隧道施工光面爆破技术应用探讨.doc

隧道施工光面爆破技术应用探讨 曾 勇1 周萍萍1 吴秀勇2 （1江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008） （2金丽温高速公路温州段工程建设指挥部 温州 325000） 摘 要：光面爆破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，广泛应用于隧道开挖施工过程中，本文结合浙江省金丽温 高速公路隧道工程实际，详细介绍了光面爆破的工作机理、参数选定及工艺方法。 关键词：隧道工程；光面爆破 0 前 言 光面爆破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。同时光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，往往无法达到理想的爆破效果。 光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能及隧道开挖断面的形状与尺寸有关，在浙江金丽温高速公路红枫隧道施工中，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破裂隙，光面爆破技术有效的控制了红枫隧道的超欠挖，从而大大减少了开挖、回填以及支护的工程量。减轻了爆破对围岩的扰动，充分发挥了围岩的自承能力，有效地提高了隧道的安全度。 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破裂成平整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采用不耦合装药，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似，只能引起少量的径向细微裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微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，不可能在同一时刻爆炸。先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙（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，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。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，成为贯通裂隙。 a）孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成形成光面 图1 光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成 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直径d和药卷直径d0之比。 K=d/ d0 不耦合系数K=1，表示炮孔直径和药卷直径完全耦合，炮孔全部被炸药装满。药卷与孔壁之间没有空隙。此时，爆轰压力对孔壁作用明显。 K＞1，表示炮孔直径与药卷直径不耦合，药卷与孔壁之间有空隙。K越大，则空隙也越大。如果Kc＞K＞1，（Kc——产生压碎的临界不耦合系数）光面爆破的效果就不好；如果K＞Kc＞1，炮孔周围就不产生压碎圈。所以K＞Kc＞1时进行光面爆破是获得良好效果的必要条件。实践证明，K=2~2.5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非常重要的作用。 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； -岩石的极限抗压强度（Mpa）； -炮孔直径。 根据生产实践，取孔距为炮孔直径的10~20倍，即=(10~20)。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。空孔与装药孔距离，一般在400mm以内。 2.1.3最小抵抗线W 光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小抵抗线，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与最小抵抗线W之比值，即m=a/W。 m值的大小，对光面爆破效果影响最大，下面从三种不同情况进行说明。 （1）当m=a/W=2时，孔间距值a偏大，而W值偏小，成为两个炮孔单独爆破时的爆破漏斗，留下abc三角形岩埂，起不到光面爆破效果，如图-2（a）。 （2）当m=