淺談公路隧道光面爆破技術

饒雪蘭，曹金滸

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司)

淺談公路隧道光面爆破技術

饒雪蘭，曹金滸

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司)

從光面爆破機理、光面爆破參數(shù)選擇和光面爆破影響因素幾方面介紹如何提高光面爆破的效率，并對軟弱及破碎圍巖隧道光面爆破技術進行探討。

公路隧道;光面爆破;機理;參數(shù)選擇;影響因素

1 關于巖石爆破機理的幾種學說

(1)爆轟氣體壓力作用學說

這種學說從靜力學觀點出發(fā)，認為巖石的破碎主要是由于爆轟氣體的膨脹壓力引起的。這種學說忽視了巖體中沖擊波和應力波的破壞作用，其基本觀點如下:高溫高壓氣體以壓力作用于藥包周圍的巖壁上，形成壓應力場。當巖石的抗拉強度低于壓應力在切向衍生的拉應力時，將產(chǎn)生徑向裂隙。作用于巖壁上的壓力引起巖石質(zhì)點的徑向位移，由于作用力的不等引起徑向位移的不等，導致在巖石中形成剪切應力。當這種剪切應力超過巖石的抗剪強度時，巖石就會產(chǎn)生剪切破壞。當爆轟氣體的壓力足夠大時，爆轟氣體將推動破碎巖塊作徑向拋擲運動。

(2)應力波作用學說

這種學說以爆炸動力學為基礎，認為應力波是引起巖石破碎的主要原因。這種學說忽視了爆轟氣體的破壞作用，其基本觀點如下:

激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應力波。此應力波在周圍巖體內(nèi)形成裂隙的同時向前傳播，當應力波傳到自由面時，產(chǎn)生反射拉應力波。當拉應力波的強度超過自由面處巖石的動態(tài)抗拉強度時，從自由面開始向爆源方向產(chǎn)生拉伸片裂破壞，直至拉伸波的強度低于巖石的動態(tài)抗拉強度處時停止。應力波作用學說只考慮了拉應力波在自由面的反射作用，不僅忽視了爆轟氣體的作用，而且也忽視了壓應力的作用，對拉應力和壓應力的環(huán)向作用也未考慮。實際上爆破漏斗形成主要是由里向外的爆破作用所致。

(3)應力波和爆轟氣體壓力共同作用學說

這種學說認為，巖石的破壞是應力波和爆轟氣體共同作用的結果。這種學說綜合考慮了沖擊波和爆轟氣體在巖石破壞過程中所起的作用，更切合實際而為大多數(shù)研究者所接受。其觀點如下:

爆轟波波陣面的壓力和傳播速度大大高于爆轟氣體產(chǎn)物的壓力和傳播速度。沖擊波在藥包附近巖石中產(chǎn)生“壓碎”現(xiàn)象，應力波在壓碎區(qū)域之外產(chǎn)生徑向裂隙。隨后，爆轟氣體“楔入”在應力波作用下產(chǎn)生的裂隙中，使之繼續(xù)延伸和進一步擴張。當爆轟氣體的壓力足夠大時，爆轟氣體將推動破碎巖塊作徑向拋擲。

對于不同性質(zhì)的巖石和炸藥，應力波與爆轟氣體的作用程度是不同的。

在堅硬巖石、高猛度炸藥、偶合裝藥或裝藥不偶合系數(shù)較小的條件下，應力波的破壞作用是主要的;

在松軟巖石、低猛度炸藥、裝藥不偶合系數(shù)較大的條件下，爆轟氣體的破壞作用是主要的。

2 光面爆破參數(shù)選擇

2.1 孔距E和抵抗線W

周邊的孔距E是沿劈裂面炮眼的中心距，抵抗線W是劈裂面離開臨空面的距離即光面層的厚度，一般孔距要小于或等于抵抗線，以使相鄰兩孔產(chǎn)生的應力波相遇后再達到抵抗線的邊緣以取得更好的爆破效果。表1列出了可供選擇的數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗，軟弱巖體E宜取小值，W取較大值而堅硬巖體E宜取大值，W取較小值。

2.2 炮孔深度L

炮孔深度決定每一掘進循環(huán)的鉆眼工作量、出渣工作量、循環(huán)時間和次數(shù)以及施工組織。它對掘進速度的影響很大，對圍巖的穩(wěn)定性和斷面超欠挖也有重大影響。炮孔越淺爆破生成的氣體從孔口處釋放量越大，既浪費炸藥，又對圍巖穩(wěn)定性不利。因此，合理的炮孔深度，應是在隧道施工優(yōu)質(zhì)、安全、節(jié)省投資的前提下，能夠防止爆破面以外圍巖過大的松動，減少繁重支護，避免過大的超欠挖，又能獲得最好的掘進速度的炮孔深度

總體來說，在每一掘進循環(huán)中，應考慮提高鉆眼、出渣作業(yè)的效率又使其他各項作業(yè)都能緊湊、順利地完成這一原則，來確定合理的炮孔深度。

2.3 不耦合系數(shù)C

實際工程中，實現(xiàn)不耦合只要做到炮孔直徑D大于藥卷直徑d即可。我國普通藥卷的直徑為Φ22～Φ40 mm，直接放大炮孔直徑或?qū)⑺幘砀臑樾≈睆剿幘?，均可達到不耦合的目的。不耦合結構能夠比較均勻地降低炮孔壁所承受的峰值壓力，有助于保護孔壁少受徑向爆破裂隙的破壞。藥卷直徑的大小應與炮孔直徑相匹配，以免發(fā)生管道效應，導致藥卷拒爆。工程爆破中，不耦合系數(shù)一般控制在111～114之間，且要求藥卷不小于該炸藥的臨界直徑。實際爆破設計時，對掏槽眼及輔助眼應采用較小的值，以提高炸藥的爆破效率;對周邊眼則可采用較大的大值，以減小對圍巖的破壞。

2.4 炸藥因素

影響爆破作用的炸藥因素有:炸藥的密度、爆速、爆轟壓力、爆炸壓力、爆轟氣體的體積、炸藥的波阻抗以及炸藥的能量利用率等，主要有:爆轟壓力、爆炸壓力(爆壓或炮孔壓力)、炸藥能量利用率三種。

3 軟弱及破碎圍巖隧道的光面爆破

光面爆破技術對于軟巖，特別是非均質(zhì)軟巖，爆破后很難在洞壁上留下半孔，圍巖沿開挖輪廓往往成塊成片剝落，拱頂超挖量大，鉆孔成孔困難，使裝藥常常達不到爆破設計要求。

4 光面爆破的技術經(jīng)濟效益

大幅度提高圍巖的穩(wěn)定性，減少支持工作量;巖壁面平整，危石少，清運工作量減少，表面應力集中現(xiàn)象減輕，避免局部冒落，增進了圍巖的穩(wěn)定和施工安全;有效地控制超欠挖量，提高施工質(zhì)量，減少支護工作量。

5 結語

優(yōu)質(zhì)的光面爆破是保證公路隧道質(zhì)量的基本前提。由于采用光面爆破技術，可防止爆破對隧道圍巖的強烈振動，在隧道周邊形成一個光滑平整的邊壁，又使隧道圍巖不產(chǎn)生損傷，保持了隧道圍巖的穩(wěn)定性，從而達到安全施工的目的。只有嚴格執(zhí)行以上相關程序，才有可能控制新奧法施工隧道光面爆破的質(zhì)量，加快施工進度，保證工程質(zhì)量。還應盡量減少開挖斷面欠挖和嚴重超挖，大大減少隧道初期支護和二次襯砌混凝土用量，節(jié)約工程成本。

［1］ 楊軍，陳鵬萬，胡剛.現(xiàn)代爆破技術［M］.北京:北京理工大學出版社，2004.

［2］ 王成，覃仁輝，楊其新.隧道工程［M］.重慶:重慶大學出版社，2005.

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2015－04－11