖值为10～15cm，并且一般不允许欠挖，只有在坚硬石质条件下，允许有限欠挖。

（3）爆破后掘进进尺达到施工设计要求，掌子面（即坑道正面）平整，炮根短浅。

（4）爆破后的石渣块度应大小适中，抛掷范围相对集中，符合装渣作业要求。

（5）两次爆破之间的衔接台阶尺寸不大于15cm。

（6）钻眼工作量少，炸药等爆破材料耗用量少。

（7）防止对周围设备的破坏，减少对环境尤其是水的污染。

   

（1）掏槽眼

其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。

（2）辅助眼

位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。

（3）周边眼

沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。

            1、斜眼掏槽    

   

（1）垂直楔形掏槽。

（2）锥形掏槽。

   

   

斜眼掏槽主要适用于一次开挖断面较大的隧道爆破掏槽。

优点：

①操作简单、精度要求较直眼掏槽低②斜眼掏槽炮充分利用了第一临空面（掌子面）的临空作用，很容易就把石渣抛出；

③由于楔形掏槽比直眼掏槽形成槽口临空面的效果要好，且掏槽眼的个数较少，炸药单耗较低，爆破效果也好；

④还可以按岩层的实际情况，较灵活地选择掏槽斜眼的布置形式和调整掏槽斜眼的倾斜角度；

⑤上一循环掏槽在掌子面上形成凹陷破碎区位于下一循环槽口中部，而下一循环掏槽斜眼的孔口位于其外侧，基本不影响下一循环掏槽斜眼的开眼和钻进。

缺点：

在一次开挖断面较小时，炮眼深度易受开挖断面尺寸的限制，不易提高循环进尺，不便于使用大型液压凿岩台车钻眼，只宜选用小型凿岩机；也不便于多台凿岩机同时作业；在采用人工风钻打眼时，开眼位置和钻眼方向不易控制。所以在一次开挖断面较大，单掘进进尺也较大时，斜眼掏槽深孔爆破最能显示其适宜性和优势。

2、直眼掏槽

直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，主要适用于一次开挖断面较小的隧道爆破掏槽。

（1）直眼掏槽形式

①柱状掏槽

   

②螺旋形掏槽

   

   

（2）影响直眼掏槽效果的因素

①眼距

②空眼

③装药

④辅助抛掷

⑤钻眼质量

优点：

掏槽深度不受围岩软硬和开挖断面大小的限制，可以选用大型液压凿岩台车钻眼，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；开眼位置和钻眼方向精度较高，即使是人工风钻打眼，开眼位置和钻眼方向也易于控制；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，且石渣的抛掷距离也可缩短，受到现场欢迎。

缺点：

直眼掏槽炮对第一临空面（掌子面）的临空作用利用不够充分，要形成有效槽口，必须布置的炮眼数目和单位用药量较多，对眼距、装药量等有严格要求，并且需要钻设大直径空眼作为辅助临空面，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；爆破后槽口处形成一个凹陷破碎区，不便于下一循环掏槽眼的开眼和钻进。所以在一次开挖断面较小单掘进进尺较大（S/l值较小）时，直眼掏槽深孔爆破才显示其适宜性和优势。

   

直眼掏槽与斜眼掏槽的实例

3、混合掏槽

混合掏槽是指两种以上的掏槽方式的混合使用，一般在岩石特别坚硬或隧道开挖断面较大时使用。

（1）复式掏槽（多重楔形掏槽或V形掏槽）

   

（2）升级掏槽

   

（3）分段掏槽

            隧道爆破的参数设计          

1、炸药品种选择、装药量的计算及分配

（1）炸药品种选择的原则

考虑岩体的抗爆破性与炸药性能之间的关系：根据爆炸功与岩体阻抗匹配的原则，在一般爆破施工条件下，对于弹性模量大、泊松比小、坚硬、致密的岩体，其抗爆破性强，应选用爆速高、威力大的炸药；对于强度低、塑性大、松软、破碎的岩体，其抗爆破性弱，应选用爆速低、爆热高的炸药。

用于光面爆破周边眼的炸药，除了应遵循“功—抗匹配”原则外，还应充分考虑周边眼之间应优先形成贯通裂缝而后内圈岩体裂解的要求。这种要求与对掏槽眼和扩大眼所用炸药的要求不同。因此光面爆破周边眼的炸药，应选用爆速较低、威力较小、感度高的炸药；预裂爆破周边眼的炸药，应选用爆速较高、威力较小、感度高的炸药。而底板眼则宜选用密度较低、爆速较低、猛度较低，但威力较大、感度高的炸药，以克服上覆石渣的压制，同时又起到翻渣作用。

用于掏槽眼的炸药，除了应遵循“功—抗匹配’原则外，还应充分考虑掏槽眼应形成粉碎性破碎区和完全抛掷的要求，应选用爆速高、威力大、猛度高的炸药。扩大眼所用炸药的性能则应介于掏槽眼和周边眼之间。

对于有水地层，应选用防水型炸药，如抗水类的按梯炸药、水胶炸药、乳化炸药、硝化甘油炸药等；对于有瓦斯地层，应选用防爆型炸药及防爆型导爆发爆器材；此外还应注意炸药爆炸后残留物毒性大小，及其对施工人员的危害和对环境的污染程度，尽量选择毒性小的炸药。实际隧道工程中常用的炸药可按炸药品种参考表选用。

（2）装药量的计算及分配

合理的药量应根据所使用的炸药的性能和质量、地质条件、开挖断面尺寸、临空面数目、炮眼直径和深度及爆破的质量要求来确定。

目前多采取先用体积公式计算出一个循环的总用药量，然后按各种类型炮眼的爆破特性进行分配，在爆破实践中加以检验和修正，直到取得良好的爆破效果的方法。

1）炸药单耗量q值的确定

炸药单耗量q是指爆破单位体积岩体所消耗的炸药量，是爆破基本参数之一。以往隧道工程实际爆破炸药单耗量的统计值q常在0.5-3.0kg/m3之间，见表6-6-11。

   

q值主要受岩体的抗爆破性、断面进尺比S/L，临空面的个数、炮眼布置形式、掏槽效果等因素影响。

在采用同种炸药条件下，q值的选择确定原则是：

岩体的坚固性系数f值越大，则其抗爆破能力越强，q值越大；

断面进尺比S/L越小，则q值越大；

临空面越少，q值越大；

炮眼的布置不当或掏槽效果不佳，q值会增大；

掏槽眼相对集中装药，q值越大；

炸药威力越小，q值越大。

以上反之，则q值越小。

2）炸药用量Q计算

   

3）炸药量分配

总的炸药量应分配到各个炮孔中去。由于各炮眼的作用及受到岩石挟制情况不同，装药数量亦不同，通常按装药系数α进行分配。

   

2、炮眼密度M

炮眼密度是指开挖断面上的平均钻眼个数（个/m2）。

在保证稳定与安全的条件下，炮眼密度对炮眼个数、炮眼直径、钻眼速度、炸药单耗量、石渣块度和坑道周边的平整程度等均有影响。炮眼密度是在同等条件下，评价钻眼工作量、炸药单耗量的一个指标，也是控制石渣块度、改善坑道周边的平整程度的重要指标。

炮眼密度越大，炸药在岩体中的分散度越好，炸药单耗量越低，石渣块度越均匀，坑道周边轮廓越平顺；反之，炮眼密度越小，炸药在岩体中的分散度越差，炸药单耗量越高，石渣块度越不均匀，坑道周边轮廓越不平顺。

爆破设计应根据被爆破岩体的坚硬程度、完整程度、临空面的个数、不同部位炮眼的作用来选择确定不同的炮眼密度。

一个临空面的水平或倾斜坑道爆破，炮眼密度一般在2-6个/m2之间。

其选择确定原则：

坚硬、完整的岩体应取较大的M值；软弱、破碎的岩体应取较小的M值。临空面的个数多时，应取较小的M值；临空面的个数少时，应取较大的M值。周边眼应取较大的M值；扩大眼可取较小的M值；掏槽眼因为有特殊要求，可超出此范围取更大的M值。比较而言，斜眼掏槽应取较小的M值；直眼掏槽应取较大的M值。

3、炮眼数量N

   

   

   

4、炮眼直径D

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。

加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善。

但炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩稳定性。

因此，必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等综合分析，合理选用孔径。

一般隧道的炮眼直径在φ32一φ50mm之间，药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10％—15％

5、炮眼深度L

炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。

炮眼深度一般根据下列因素确定：

（1）围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；

（2）凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平；

（3）掘进循环安排，保证充分利用作业时间。

确定炮眼深度的常用方法有三种：

（1）采用斜眼掏槽时，最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5—0.7倍，即L=（0.5—0.7）B。当围岩条件好时，采用较小值。

（2）利用每一掘进循环的进尺数及实际的炮眼利用率来确定。

   

（3）按每一掘进循环中所占时间确定。

   

所确定的炮眼深度还应与装渣运输能力相适应，使每个作业班能完成整数个循环，而且使掘进每米坑道消耗的时间最少，炮眼利用率最高。

目前较多采用的炮眼深度为：浅孔1.2—1.8m，中深孔2.5—3.5m，深孔3.5m—5.15m。

1、炮眼的布置顺序

先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。

掏槽眼一般应布置在开挖面中央偏下部位，其深度应比其他眼深15—20cm。

为爆出平整的开挖面，除掏槽眼和底部炮眼外，所有掘进眼眼底应落在同一平面上。底部炮眼深度一般与掏槽眼相同。

2、周边眼的布置

周边眼应严格按照设计位置布置。

断面拐角处应布置炮眼。

为满足机械钻眼需要和减少超欠挖，周边眼设计位置应考虑3%—5%的外插斜率，并应使前后两排炮眼的衔接台阶高度（即锯齿形的齿高）最小。此高度一般要求为10cm，最大也不应大于15cm。

3、辅助眼的布置

辅助眼的布置可参照前述周边眼的布置原则，采用“等面积三角形布置”。辅助眼应在周边眼和掏槽眼之间由内向外，逐层布置，逐步接近开挖断面轮廓形状。辅助眼的分层可以采用直线形分层或弧线形分层，也可以二者结合应用。

辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题，这可以由施工经验决定。

辅助眼的间距和最小抵抗线W值及单孔装药量都可以大一些。但应保证爆破后的石渣块度大小适中，抛掷范围相对集中，便于机械装渣作业。

一般抵抗线W约为炮眼间距的60％——80％，并在整个断面上均匀排列，当采用2号岩石铵梯炸药时，W值一般取0.6——0.8m。并采用孔底连续装药。

辅助眼的眼底应达到设计进尺并落在同一垂直面上。

4、炮眼布置方式

   

（1）直线形布眼

（2）多边形布眼

（3）弧形布眼

（4）圆形布孔

隧道爆破设计实例

某海底隧道的服务隧道处于花岗岩地层，无地下水，属Ⅱ级围岩，隧道为马蹄形断面，断面积26m2，月掘进计划为180m，每月施工28d,采用三班三循环作业，炮眼利用率为0.9，采用2号岩石按梯炸药，药卷直径32mm.试进行钻爆设计。

步骤：

   

   

   

某隧道为石灰岩，无地下水，属Ⅳ级围岩，采用导坑法施工，设下导坑为矩形断面，其尺寸为4.2m×3.0m，月掘进计划为130m，每月施工28d，采用四班四循环作业，炮眼利用率为0.9，采用2号岩石铵梯炸药，药卷直径φ32mm。钻爆设计如下：

   

   

（5）计算各种炮眼的长度L及同一平面上两掏槽炮眼眼口间的距离B（图6-6-21）

   

   

   

   

所以α＝0．8，故按上列装填系数进行分配是可以的。每个掏糟眼装药量=0.78x1.17x0.9=0.82kg,折合为5.4卷，采用6卷；每个辅助眼装药量＝0.78x1.17x0.8=0.73kg,折合4.8卷，采用4.5卷；每个帮、顶眼装药量＝0.78x1.17x0.7=0.64kg,折合4.2卷，采用4卷；每个眼底装药量二0.78x1.17x0.9=0.82kg,折合5.4卷，采用6卷。

各种炮眼用药量为：

掏槽眼6x6卷=36卷；

辅助眼8x4.5卷=36卷；

帮眼4x4卷＝16卷；

顶眼5x4卷=20卷；

底眼5x6卷＝30卷；总共合计138卷。

（8）根据爆破器材情况，采用导爆管雷管孔内延期起爆法。?起爆顺序按炮眼布置图的图标顺序起爆，共分6段，采用毫秒延期导爆管雷管。考虑爆区长度150m，首段6个掏槽眼选用5段导爆管雷管，其余依次为辅助眼4个6段、4个7段，帮眼4个8段，顶眼5个9段，底眼5个10段。采用连续装药结构，反向起爆方式。由起爆药卷引出的导爆管在孔外通过反射四通连接件连成闭合起爆网路，由1发8号火雷管起爆导爆管网路。