如何提高光面爆破效果

【內容摘要】通過對光面爆破成縫機理的分析，闡述了影響光面爆破的主要因素，為光面爆破全面推廣和現場運用提供了可供操作的參數及有效措施。

【關鍵詞】 隧道 光面爆破 施工

1.前言

光面爆破是50年代由瑞典學者從實踐中提出的一種控制周邊輪廓的爆破方法，又稱周邊爆破。以后在美國由homels作了進一步發展，使巖壁達到象刀切般的光滑并且圍巖基本不受破壞，從此光面爆破正式延生。

光面爆破是一種科學的控制周邊輪廓并能維持圍巖穩定的爆破方法，其適用范圍很廣，優越性很多。尤其是隧道爆破中具有較明顯的優點：

① 形成規則的光滑的接近于設計要求的輪廓，其受力性好，無應力集中現象，有利于圍巖穩定，維護自穩能力；

② 對圍巖的擾動范圍小，可有效地減少應力集中所引起的塌方現象，尤其是在不良地質段；

③ 改善作業環境，便于噴錨作業，降低噴射混凝土回彈率，效果明顯；

④ 是控制隧道超欠挖的主要爆破方法，能大大節約工程成本。

凡是采用新奧法施工的隧道通常采用光面爆破，地下或隧道開挖自然而然要采用光面爆破。然而在我國對這方面的要求時冷時熱，即便在熱的時候也對搞好這項工作堅持不夠，力度不大。究其原因不外乎是：工程地質復雜、鉆孔設備落后、工人受傳統習慣不易接受或自身素質差、盲目追求進度、光面爆破技術掌握不夠，另外有些單位雖然引起重視也大張旗鼓轟轟烈烈干了一陣子，但總不能達到應有目的以致造成一種誤區：把存在的問題都歸究于要么圍巖太差、要么技術水平達不到、要么就是鉆孔設備落后等原因上，最后由于追求100m成洞名利，也就將“光爆”二字落到口頭上而已。通過多年的現場服務可知：光面爆破搞得好與壞除了跟我們的施工管理密切相關外還與光面爆破技術水平有直接關系，本文著重于技術上和施工操作上存在的問題加以論述。

⑴ 技術上存在以下問題：

① 光爆器材單一化，型號、規格選用不當；

② 片面地認為只要周邊多鉆幾個炮孔少裝點藥就是光面爆破技術了；

③ 對光面爆破參數的選擇含混不清，只注重炮孔間距而忽略了光層的厚度W的影響而顧此失彼。

⑵ 施工操作上存在的主要問題就是鉆孔精度問題。

2.光面爆破成縫機理及其影響因素

2.1光面爆破成縫機理

為便于問題分析任取周邊炮孔當中的相鄰兩孔A、B進行分析：如圖1所示：

圖1光面爆破成縫機理圖

A、B炮孔中各自產生的爆炸氣體分別向炮孔周圍擴散，當A、B間距適當時，由于各自起導向孔的作用，因此無論是A、B炮孔同時起爆還是A孔先爆，應力首先是在各自炮孔壁產生應力集中現象，并且發展最快，就向被削弱的介質方向集中，沿兩孔聯心線方向形成貫穿的裂縫，繼之在爆炸高壓氣體的準靜態應力作用下，使徑向裂縫盡一步發展，在爆炸氣體壓力作用下，由于最長的徑向裂縫發展所需要的能量最小，所以該處的裂縫將首先得到擴展。

2.2起爆時差對成縫的影響

A、B兩孔的起爆時差可歸納為四種情況：a、同時起爆；b、起爆時差大；c、起爆時差較大；d、起爆時差較小。無論是A 炮孔的爆炸沖擊波波峰已掠過B炮孔后，B炮孔才開始起爆（可視為情況b）還是波峰達到B炮孔的瞬間B炮孔才起爆（可視為情況d）這個過程僅僅是幾毫秒量級，而就目前隧道大都是使用非電毫秒導爆雷管起爆系統，施工要么是半斷面要么就是全斷面施工，而且對拱部光爆效果強調得較嚴，因此無論是采用何種開挖方法還是何種掏槽方式，周邊孔的雷管段別通常排到ms10段及以上段別。就目前國產導爆管雷管的生產工藝而言，其自身制造誤差較大，如ms10為390±40ms，即使周邊采用同段，由于Δt存在亦難做到同時起爆，或多或少存在較小的時間差，與應力波波峰傳播速度之比可視為起爆時差較大這種情況，當采用臺車進行全斷面開挖時，通常周邊孔用到半秒差或秒差雷管，無疑應視為起爆時差大這種情況。

2.2.1 兩孔起爆時差較大

極端情況是兩個炮孔的起爆時差較長如情況b，A炮孔的爆炸應力場（動應力和準靜態應力）幾乎完全消失后，B炮孔才起爆。此時若兩孔間距比較大，則可以認為是兩個獨立的炮孔爆破，此種情況是形不成貫穿裂縫的。如果兩炮孔間距很近，則當A炮孔爆破時，B炮孔可視為空孔，使得A炮孔的爆炸動靜應力向A、B連心線方向集中，在A 、B孔壁處達到極大值。并從該處首先出現開裂，不論是裂縫是否貫通，當B炮孔爆破時首先沿著此裂縫繼續擴展，從而在兩孔連心線方向上形成一條裂縫面。

全斷面開挖，通常周邊用到半秒差雷管，實踐證明此種解釋符合實際情況。

2.2.2起爆時差較小

相鄰兩孔起爆時差較小時：小到A炮孔的沖擊波波峰通過B炮孔的瞬間B炮孔起爆，此時沿B炮孔的Ⅰ、Ⅱ兩點，如右圖示。A炮孔產生的動拉應力集中與B炮孔的動拉應力相疊加，達到了最大值，顯然此時Ⅰ、Ⅱ正處在拉裂成縫的最佳時刻，動應力波峰過后，A、B孔的高壓氣體準靜態應力的疊加也與上述一樣達到極大值，這種情況形成的光面爆破，無論是在能量利用還是在成縫方向上都是非常理想的，可以獲得好的光爆。但是在生產實踐中這樣的條件是難以實現的。

3.影響光面爆破的主要因素

3.1孔網參數

孔網參數系指周邊孔的間距E、光爆層的厚度W及炮孔的密集系數m。

3.1.1 炮孔間距E 的影響

從形成裂縫機理分析可知：無論是A、B孔同時起爆還是間隔一定時差起爆，倘若E↑是形不成裂縫面的。當E↓會造成極度破碎或多鉆炮孔。只有E值在一定的范圍內，爆炸能量既能保證裂縫貫通又能保證有足夠能量推開光爆層。

3.1.2光爆層厚度W的影響

光爆層厚度W指光爆孔底與相鄰內圈孔間根部之間的間距，如右圖示。

當W↑增大時，線裝藥量一定時，光爆層不能斷開，W↓減小時（小于炮孔間距E）首先形成裂縫方向發生變化，換名話講：過小不易形成裂縫，爆破成鋸齒狀如下圖示。

3.1.3 炮孔密集系數m的影響

m（E/W）過大反應出E值升高，不易形成裂縫，m過小反應出W過大，此時光爆層不易沿兩孔連線斷開，容易形成欠挖現象。

結束語

地質是基礎、光面爆破設計是前提、施工工藝是關鍵，因此在實踐中應結合不同條件和施工方法將這一已不在是新技術的新技術進行全面推廣應用。這既有利于降低工程成本又有利于維護圍巖的自身穩定，確保施工安全。因此光面爆破稱之為新奧法施工的三大法室是最為恰當的比喻。