【內(nèi)容摘要】通過對(duì)光面爆破成縫機(jī)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(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用提供了可供操作的參數(shù)及有效措施。
【關(guān)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(xué)者從實(shí)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(jìn)一步發(fā)展，使巖壁達(dá)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(xué)的控制周邊輪廓并能維持圍巖穩(wěn)定的爆破方法，其適用范圍很廣，優(yōu)越性很多。尤其是隧道爆破中具有較明顯的優(yōu)點(diǎn)：
�、� 形成規(guī)則的光滑的接近于設(shè)計(jì)要求的輪廓，其受力性好，無應(yīng)力集中現(xiàn)象，有利于圍巖穩(wěn)定，維護(hù)自穩(wěn)能力；
② 對(duì)圍巖的擾動(dòng)范圍小，可有效地減少應(yīng)力集中所引起的塌方現(xiàn)象，尤其是在不良地質(zhì)段；
�、� 改善作業(yè)環(huán)境，便于噴錨作業(yè)，降低噴射混凝土回彈率，效果明顯；
�、� 是控制隧道超欠挖的主要爆破方法，能大大節(jié)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(duì)這方面的要求時(shí)冷時(shí)熱，即便在熱的時(shí)候也對(duì)搞好這項(xiàng)工作堅(jiān)持不夠，力度不大。究其原因不外乎是：工程地質(zhì)復(fù)雜、鉆孔設(shè)備落后、工人受傳統(tǒng)習(xí)慣不易接受或自身素質(zhì)差、盲目追求進(jìn)度、光面爆破技術(shù)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(dá)到應(yīng)有目的以致造成一種誤區(qū)：把存在的問題都?xì)w究于要么圍巖太差、要么技術(shù)水平達(dá)不到、要么就是鉆孔設(shè)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(xiàn)場(chǎng)服務(wù)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(guān)外還與光面爆破技術(shù)水平有直接關(guān)系，本文著重于技術(shù)上和施工操作上存在的問題加以論述。
⑴ 技術(shù)上存在以下問題：
�、� 光爆器材單一化，型號(hào)、規(guī)格選用不當(dāng)；
② 片面地認(rèn)為只要周邊多鉆幾個(gè)炮孔少裝點(diǎn)藥就是光面爆破技術(shù)了；
�、� 對(duì)光面爆破參數(shù)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。
�、� 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(jī)理及其影響因素
2.1光面爆破成縫機(jī)理
為便于問題分析任取周邊炮孔當(dāng)中的相鄰兩孔A、B進(jìn)行分析：如圖1所示：
圖1光面爆破成縫機(jī)理圖
A、B炮孔中各自產(chǎn)生的爆炸氣體分別向炮孔周圍擴(kuò)散，當(dāng)A、B間距適當(dāng)時(shí)，由于各自起導(dǎo)向孔的作用，因此無論是A、B炮孔同時(shí)起爆還是A孔先爆，應(yīng)力首先是在各自炮孔壁產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，并且發(fā)展最快，就向被削弱的介質(zhì)方向集中，沿兩孔聯(lián)心線方向形成貫穿的裂縫，繼之在爆炸高壓氣體的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力作用下，使徑向裂縫盡一步發(fā)展，在爆炸氣體壓力作用下，由于最長(zhǎng)的徑向裂縫發(fā)展所需要的能量最小，所以該處的裂縫將首先得到擴(kuò)展。
2.2起爆時(shí)差對(duì)成縫的影響
A、B兩孔的起爆時(shí)差可歸納為四種情況：a、同時(shí)起爆；b、起爆時(shí)差大；c、起爆時(shí)差較大；d、起爆時(shí)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(dá)到B炮孔的瞬間B炮孔才起爆（可視為情況d）這個(gè)過程僅僅是幾毫秒量級(jí)，而就目前隧道大都是使用非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆系統(tǒng)，施工要么是半斷面要么就是全斷面施工，而且對(duì)拱部光爆效果強(qiáng)調(diào)得較嚴(yán)，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(chǎn)導(dǎo)爆管雷管的生產(chǎn)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(shí)起爆，或多或少存在較小的時(shí)間差，與應(yīng)力波波峰傳播速度之比可視為起爆時(shí)差較大這種情況，當(dāng)采用臺(tái)車進(jìn)行全斷面開挖時(shí)，通常周邊孔用到半秒差或秒差雷管，無疑應(yīng)視為起爆時(shí)差大這種情況。
2.2.1 兩孔起爆時(shí)差較大
極端情況是兩個(gè)炮孔的起爆時(shí)差較長(zhǎng)如情況b，A炮孔的爆炸應(yīng)力場(chǎng)（動(dòng)應(yīng)力和準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力）幾乎完全消失后，B炮孔才起爆。此時(shí)若兩孔間距比較大，則可以認(rèn)為是兩個(gè)獨(dú)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(dāng)A炮孔爆破時(shí)，B炮孔可視為空孔，使得A炮孔的爆炸動(dòng)靜應(yīng)力向A、B連心線方向集中，在A 、B孔壁處達(dá)到極大值。并從該處首先出現(xiàn)開裂，不論是裂縫是否貫通，當(dāng)B炮孔爆破時(shí)首先沿著此裂縫繼續(xù)擴(kuò)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(shí)踐證明此種解釋符合實(shí)際情況。
2.2.2起爆時(shí)差較小
相鄰兩孔起爆時(shí)差較小時(shí)：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(shí)沿B炮孔的Ⅰ、Ⅱ兩點(diǎn)，如右圖示。A炮孔產(chǎn)生的動(dòng)拉應(yīng)力集中與B炮孔的動(dòng)拉應(yīng)力相疊加，達(dá)到了最大值，顯然此時(shí)Ⅰ、Ⅱ正處在拉裂成縫的最佳時(shí)刻，動(dòng)應(yīng)力波峰過后，A、B孔的高壓氣體準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力的疊加也與上述一樣達(dá)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(chǎn)實(shí)踐中這樣的條件是難以實(shí)現(xiàn)的。
3.影響光面爆破的主要因素
3.1孔網(wǎng)參數(shù)
孔網(wǎng)參數(shù)系指周邊孔的間距E、光爆層的厚度W及炮孔的密集系數(shù)m。
3.1.1 炮孔間距E 的影響
從形成裂縫機(jī)理分析可知：無論是A、B孔同時(shí)起爆還是間隔一定時(shí)差起爆，倘若E↑是形不成裂縫面的。當(dāng)E↓會(huì)造成極度破碎或多鉆炮孔。只有E值在一定的范圍內(nèi)，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(nèi)圈孔間根部之間的間距，如右圖示。
當(dāng)W↑增大時(shí)，線裝藥量一定時(shí)，光爆層不能斷開，W↓減小時(shí)（小于炮孔間距E）首先形成裂縫方向發(fā)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(shù)m的影響
m（E/W）過大反應(yīng)出E值升高，不易形成裂縫，m過小反應(yīng)出W過大，此時(shí)光爆層不易沿兩孔連線斷開，容易形成欠挖現(xiàn)象。
結(jié)束語
地質(zhì)是基礎(chǔ)、光面爆破設(shè)計(jì)是前提、施工工藝是關(guān)鍵，因此在實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合不同條件和施工方法將這一已不在是新技術(shù)的新技術(shù)進(jìn)行全面推廣應(yīng)用。這既有利于降低工程成本又有利于維護(hù)圍巖的自身穩(wěn)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(dāng)?shù)谋扔鳌?/div>
【關(guān)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(xué)者從實(shí)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(jìn)一步發(fā)展，使巖壁達(dá)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(xué)的控制周邊輪廓并能維持圍巖穩(wěn)定的爆破方法，其適用范圍很廣，優(yōu)越性很多。尤其是隧道爆破中具有較明顯的優(yōu)點(diǎn)：
�、� 形成規(guī)則的光滑的接近于設(shè)計(jì)要求的輪廓，其受力性好，無應(yīng)力集中現(xiàn)象，有利于圍巖穩(wěn)定，維護(hù)自穩(wěn)能力；
② 對(duì)圍巖的擾動(dòng)范圍小，可有效地減少應(yīng)力集中所引起的塌方現(xiàn)象，尤其是在不良地質(zhì)段；
�、� 改善作業(yè)環(huán)境，便于噴錨作業(yè)，降低噴射混凝土回彈率，效果明顯；
�、� 是控制隧道超欠挖的主要爆破方法，能大大節(jié)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(duì)這方面的要求時(shí)冷時(shí)熱，即便在熱的時(shí)候也對(duì)搞好這項(xiàng)工作堅(jiān)持不夠，力度不大。究其原因不外乎是：工程地質(zhì)復(fù)雜、鉆孔設(shè)備落后、工人受傳統(tǒng)習(xí)慣不易接受或自身素質(zhì)差、盲目追求進(jìn)度、光面爆破技術(shù)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(dá)到應(yīng)有目的以致造成一種誤區(qū)：把存在的問題都?xì)w究于要么圍巖太差、要么技術(shù)水平達(dá)不到、要么就是鉆孔設(shè)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(xiàn)場(chǎng)服務(wù)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(guān)外還與光面爆破技術(shù)水平有直接關(guān)系，本文著重于技術(shù)上和施工操作上存在的問題加以論述。
⑴ 技術(shù)上存在以下問題：
�、� 光爆器材單一化，型號(hào)、規(guī)格選用不當(dāng)；
② 片面地認(rèn)為只要周邊多鉆幾個(gè)炮孔少裝點(diǎn)藥就是光面爆破技術(shù)了；
�、� 對(duì)光面爆破參數(shù)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。
�、� 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(jī)理及其影響因素
2.1光面爆破成縫機(jī)理
為便于問題分析任取周邊炮孔當(dāng)中的相鄰兩孔A、B進(jìn)行分析：如圖1所示：
圖1光面爆破成縫機(jī)理圖
A、B炮孔中各自產(chǎn)生的爆炸氣體分別向炮孔周圍擴(kuò)散，當(dāng)A、B間距適當(dāng)時(shí)，由于各自起導(dǎo)向孔的作用，因此無論是A、B炮孔同時(shí)起爆還是A孔先爆，應(yīng)力首先是在各自炮孔壁產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，并且發(fā)展最快，就向被削弱的介質(zhì)方向集中，沿兩孔聯(lián)心線方向形成貫穿的裂縫，繼之在爆炸高壓氣體的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力作用下，使徑向裂縫盡一步發(fā)展，在爆炸氣體壓力作用下，由于最長(zhǎng)的徑向裂縫發(fā)展所需要的能量最小，所以該處的裂縫將首先得到擴(kuò)展。
2.2起爆時(shí)差對(duì)成縫的影響
A、B兩孔的起爆時(shí)差可歸納為四種情況：a、同時(shí)起爆；b、起爆時(shí)差大；c、起爆時(shí)差較大；d、起爆時(shí)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(dá)到B炮孔的瞬間B炮孔才起爆（可視為情況d）這個(gè)過程僅僅是幾毫秒量級(jí)，而就目前隧道大都是使用非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆系統(tǒng)，施工要么是半斷面要么就是全斷面施工，而且對(duì)拱部光爆效果強(qiáng)調(diào)得較嚴(yán)，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(chǎn)導(dǎo)爆管雷管的生產(chǎn)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(shí)起爆，或多或少存在較小的時(shí)間差，與應(yīng)力波波峰傳播速度之比可視為起爆時(shí)差較大這種情況，當(dāng)采用臺(tái)車進(jìn)行全斷面開挖時(shí)，通常周邊孔用到半秒差或秒差雷管，無疑應(yīng)視為起爆時(shí)差大這種情況。
2.2.1 兩孔起爆時(shí)差較大
極端情況是兩個(gè)炮孔的起爆時(shí)差較長(zhǎng)如情況b，A炮孔的爆炸應(yīng)力場(chǎng)（動(dòng)應(yīng)力和準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力）幾乎完全消失后，B炮孔才起爆。此時(shí)若兩孔間距比較大，則可以認(rèn)為是兩個(gè)獨(dú)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(dāng)A炮孔爆破時(shí)，B炮孔可視為空孔，使得A炮孔的爆炸動(dòng)靜應(yīng)力向A、B連心線方向集中，在A 、B孔壁處達(dá)到極大值。并從該處首先出現(xiàn)開裂，不論是裂縫是否貫通，當(dāng)B炮孔爆破時(shí)首先沿著此裂縫繼續(xù)擴(kuò)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(shí)踐證明此種解釋符合實(shí)際情況。
2.2.2起爆時(shí)差較小
相鄰兩孔起爆時(shí)差較小時(shí)：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(shí)沿B炮孔的Ⅰ、Ⅱ兩點(diǎn)，如右圖示。A炮孔產(chǎn)生的動(dòng)拉應(yīng)力集中與B炮孔的動(dòng)拉應(yīng)力相疊加，達(dá)到了最大值，顯然此時(shí)Ⅰ、Ⅱ正處在拉裂成縫的最佳時(shí)刻，動(dòng)應(yīng)力波峰過后，A、B孔的高壓氣體準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力的疊加也與上述一樣達(dá)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(chǎn)實(shí)踐中這樣的條件是難以實(shí)現(xiàn)的。
3.影響光面爆破的主要因素
3.1孔網(wǎng)參數(shù)
孔網(wǎng)參數(shù)系指周邊孔的間距E、光爆層的厚度W及炮孔的密集系數(shù)m。
3.1.1 炮孔間距E 的影響
從形成裂縫機(jī)理分析可知：無論是A、B孔同時(shí)起爆還是間隔一定時(shí)差起爆，倘若E↑是形不成裂縫面的。當(dāng)E↓會(huì)造成極度破碎或多鉆炮孔。只有E值在一定的范圍內(nèi)，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(nèi)圈孔間根部之間的間距，如右圖示。
當(dāng)W↑增大時(shí)，線裝藥量一定時(shí)，光爆層不能斷開，W↓減小時(shí)（小于炮孔間距E）首先形成裂縫方向發(fā)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(shù)m的影響
m（E/W）過大反應(yīng)出E值升高，不易形成裂縫，m過小反應(yīng)出W過大，此時(shí)光爆層不易沿兩孔連線斷開，容易形成欠挖現(xiàn)象。
結(jié)束語
地質(zhì)是基礎(chǔ)、光面爆破設(shè)計(jì)是前提、施工工藝是關(guān)鍵，因此在實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合不同條件和施工方法將這一已不在是新技術(shù)的新技術(shù)進(jìn)行全面推廣應(yīng)用。這既有利于降低工程成本又有利于維護(hù)圍巖的自身穩(wěn)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(dāng)?shù)谋扔鳌?/div>
