浅谈公路隧道光面爆破技术

饶雪兰，曹金浒

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

浅谈公路隧道光面爆破技术

饶雪兰，曹金浒

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

从光面爆破机理、光面爆破参数选择和光面爆破影响因素几方面介绍如何提高光面爆破的效率，并对软弱及破碎围岩隧道光面爆破技术进行探讨。

公路隧道;光面爆破;机理;参数选择;影响因素

1 关于岩石爆破机理的几种学说

(1)爆轰气体压力作用学说

这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中冲击波和应力波的破坏作用，其基本观点如下:高温高压气体以压力作用于药包周围的岩壁上，形成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向裂隙。作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起径向位移的不等，导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的抗剪强度时，岩石就会产生剪切破坏。当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。

(2)应力波作用学说

这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用，其基本观点如下:

激发形成冲击波并很快衰减为应力波。此应力波在周围岩体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自由面时，产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过自由面处岩石的动态抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩石的动态抗拉强度处时停止。应力波作用学说只考虑了拉应力波在自由面的反射作用，不仅忽视了爆轰气体的作用，而且也忽视了压应力的作用，对拉应力和压应力的环向作用也未考虑。实际上爆破漏斗形成主要是由里向外的爆破作用所致。

(3)应力波和爆轰气体压力共同作用学说

这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。这种学说综合考虑了冲击波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。其观点如下:

爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物的压力和传播速度。冲击波在药包附近岩石中产生“压碎”现象，应力波在压碎区域之外产生径向裂隙。随后，爆轰气体“楔入”在应力波作用下产生的裂隙中，使之继续延伸和进一步扩张。当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷。

对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用程度是不同的。

在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的;

在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。

2 光面爆破参数选择

2.1 孔距E和抵抗线W

周边的孔距E是沿劈裂面炮眼的中心距，抵抗线W是劈裂面离开临空面的距离即光面层的厚度，一般孔距要小于或等于抵抗线，以使相邻两孔产生的应力波相遇后再达到抵抗线的边缘以取得更好的爆破效果。表1列出了可供选择的数据。根据经验，软弱岩体E宜取小值，W取较大值而坚硬岩体E宜取大值，W取较小值。

2.2 炮孔深度L

炮孔深度决定每一掘进循环的钻眼工作量、出渣工作量、循环时间和次数以及施工组织。它对掘进速度的影响很大，对围岩的稳定性和断面超欠挖也有重大影响。炮孔越浅爆破生成的气体从孔口处释放量越大，既浪费炸药，又对围岩稳定性不利。因此，合理的炮孔深度，应是在隧道施工优质、安全、节省投资的前提下，能够防止爆破面以外围岩过大的松动，减少繁重支护，避免过大的超欠挖，又能获得最好的掘进速度的炮孔深度

总体来说，在每一掘进循环中，应考虑提高钻眼、出渣作业的效率又使其他各项作业都能紧凑、顺利地完成这一原则，来确定合理的炮孔深度。

2.3 不耦合系数C

实际工程中，实现不耦合只要做到炮孔直径D大于药卷直径d即可。我国普通药卷的直径为Φ22～Φ40 mm，直接放大炮孔直径或将药卷改为小直径药卷，均可达到不耦合的目的。不耦合结构能够比较均匀地降低炮孔壁所承受的峰值压力，有助于保护孔壁少受径向爆破裂隙的破坏。药卷直径的大小应与炮孔直径相匹配，以免发生管道效应，导致药卷拒爆。工程爆破中，不耦合系数一般控制在111～114之间，且要求药卷不小于该炸药的临界直径。实际爆破设计时，对掏槽眼及辅助眼应采用较小的值，以提高炸药的爆破效率;对周边眼则可采用较大的大值，以减小对围岩的破坏。

2.4 炸药因素

影响爆破作用的炸药因素有:炸药的密度、爆速、爆轰压力、爆炸压力、爆轰气体的体积、炸药的波阻抗以及炸药的能量利用率等，主要有:爆轰压力、爆炸压力(爆压或炮孔压力)、炸药能量利用率三种。

3 软弱及破碎围岩隧道的光面爆破

光面爆破技术对于软岩，特别是非均质软岩，爆破后很难在洞壁上留下半孔，围岩沿开挖轮廓往往成块成片剥落，拱顶超挖量大，钻孔成孔困难，使装药常常达不到爆破设计要求。

4 光面爆破的技术经济效益

大幅度提高围岩的稳定性，减少支持工作量;岩壁面平整，危石少，清运工作量减少，表面应力集中现象减轻，避免局部冒落，增进了围岩的稳定和施工安全;有效地控制超欠挖量，提高施工质量，减少支护工作量。

5 结语

优质的光面爆破是保证公路隧道质量的基本前提。由于采用光面爆破技术，可防止爆破对隧道围岩的强烈振动，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，又使隧道围岩不产生损伤，保持了隧道围岩的稳定性，从而达到安全施工的目的。只有严格执行以上相关程序，才有可能控制新奥法施工隧道光面爆破的质量，加快施工进度，保证工程质量。还应尽量减少开挖断面欠挖和严重超挖，大大减少隧道初期支护和二次衬砌混凝土用量，节约工程成本。

［1］ 杨军，陈鹏万，胡刚.现代爆破技术［M］.北京:北京理工大学出版社，2004.

［2］ 王成，覃仁辉，杨其新.隧道工程［M］.重庆:重庆大学出版社，2005.

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1008－3383(2015)10－0121－01

2015－04－11