软岩爆破的研究现状及发展趋势

2021-04-01袁朝阳尹诚

交通建设与管理 2021年5期

袁朝阳，尹诚

（岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南岳阳 414021）

0 引言

软岩是一种工程建设过程中常见的岩石力学介质，具备低强度、高塑性、易风化及易破碎等特征，这些特征对工程建设是不利的，但随着我国工程建设的快速发展，市政、交通、水利等工程建设对地下空间的需求呈现急剧增长的趋势，在这一过程中不可避免地需要在软岩区域进行工程建设，因此需要对软岩进行人工破碎移除处理，以形成满足工程需要的地下空间。爆破施工仍是最具经济效益的破岩开挖方法之一[1]。

由于软岩特殊的物理力学性质，爆破过程中易导致开挖区外部围岩产生一定程度的破坏和损伤，从而导致工程破坏、超挖或不稳定的结果，因此软岩爆破技术一直以来都是工程领域关注的重点和难点[2]，本文对软岩爆破的破岩机理、影响效果、研究现状及后期发展方向进行了论述。

1 软岩爆破的破岩机理

当炸药在爆破岩体内爆炸时，瞬间会释放出大量的能量，对周围的软岩会产生剧烈的冲击，形成巨大的压力波（压缩应力波）。应力波以炸药为中心向外传播的过程中，迫使岩石质点做径向位移，从而使得周围岩石在压力作用下被粉碎，在炸药周围形成环状裂缝。这些径向裂缝和环状裂缝构成了爆破点附近的破碎区，与此同时，炸药爆炸释放出的高温高压气体急剧膨胀，从而加剧了冲击破坏作用，使得裂缝继续扩大和发展。

2 影响软岩爆破的因素

软岩的爆破效果受诸多因素的影响，其中最主要的可归为两个，即自然地质条件和工程爆破条件。自然地质条件主要包含软岩的物理力学性质、岩体结构及分布、应力分布状况等，对于软岩爆破，前期地质勘测资料和后期地质超前预报非常重要。工程爆破条件主要与爆破材料及爆破水平相关，具体而言主要与炸药性能、网孔参数、测量放线、钻孔精度、起爆等因素相关，这些因素与施工作业人员的水平有着很大的关联。

3 软岩爆破国内外研究现状

3.1 国外软岩爆破研究

国外专家学者对软岩爆破的理论及设计参数开展了深入研究，并取得了一系列的成果。相关研究涉及爆破方法，爆破对围岩及周边建筑的影响，装药量对爆破效果的影响等，其中研究最多的是采用模拟试验手段进行分析，如Chungsik Yoo[3]运用数值模型分析了广泛边界条件下不同加固参数对软岩隧道工作面变形的影响；Jong-Ho Shin[4]等研究了软岩爆破对既有隧道的影响，采用数值方法对软岩巷道进行了动力学模拟。

3.2 国内软岩爆破研究

1954年以前，我国地下工程爆破施工通常以人工打眼的方式进行[5]，随着爆破技术的不断发展，进入21世纪，针对我国隧道爆破向着大规模、大埋深转变的特点，国内专家从理论分析、数值模拟及试验研究等方面开展了细致研究，并取得了一定的成果。许江波等[6]以兰渝线某处软岩隧道为背景，监测了隧道爆破开挖时的振动数据并进行了归一化处理；高保彬等[7]针对巷道爆破掘进过程中出现的超挖、欠挖等问题，就定向爆破技术在软岩巷道中的应用进行了研究；汪海波等[8]就爆破对软岩巷道松动范围扩展的影响进行了研究。

4 未来软岩爆破研究的发展趋势

4.1 爆破区周边围岩应力状态

炸药爆破时所产生的冲击波会导致周边围岩受到一定程度的损伤，最直观的体现就是其应力状态的改变，在过往的研究中，许多学者通常将爆破开挖时围岩的应力场变化看做一个静态的过程，采用准静态研究爆破开挖对围岩的损伤，忽略了后续动态卸荷及其所产生的附加动应力作用，因此亟需对爆破区周边围岩开展相应的应力状态变化研究，以控制后续岩体开挖时应力释放引起的围岩损伤。

4.2 爆破开挖对既有洞室的影响

随着地下工程规模不断扩大，地下建筑越发密集，时常会遇到在既有洞室附近进行开挖建设活动。当开挖区域距离既有洞室较近时，开挖产生的水平应力易使周边围岩的应力二次分布，从而造成围岩损伤，影响自由面的稳定，因此对周边既有洞室的影响问题还需开展进一步研究。

4.3 超前地质预报

在软岩隧道爆破设计阶段前期，超前地质钻孔预报方法能够准确预判掌子面周边区域的地质情况，但随着如今建设工程的要求提高与难度提升，单纯的超前地质钻孔探测方法存在一定的局限，不能满足实际工程需要，为准确了解爆破区域地应力分布情况以及岩体完整性，亟需开发出更全面、更准确的超前地质预报方法，从源头了解爆破区周边围岩的性质，控制爆破造成的围岩损伤。