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1、隧道施工光面爆破技术应用探讨曾勇I周萍萍I吴秀勇2(2三三三WB三三005000)摘要：光面爆破是通过限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，以削减超、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，进而达到限制岩体开挖轮廓的一种技术，广泛应用于隧道开挖施工过程中，本文结合浙江省金丽温高速马路隧道工程实际，具体介绍了光面爆破的工作机理、参数选定及工艺方法。关键词g隧道工程；光面爆破0前言光面爆破是通过限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，以削减超、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，进而达到限制岩体开
2、挖轮廓的一种技术。同时间面爆破也是一种难度较大的施工技术，在施工中如爆破参数、施工方法选取不当，往往无法达到志向的爆破效果。光流爆破参数选择主要及地质条件有关，其次是炸药的品种及性能及隧道开挖断面的形态及尺寸有关，在浙江金丽温高速马路红枫隧道施工中，由于各项爆破参数选取合理，光面爆破取得了很好的效果。爆后岩面光滑平整，炮眼痕迹保存率在90$以上，肉眼基本上看不到爆裂开隙，光面爆破技术有效的限制了红枫隧道的超欠挖，从而大大削减了开挖、回填以及支护的工程量。减轻了爆破对国岩的扰动，充分发挥了围岩的自承实力，有效地提高了隧道的平安度。1光面爆破的机理光面爆破是沿开挖轮廓线布置.间距较小的平行炮眼，在
3、这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线裂开成平整的光面。通过国内外试验室探讨和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采纳不耦合装药,药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相像，只能引起少量的径向微小裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径肯定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则微小裂隙数愈少而长度也愈短。光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不行能在同一时刻爆炸。先起爆的药包
4、的应力波作用在炮眼四周产生微小径向裂隙(图1.b的A炮眼)。由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙接着延长和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处声至应力集中，此处拉应力显大。A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以，扩展，成为贯穿裂隙。I1.1光面爆破时炮眼连心线上裂开面的形成2光面爆破的参数及工艺2. 1光面爆破主要有以下几个参数2.1.1不耦合系数不耦合系数是指炮孔宜径d和药卷直径&之比。K=dd0不耦合系数K=I,表示炮孔直径和药卷直径完全耦合，炮孔全部被炸药装满。药卷及孔壁之间没有空隙。此时，爆轰压力对孔壁作用
5、明显。K1.,表示炮孔宜径及药卷宜径不糊合,药卷及孔壁之间有空隙。K越大,则空隙也越大。假如KcK1.,(Kc一一产生压碎的临界不耦合系数)光面爆破的效果就不好:假如KKc1.,炮孔四周就不产生压碎圈。所以KKc1时进行光面爆破是获得良好效果的必要条件。实践证明，K=22.5时,光面效果最好。2.1. 2炮孔间距和空孔光面爆破是要使相邻炮孔之间用裂隙连通起来，以形成平整的断裂面。因此，炮孔间距在裂隙中的连通上起着特别重要的作用。孔距的大小主要取决于炸药的性质、不耦合系数和岩石的物理力学性质。理论上可用下式计算。式中：炮孔间距；P-冲击波作用在孔壁上的波峰压力(Mpa);-岩石的泊松比；”1，-
6、岩石的极限抗压强度(Mpa);4-炮孔直径。依据生产实践，取孔距为炮孔直径的1020倍，即=(1020)d。在节理、裂隙比较发育的岩石中应取小值，整体性好的岩石中可取大值。空孔的作用主要是对裂隙的伸展起导向作用。空孔及装药孔距离，股在40Omm以内。2.1.3最小反抗线W光面层厚度或周边眼到邻近协助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小反抗线，一般应大于或等于光面眼间距。2.1.4周边孔密集系数周边孔密集系数是指孔距a及最小反抗线谭之比值，即m=aWm值的大小，对光面爆破效果影响最大，下面从三种不同状况进行说明。当m=aW=2时,孔间距值a偏大，而曲值偏小，成为两个炮孔单独爆破时的爆破漏斗，留下ab
7、c三角形岩展，起不到光面爆破效果，如图-2（八）0(2)当m=aW=1.时，假如两炮眼同时起爆,压缩波到达自由面前,即可完成孔间裂隙的贯穿，而形成光面。如不同时起爆，另一炮眼起自由面作用，也可达到光面爆破效果，如图-2(b)所示。(3)当m=aW=0.5时,不管是否同时起斑，压缩波到达自由面时，首先到达相邻炮孔，不仅产生裂图2不同密集系数的爆破状况缝，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，见图-2(c)所示。实践表明，当m=0.81.0时，爆破后的光面效果较好，硬岩中取大值，软岩中取小值。2.1.5、线装药密度线装药密度乂叫装药集中度，它是指单位长度炮眼中装药量的多少gm)
8、o为了限制裂隙的发育，保持新壁面的完整稳固，在保证沿炮眼连心线裂开的前提下，尽可能少装药。软岩中一般可用70gm-120gm,中硬岩中为20g/m-300gm,硬岩中为300gm-350gm2.1.6周边眼的其他参数(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)周边眼的深度1和角度。“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，周边眼深度般为1.5m-2.0m0确定眼深时，还应考虑到其他作业的生产实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，不得不向外偏斜肯定角度，偏斜角一般为3。5
9、。偏斜角度的大小,可依据眼深加以调整，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。表1隧道光面爆破常用参数2. 2光面爆破主要施工方案用光面爆破开挖隧道时有两种方案，一种是全断面法，如图-3所示。对于IV、V类整体性好的围岩，可采纳全断面法，此时掏槽眼、协助眼等的参数按一般爆破来设计，周边眼则依据光面爆破来设计。可用多段型秒电击管或非电导爆系统按依次起爆，掏槽眼、协助眼间起爆间隔时间不应小于25ms。邻近周边眼的一排炮眼的药量要比其他炮眼的药量少，以限制围岩爆爱裂隙的发展。另一种是预留光面层法，先掘进超前导洞，然后加以刷大，如图-4所示。这种预留光面层法的特点是，在爆破周边
10、眼之前可依据爆破超前导洞的状况进行参数调整或修正轮廓，以达到较好的光面爆破效果。3影响光面裂缝形成的因素影响光面裂缝形成的因素许多，主要因素有装药量和装药结构，最小反抗线及孔间距的比值，起爆方法、空孔等。2.1 装药结构为了不破坏须要爱护一侧的围岩，要采纳较大的不耦合系数(K=ddo,KN22.5),环状间隙装药和间隔装药，以及低猛度、低爆速(如2000m/s3000m/s)、低密度的炸药。图3全断面光面爆破起依次图2.2 最小反抗线、空孔及孔距最小反抗线应大于光面孔的孔距。最小反抗线过小时，孔及孔之间的光面裂隙来不及贯穿，各孔就已朝自由面形成爆破漏1超前导洞：2刷帮爆破区；3光面层斗,结果产
11、生凸凹不平图4光面爆破开挖依次(预留光层面)的裂开面：相反，最小反抗线过大时，光而裂隙当然简单形成，但是F1.由面方向的爆破效果可能要恶化，会出现关块或。三W三WX55656000.81.030()350156060750.81.020()30()354545550.81.07()120依据理论推算和现场施工分析，空孔和最小反抗线的比值最好是0.81。在节理、裂隙发育的岩石中以及开挖而的拐角、弯曲部分，要加密炮孔或增加导向空孔。2.3 起爆间隔时间试验室爆破试验探讨表明，齐发起爆的裂隙表面最平整，微差延期起爆次之，秒差延期最差。齐发起爆时，炮眼贯穿裂隙较长，抑制了其它方向裂隙的发育，有利于削减
12、炮眼四周的裂隙的产生，可形成平整的壁面。所以，在实施光面爆破时，间隔时间愈短，壁面平整的效果愈有保证。应尽可能削减周边眼间的起爆时差，相邻光面炮眼的起爆间隔时间不应大于100mso4工程实例4.1 工程概况红枫隧道位于永嘉渔渡村红枫山庄西侧，全长230m,属于丘陵区垄囱低丘区(I1.1.)0红枫隧道出露地层主要为晚侏罗世晶屑熔结凝灰岩。表面覆盖第四系残坡积松散层，岩性为含碎石亚粘土，局部为含粘性土碎石，土质松散.卜覆晚侏罗世晶屑熔结凝灰岩，岩性为晶屑熔结凝灰岩，块状结构，岩质坚硬。受地质构造影响，节理发育。围岩类别强风化层II类，中风化层III类，微风化层IV类。4.2 爆破方案1、II、II
13、I类围岩稳定性较差，节理裂隙发育。对H类围岩采纳台阶开挖法，每个循环进尺为1.Om2、IV类围岩稳定性较好，考虑到机械设备的运用效率以及工期的影响，对此类围岩采纳全断面开挖法，每个循环进尺为2.5mo4.3 凿眼、爆破器材凿岩机械采纳可移动式全断面作业台车，运用YT-27型气腿式凿岩机钻眼。全断面作业时应协作9台凿岩机同时钻眼，以保证开挖作业进度。爆破器材为了避开闲散电流对爆破平安的影响，必需采纳非电起爆系统。主要器材有：电秒延期雷管、8,火雷管、导火索、导爆管、导爆索。4.4爆破参数炸药消耗量爆破采纳2号岩石硝钱炸药，由公式：Q=qS1.n式中:Q每循环应运用的炸药量，kgq一单位炸药消耗量
14、，kgm,S一开挖断面枳(以半个主洞计),m(1) 一平均炮眼深度，mn一炮眼利用率，取85%(1)11、UI类围岩的炸药消耗量q取0.90kgm,S为81.7711r,1设计为1.0m故Q=0.9081.771.OX85%=62.55k(2) IV类围岩的炸药消耗量q取1.26kgm*,S为64.18111设计为2.5m故Q=1.2664.18X2.585%=171.84kg炮眼、药卷直径采纳的凿岩机械确定炮眼直径为D=42mm,药卷直径，周边眼d=22mm,其余炮眼d=32mm。不耦合系数，周边眼K=Dd=1.91,其余炮眼K=Dd=1.310周边眼的布置周边眼原则上应布置在设计轮廓线上，
15、但由于受凿岩机机型的限制，不得不向外偏斜肯定的角度，偏斜角一般为3。-5。偏斜角度的大小可依据眼深加以调整，使眼底落在轮廓线外100m1.n处。(1)11、III类围岩周边眼的布置炮眼间距a=450mm(3) Iv类围岩周边眼的布置炮眼间距a=500nn掏槽眼的布置(1) IKIII围岩周边眼的布置掏槽眼采纳螺旋掏槽方式，其特点是各装药炮眼至空眼的距离不等而依次递增，如图-5所示。遇到特殊难爆的岩石可增加卜2个空眼以增大自由面和补偿空间体积。空眼可比装药炮眼略深些，以便装入适量的清渣药包。整个装药炮眼都爆破后，空眼底部的清渣药包的爆炸可将已炸碎的岩渣推出槽腔。II、I1.I围岩台阶法开挖爆破布孔示意图如图-6所示。图5螺旋掏槽眼布置示意图(2) IV类围岩周边眼的布置图6II、HI用岩台阶法开挖爆破布孔示意图掏槽眼采纳垂直楔形掏槽方式，每对掏槽眼顶部间距为190cm,底部间距为20cm,掏槽眼同工作面的交角为700炮眼的布置及装药结构如图-7所示，IV类用岩炮孔布置示意图如图-8所示。图7垂直楔形掏槽眼布置示意图图8IV类围岩炮孔布置示意图4.5起爆方式及起爆依次为了避开闲散电流对爆破平安的影响，采纳非电起爆系统。II、
