钻孔爆破法

通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法

钻孔爆破法指通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，简称钻爆法。钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低，尤其适合岩石坚硬的洞室施工。

钻孔爆破法概述

这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。

钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低，尤其适合岩石坚硬的洞室施工。钻孔爆破法开挖地下建筑物，应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等条件作好爆破设计。

钻爆设计的主要任务是：①确定开挖断面的炮孔布置，包括各类炮孔的位置、深度及方向；②确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式；③确定各类炮孔的起爆方法和起爆顺序。

露天开挖爆破比较，地下洞室岩石开挖爆破施工有如下主要特点：

(1)因照明、通风、噪声及渗水等影响，钻爆作业条件差；钻爆工作与支护、出渣运输等工序交叉进行，施工场面受到限制，增加了施工难度。

(2)爆破自由面少，岩石的夹制作用大，增大了破碎岩石的难度，使岩石爆破的单位耗药量提高。

(3)爆破质量要求高。对洞室断面的轮廓形成一般均有严格的标准，控制超挖、不允许欠挖；必须防止飞石、空气冲击波对洞室内有关设施及结构的损坏；应尽量控制爆破对围岩及附近支护结构的扰动与质量影响，确保洞室的安全稳定。

掘进方式

1、全断面掘进法，整个开挖断面一次钻孔爆破，开挖成型，全面推进。在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。在地质条件和施工条件许可时，优先采用全断面掘进法。

2、导洞法，先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大,由于地质条件或施工条件,采用全断面开挖有困难时,以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。

3、分部开挖法，在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。20世纪80年代，一些国家采用钻爆法在中硬岩中开挖断面面积为100㎡左右的隧洞,掘进速度平均每月约为200m。中国鲁布革水电站工程，开挖直径8.8m的引水隧洞,单工作面平均月进尺达231m,最高月进尺达373.7m。

运用实例

勘察信息

位于下游干流上某水电站是一座低水头径流式电站，厂房为河床式，设计装机容量 3×1.8 万 KW，汛期电站存在大坝溢流问题，运行表明，厂房尾水位高于设计原尾水位，严重影响机组出力和发电效益，经分析论证，拟进行尾水渠疏挖改造。

工程项目和工作范围：本次疏挖工程由两部分组成：拆除尾水渠右侧部分砼导墙，该导墙长约 45m，墙顶高程▽52.0 m，厚 1.5 m，分上下两段，每段长约 22.5m，拆除伸缩缝下游侧的一段，拆至高程▽45.0m；疏挖导墙内渠底和导墙下游约 100 m 范围内的河床，从上至下疏挖宽度为 45～70 m，疏挖后底高程约为▽43.0～▽42.5 m，但不高于▽43.0 m。该段疏挖河床大部为板岩，部分为砂卵石。

爆破和疏挖工程施工要求：本工程施工过程中，由于正直电厂 2#机组大修，机组流道中没有充水，因此，设计中应考虑水下爆破施工可能对机组检修闸门造成的影响。施工中提高爆破效率，降低爆破震动和飞石对附近建筑物的破坏影响，是影响工程施工进度和安全的关键所在。

水下爆破施工

根据信息论的观点，根据以往类似工程经验和投入工程水下钻爆机械设备力量综合考虑，对水下爆破选用钻孔爆破法施工。其施工工艺流程如下：爆破设计→锚定钻孔作业平台→移机就位→确定孔深→套管护孔→钻孔→成孔冲洗→ 测量验孔→装药→连线→平台撤离→起爆信号→起爆、震动监测→爆破效果检查→解除警戒。

施工中的几项主要技术措施分述如下：钻孔作业平台设计制作浮箱式简易起升钻爆作业平台船(16 m×6 m)。作业平台采用钢体浮箱结构，两浮箱间距 5 m。浮箱内径 Φ1 100 mm，单长 12 m，扣除浮箱、平台钢结构自重，浮力约为15t。通过槽钢、工字钢将两浮箱焊接为承载钻机及附属设备的船体[2]。潜孔钻钻机由脚手架钢管铰接固定在平台上，组成钻机作业平台。浮箱两侧各向外伸出 0.5 m，另外焊接两个小平台，可供 4 台 KQ-100 型潜孔钻机工作之用。为加快钻机就位速度，钻机平台可沿槽钢轨道滑动移位。测量定位后，采用 8 只铁锚及 100 m以上的锚绳，由机动小驳船牵引到达爆破区域后，依靠船上人工收缩锚绳配合准确就位。利用 5t手拉葫芦人工控制将 4 根立柱(Φ240mm)沉入河底，使钻孔平台升起基本脱离水面，此时整个钻孔平台上的荷载完全支承在 4 根钢管立柱上。钻孔施工时，不会受到波浪起伏的影响，保证成孔质量。钻孔平台移位时，先收回立柱，使钻孔平台浮在水面上，此时通过拉动锚绳将平台移到下一钻孔位置施工。

钻孔设备及爆破器材的选择

（1）钻孔设备的选型

由于水下钻孔爆破，加之水面上的限制，选用 KQ-100 潜孔钻机钻孔，孔径 Φ90 mm。

（2）钻孔附属机构

水下爆破条件采用垂直钻孔作业。钻孔机具选用 KQ -100 型潜孔钻，，药卷为 Φ70 mm，炸药选用抗水性能良好的乳化炸药。为保证钻孔后的装药和清孔，在钻孔之前，先将 1 根下端带有环形(钻径 Φ117 mm)的中空套管钻透覆盖层(淤泥层)，并钻入基岩一定深度，然后在套管中下钻杆，在基岩中进行钻孔。为确保开挖达到设计深度，钻孔应有一定的超钻深度，超钻深度取 1. 0～1.5 m，即实际钻孔深度为 1.5 m～4.5 m。

（3）爆破器材的品种选取。

选用具有防水性能良好的乳化炸药，装入 Φ80mmPVC 管中。非电雷管用“双高”雷管。起爆网络采用孔内高段位、孔外低段位毫秒微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。为确保安全，用粗砂将炮孔堵满，防止冲炮。在每只爆孔孔口用砂袋封口覆盖，砂袋系一浮球露出水面，其作用:①作为爆破孔位标记，便于集中装药；②装药后便于连接导爆管脚线没，形成起爆网络。

（4）导爆管的放置。在水中放置浮胎，使其固定地飘浮在水面上，将“每船同排”的导爆管按绑在一只轮胎上，按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用“同段”非电雷管连接起来，为了不使传爆雷管将其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。

安全校核

水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应、水中冲击波效应、空气冲击波效应和水面波浪效应。

爆破效果

爆破后，岩石破碎块度理想，水下清渣顺利，经检验，对闸门及周围建筑物无影响。

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