光面爆破技術(shù)在碎裂巖層隧道開挖中的應(yīng)用

郭小恩

摘要：光面爆破技術(shù)是當(dāng)前在隧道輪廓控制爆破技術(shù)中使用較為廣泛的技術(shù)，其最突出的優(yōu)點(diǎn)包括了施工安全性較高、對圍巖損傷較弱等。本文將會對實(shí)際工程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，對光面爆破技術(shù)在碎裂巖中的應(yīng)用情況做出一定的探究，主要工作則是對光爆孔的孔距和孔內(nèi)的裝藥結(jié)構(gòu)以及其中的起爆網(wǎng)路工作進(jìn)行深層探討，通過實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)得出相對科學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：光面爆破技術(shù)；碎裂巖層；隧道開挖

當(dāng)前在進(jìn)行隧道挖掘的工程中大都采用鉆爆法，但鉆爆法有比較嚴(yán)重的問題就是在工作時會影響到周圍巖石的穩(wěn)定性，還有可能會造成超欠挖，浪費(fèi)大量的成本投入。光面爆破技術(shù)對周邊輪廓有很強(qiáng)的控制作用，并且對周圍巖石還會起到較強(qiáng)的穩(wěn)定作用。當(dāng)前的隧道、地鐵等工程中對周邊輪廓工程有著極高的要求，要求施工之后會產(chǎn)生良好的光滑面和規(guī)則輪廓，所以只能不斷強(qiáng)化光面爆破技術(shù)，以滿足工程的切實(shí)需求。

1光面爆破的原理

1.1靜壓力作用理論

因?yàn)樵诠ぷ鲿r，空氣間隙會產(chǎn)生一定的緩沖作用，所以會降低作用在眼壁的沖擊波波峰壓力值，之后由于炮轟氣體長時間的作用和高強(qiáng)度的靜壓力作用，在炮眼的連線上會產(chǎn)生極強(qiáng)的切向拉伸，并且在連線上還會產(chǎn)生極強(qiáng)的壓力，并且在兩個炮眼連線的中心上應(yīng)力會高度集中，相鄰的兩個炮眼距離越短，應(yīng)力集中也就會更顯著，所以斷裂面就是在眼壁上應(yīng)力集中出會出現(xiàn)拉伸裂縫之后裂縫不斷的延伸作用下產(chǎn)生的。

1.2應(yīng)力波產(chǎn)生的疊加作用

應(yīng)力波由于不同的炮眼同時起爆產(chǎn)生疊加作用，并且在炮眼連線的中心是兩個應(yīng)力波相遇的地方，在相遇時則會產(chǎn)生疊加的原理，也會增加產(chǎn)生的效果，因此在重疊連線的中心會產(chǎn)生較高的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力值超過了巖石本身所能承受的極限值后將會產(chǎn)生裂隙，之后裂縫的開裂將會延伸，向著兩個炮眼的方向發(fā)展，最終形成完整的斷裂面。

1.3炮轟氣體與應(yīng)力波的結(jié)合作用

最初始在起爆炸藥產(chǎn)生的應(yīng)力波作用下，會在裝藥孔的周圍和相鄰孔的壁面上沿著預(yù)裂面形成一個封閉裂隙。從而形成了裂隙的裝藥孔內(nèi)添加炸藥，使得原先就生成了的裂隙不斷地?cái)U(kuò)伸延展，炸藥產(chǎn)生的力主要作用在原先就產(chǎn)生的裂縫上，所以對其它地方并不會產(chǎn)生過多的作用。同時在裝藥孔內(nèi)起爆炸藥之后還會促使周圍裝藥孔產(chǎn)生新的裂隙，隨著裝藥孔的不斷爆炸，新的裂隙不斷地產(chǎn)生，在裂縫的不斷擴(kuò)伸下封閉空間也會得到有效的擴(kuò)展，在應(yīng)力波生成裂縫過程結(jié)束之后會從裂隙中產(chǎn)生巨量的爆破氣體，由巖石碎裂所產(chǎn)生，具有極高強(qiáng)度的壓力作用，從而促使裂隙發(fā)生第二次破裂，經(jīng)過多次的擴(kuò)展，不同的封閉裂隙之間也就會產(chǎn)生裂縫，最終實(shí)現(xiàn)兩個縫隙的貫穿，形成一條較大的貫穿裂縫。

2隧道光面爆破技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

2.1周邊眼在爆破時的相關(guān)破巖機(jī)制

光面爆破是當(dāng)前在隧道開挖中使用較為廣泛的控制爆破技術(shù)，為了盡可能的控制爆破力度，減少爆破對隧道圍巖的影響，在隧道的周邊眼之間可以采用少量的炸藥，進(jìn)行低威力、低爆速的爆炸，嚴(yán)格把控周邊眼的起爆時間，盡量的促使周邊孔同時發(fā)生爆炸，爆炸過程中要確保應(yīng)力波作用的位置介于周邊炮孔之間，在這樣的情況下應(yīng)力波會層層疊加，最終達(dá)到較高的峰值，在峰值的作用下會巖石會產(chǎn)生強(qiáng)烈的拉裂破壞作用，使得炸藥的爆炸能量集中在炮孔之間圍巖處，形成具有光滑輪廓線的隧道。

2.2在隧道爆破工程中的技術(shù)選擇

對所要進(jìn)行施工的隧道圍巖進(jìn)行綜合的分析，根據(jù)施工項(xiàng)目的實(shí)際需求，采用最為適合的爆破技術(shù)，例如在隧道的周圍碎巖級數(shù)為五級，則需要采用喚醒開挖方法，較低級的可以采用上下臺階方法，進(jìn)行正確的施工指導(dǎo)，周邊眼則需要按照光面爆破技術(shù)的要求進(jìn)行參數(shù)的選擇。施工過程中的具體施工目標(biāo)要求包括：盡可能對圍巖產(chǎn)生小的影響，并且在爆破之后要保證對其它的工程不會產(chǎn)生影響，并且對于爆破之后的空間還需要保持在50%之上的爆孔率，保證隧道既有較為光滑的輪廓，并且還要做好對超欠挖的控制，確保超欠挖的程度在一定的范圍之內(nèi)。施工之后要確保有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，可在規(guī)定的時間內(nèi)有效的完成任務(wù)。

2.3爆破過程中的孔網(wǎng)參數(shù)

為了確保有一個良好的爆破效果，通過利用合理的爆破參數(shù)進(jìn)行工程的開展是爆破工程中十分重要的一點(diǎn)。因?yàn)榕趶讲煌瑫r也會產(chǎn)生不一樣的作用效果，所以在選擇參數(shù)時要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行分析。上臺階的掏槽眼則主要是分布在掌子面的中央偏下部地區(qū)，其掏槽的形狀主要是以楔形為主，在爆破時，會產(chǎn)生定點(diǎn)的爆發(fā)，并且會對處于底部的巖石產(chǎn)生作用。輔助孔具有自由面，因此一般輔助孔的裝藥量會大于其它地方的裝藥量，輔助眼則主要分布在周邊眼和掏槽眼之間，在掏槽孔產(chǎn)生了爆炸之后，會由于輔助孔的作用崩落更多的巖石，周邊眼的主要分布則是在隧道輪廓上，對輪廓產(chǎn)生支撐作用，因此常采用的孔徑都比較小，從而使用的炸藥量也會更少，因此可對超欠挖程度做出有效的控制，底眼則是為了將隧道底部的巖石拋出，所以使用的孔徑都比較大，而且使用的藥量也較多。在選擇炮眼的直徑d時需要考慮到不同炮孔的作用，再確定合適的炮孔直徑。掏槽眼和輔助眼的主要目的是進(jìn)行巖體的破碎工作，對裝藥的不耦合數(shù)并沒有過多的要求，因此在進(jìn)行這兩種炮眼的數(shù)據(jù)確定時，可以使用最小的炮眼直徑值，方便鉆孔大都是選擇的38mm藥卷。但在周邊孔的數(shù)據(jù)確定中，因?yàn)橹苓吙讜衅毓獾囊螅趯τ诓获詈蠑?shù)會有較高的要求，規(guī)定其必須大于1.25，并且還要考慮到圍巖的整體情況，對于圍巖破碎程度較高的情況則需要采用大于1.3的不耦合數(shù)，進(jìn)行科學(xué)合理的施工。

3應(yīng)用體會

經(jīng)過實(shí)際的隧道光面爆破技術(shù)實(shí)驗(yàn)和使用，證明了在碎裂巖體條件下只要做到和實(shí)際進(jìn)行精密的結(jié)合，根據(jù)工作實(shí)際情況進(jìn)行合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，科學(xué)施工，光面爆破技術(shù)可以得到良好的應(yīng)用效果，并且在施工中光面爆破技術(shù)對其它工程產(chǎn)生的影響較小，所以可以給工程帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)語

在當(dāng)前碎裂巖層隧道開挖工程中，光面爆破技術(shù)因?yàn)槠湓趪鷰r超挖、圍巖穩(wěn)定控制方面有著良好效果，所以此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。在實(shí)際工程中需要做好爆破器材的選擇，確定好所需要的爆破參數(shù)以及所需要的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，科學(xué)合理的采用光面爆破技術(shù)施工，最終將光面爆破技術(shù)的實(shí)際價值體現(xiàn)出來，切實(shí)提升我國隧道開挖工作的整體水平。

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（作者單位：中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司）