光面爆破技术在隧道施工中的应用

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　　摘要：本文作者结合实际工作经验，分析介绍了在工程建设中光面爆破在各种隧道施工中起着非常重要的作用。
　　关键词：光面爆破；技术；隧道施工
　　Abstract: The author combines practical work experience, analysis describes the smooth blasting in construction projects plays a very important role in a variety of tunnel construction.
　　Keywords: smooth blasting; technology; tunnel construction
　　中图分类号：TB41文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
　　近年来，光面爆破在各种隧道施工中应用非常广泛，在工程建设中起着非常重要的作用。根据地质条件状况，在岩体较好的地段，隧道开挖经常采用全断面开挖、光面爆破的新技术取代了传统的 “少、慢、差、费”的掘进方法—普通爆破法。首先可以实现“新奥法”施工理论的“保证围岩整体性，充分发挥围岩自撑能力”的指导思想；其次可保证开挖质量，不至造成由于过大的超、欠挖而导致岩体开挖后出现应力集中的现象。再次光面爆破对围岩破坏小，形成的爆破面较平整且在技术上讲是多打孔少装药。光面爆破技术的发展，取得了巨大的经济效益、安全效益和其他综合效益。
　　1光面爆破原理
　　光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。它是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩壁的稳定性，减弱爆破振动对围岩的扰动，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。在施工中如不合理地选择各种参数、严格控制装药量、科学布置各种眼孔、按照一定的顺序装药、起爆，往往无法有效的控制隧道的超欠挖，从而没有按预期减少了开挖、回填以及支护的工程量，以及减轻爆破对围岩的扰动和充分发挥围岩的自承能力，也不能有效地提高隧道的安全度。
　　2光面爆破参数
　　2.1不耦合系数
　　合理的不耦合装药系数使炮孔压力低于孔壁岩石的动抗压强度而高于动抗拉强度。不耦合系数是指炮孔直径d和药卷直径d0之比。K=d/ d0
　　当K=1，爆轰压力对孔壁作用明显，不能保留孔壁。
　　当K＞Kc＞1，（Kc——产生压碎的临界不耦合系数）时，进行光面爆破效果最好。实践证明，K=2~2.5时，光面效果最好。
　　2. 2炮孔间距
　　炮孔间距在裂隙中的连通上起着非常重要的作用。根据理论计算，光爆孔间距一般为孔眼直径的10~20倍，即 =(10~20) 。对于节理裂隙发育的岩石可以取小值，整体性好的岩石中可取大值。空孔与装药孔距离，一般在400mm以内。
　　2. 3最小抵抗线即光面爆破层厚度 W
　　光面眼起爆时的最小抵抗线，一般应大于大于或等于光面眼间距。 通常以周边眼的炮孔密集系数K=E／W表示，节理发育较好的围岩抵抗线不应过大。
　　2.4炮孔密集系数m。周边孔密集系数是指孔距a与最小抵抗线W之比值，即m=a/W。 m值过大时，爆后可能在光面眼间的岩壁表面留下岩埂，造成欠挖；m值过小时，容易产生裂缝，并使该孔的岩石破坏，甚至造成超挖，也达不到光面爆破的效果。实践表明，当m=0.8~1.0时，光爆效果较好；硬岩取大值，软岩取小值。
　　2.5、线装药密度
　　为了控制裂缝的发展，保持新壁面的完整稳固，在保证沿孔眼连线破裂的前提下，应尽可能减少装药量。对于软岩来说，一般用70~120g/m，中硬岩为100~150g/m。硬岩为150~250g/m。
　　2.6起爆间隔时间
　　起爆间隔时间及顺序。实践证明，齐发起爆的裂缝表面最平整，微差起爆次之，而秒延期起爆最差。齐发起爆时，孔眼贯通裂缝较长，可抑制其它方向裂隙的发展，有利于减少孔眼周围的裂隙产生和形成平整的壁面。所以在实施光面爆破时，时间间隔越短，壁面平整的效果越有保证。相邻孔眼的时差应不大于100ms。起爆顺序：掏槽眼一辅助眼一周边眼一底板眼。先掏槽后扩槽从低段到高段逐段起爆，周边眼最后起爆。
　　2.7周边眼的其他参数
　　2.7.1炮眼直径d。光面爆破的周边眼直径无需选择，国内掘进常用的炮眼直径为35mm-5mm；
　　2.7.2周边眼的深度l和角度α。“预留光面层”法的周边眼深度可达2.5m-3m；全断面一次爆破时，周边眼深度一般为1.5m-2.0m。确定眼深时，还应考虑到其他作业的生产能力在掘进循环中的充分发挥。
　　周边眼原则上应布置在设计轮廓线上，但由于受凿岩机机型的限制，不得不向外偏斜一定角度，偏斜角一般为3º~5º。偏斜角度的大小，可根据眼深加以调整，使眼底落在轮廓线外100mm处。隧道光面爆破常用参数如表1所示。
　　2.8装药量
　　装药量Q=qEWL
　　式中q一单位炸药消耗量(kg／m)
　　E 一周边眼间距(m)
　　W一周边眼最小抵抗线即与最外一圈辅助眼间距(m)
　　L一周边眼孔深(m)
　　Q一 每孔炸药用量
　　单位炸药消耗量爆破一立方岩石需要消耗炸药的数量q，一般是按岩石坚固性确定，岩石越坚固，耗药量越大。由于坚固性系数有一定的局限性，往往比实际岩石的f偏高，为此，在实际选择时，应根据岩石节理发育程度、风化程度等，将f值降低2-4进行修正。对于水平岩层，也应降低单孔装药量。
　　3光面爆破最终效果
　　3.1相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙，起伏差小于15cm。
　　3.2残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上分布均匀，炮孔痕迹保存率：完整岩石在80%以上，较完整和完整性差的岩石60~75%；
　　3.3保持围岩的完整性，从而提高了围岩自身的承载能力，为二衬的时间保证提供了有利条件。
　　3.4有效地控制了超挖幅度，减少了开挖数量，从而减小了混凝土回填和浇筑量，最大限度地降低成本。
　　4 超欠挖保证措施
　　4.1爆破开挖前，必须设计出较合理的爆破方案，并进行试爆，同时结合地质情况和爆破效果逐步调整爆破参数，直到达到较理想的爆破效果。
　　4.2准确放样，加强测量放线的管理，开挖轮廓线的放样一定要准确，提高中线的标高和精度，提高周边孔线的放线精度，提高钻眼精确度，保证周边轮廓的放线误差不大于±2cm；钻孔时减小开口眼误差，重点控制周边眼的外插角，保证硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩眼口位置可从轮廓线偏内2～5cm， 外插钻眼方向应于轮廓线法线方向一致。
　　4.3合理布置掏槽眼和选择爆破参数，保证良好的掏槽效果和炮眼利用率；选择合适的炸药及爆破器材，经常定期和不定期检查爆破器材，防止炸药品种选择不当，禁止使用受潮的炸药及不合格的起爆器材；采用炮泥堵眼，并保证堵塞长度，以保证堵塞质量；合理起爆网路并仔细联结起爆网路，防止拒爆。
　　4.4采用地质超前预报和地质素描及必要的量测技术，充分了解围岩的物理力学性质及整体结构特征，根据地质资料及时调整爆破设计，避免由于方案选择不当造成对围岩的破坏，并减小地质因素对爆破效果的影响。在软弱围岩地段，可采用局部不布孔或预留保护层的办法，保证不超挖，爆破后采用风镐凿除超出轮廓线部分。
　　光面爆破技术在隧洞施工工程领域内广泛的推广应用，对有效的控制掘进超欠挖起了积极的作用，但保证工程质量的核心工作是要合理的选择爆破参数，因此在实际应用中深要首先了解工程地质中的各项技术要素，充分掌握施工区域内的工程地质属性，前期实验，才能够正确的选择合理的爆破参数，只有取得好的爆破效果才能达到预期的目的。
　　参考文献
　　［１］管伯伦，《爆破工程》，冶金工业出版社，1993年
　　［２］顾义磊，李晓红，杜云贵，等．隧道光面爆破合理爆破参数的确定[J]．重庆大学：自然科学版，2005，28(3)：95—97．
　　［３］王毅才．隧道工程[M]．北京：人民交通出版社，2005.

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