光面爆破技術在碎裂巖層隧道開挖中的應用

郭小恩

摘要：光面爆破技術是當前在隧道輪廓控制爆破技術中使用較為廣泛的技術，其最突出的優點包括了施工安全性較高、對圍巖損傷較弱等。本文將會對實際工程中出現的現象進行分析，對光面爆破技術在碎裂巖中的應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的裝藥結構以及其中的起爆網路工作進行深層探討，通過實際的工程經驗得出相對科學數據結果。

關鍵詞：光面爆破技術；碎裂巖層；隧道開挖

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

1光面爆破的原理

1.1靜壓力作用理論

因為在工作時，空氣間隙會產生一定的緩沖作用，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度的靜壓力作用，在炮眼的連線上會產生極強的切向拉伸，并且在連線上還會產生極強的壓力，并且在兩個炮眼連線的中心上應力會高度集中，相鄰的兩個炮眼距離越短，應力集中也就會更顯著，所以斷裂面就是在眼壁上應力集中出會出現拉伸裂縫之后裂縫不斷的延伸作用下產生的。

1.2應力波產生的疊加作用

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

1.3炮轟氣體與應力波的結合作用

最初始在起爆炸藥產生的應力波作用下，會在裝藥孔的周圍和相鄰孔的壁面上沿著預裂面形成一個封閉裂隙。從而形成了裂隙的裝藥孔內添加炸藥，使得原先就生成了的裂隙不斷地擴伸延展，炸藥產生的力主要作用在原先就產生的裂縫上，所以對其它地方并不會產生過多的作用。同時在裝藥孔內起爆炸藥之后還會促使周圍裝藥孔產生新的裂隙，隨著裝藥孔的不斷爆炸，新的裂隙不斷地產生，在裂縫的不斷擴伸下封閉空間也會得到有效的擴展，在應力波生成裂縫過程結束之后會從裂隙中產生巨量的爆破氣體，由巖石碎裂所產生，具有極高強度的壓力作用，從而促使裂隙發生第二次破裂，經過多次的擴展，不同的封閉裂隙之間也就會產生裂縫，最終實現兩個縫隙的貫穿，形成一條較大的貫穿裂縫。

2隧道光面爆破技術的相關應用

2.1周邊眼在爆破時的相關破巖機制

光面爆破是當前在隧道開挖中使用較為廣泛的控制爆破技術，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，進行低威力、低爆速的爆炸，嚴格把控周邊眼的起爆時間，盡量的促使周邊孔同時發生爆炸，爆炸過程中要確保應力波作用的位置介于周邊炮孔之間，在這樣的情況下應力波會層層疊加，最終達到較高的峰值，在峰值的作用下會巖石會產生強烈的拉裂破壞作用，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選擇

對所要進行施工的隧道圍巖進行綜合的分析，根據施工項目的實際需求，采用最為適合的爆破技術，例如在隧道的周圍碎巖級數為五級，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，進行正確的施工指導，周邊眼則需要按照光面爆破技術的要求進行參數的選擇。施工過程中的具體施工目標要求包括：盡可能對圍巖產生小的影響，并且在爆破之后要保證對其它的工程不會產生影響，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。施工之后要確保有明顯的經濟效益，可在規定的時間內有效的完成任務。

2.3爆破過程中的孔網參數

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進行工程的開展是爆破工程中十分重要的一點。因為炮徑不同同時也會產生不一樣的作用效果，所以在選擇參數時要根據實際的情況進行分析。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，其掏槽的形狀主要是以楔形為主，在爆破時，會產生定點的爆發，并且會對處于底部的巖石產生作用。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行巖體的破碎工作，對裝藥的不耦合數并沒有過多的要求，因此在進行這兩種炮眼的數據確定時，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。但在周邊孔的數據確定中，因為周邊孔會有曝光的要求，所于對于不耦合數會有較高的要求，規定其必須大于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，進行科學合理的施工。

3應用體會

經過實際的隧道光面爆破技術實驗和使用，證明了在碎裂巖體條件下只要做到和實際進行精密的結合，根據工作實際情況進行合理的參數設計，科學施工，光面爆破技術可以得到良好的應用效果，并且在施工中光面爆破技術對其它工程產生的影響較小，所以可以給工程帶來良好的經濟效益。

4結語

在當前碎裂巖層隧道開挖工程中，光面爆破技術因為其在圍巖超挖、圍巖穩定控制方面有著良好效果，所以此項技術的應用越來越廣泛。在實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以及所需要的裝藥結構設計，科學合理的采用光面爆破技術施工，最終將光面爆破技術的實際價值體現出來，切實提升我國隧道開挖工作的整體水平。

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（作者單位：中鐵四局集團第一工程有限公司）