饒雪蘭，曹金滸

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

淺談公路隧道光面爆破技術(shù)

饒雪蘭，曹金滸

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

從光面爆破機(jī)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(duì)軟弱及破碎圍巖隧道光面爆破技術(shù)進(jìn)行探討。

公路隧道;光面爆破;機(jī)理;參數(shù)選擇;影響因素

1 關(guān)于巖石爆破機(jī)理的幾種學(xué)說(shuō)

(1)爆轟氣體壓力作用學(xué)說(shuō)

這種學(xué)說(shuō)從靜力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)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(xué)說(shuō)忽視了巖體中沖擊波和應(yīng)力波的破壞作用，其基本觀點(diǎn)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(yīng)力場(chǎng)。當(dāng)巖石的抗拉強(qiáng)度低于壓應(yīng)力在切向衍生的拉應(yīng)力時(shí)，將產(chǎn)生徑向裂隙。作用于巖壁上的壓力引起巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，由于作用力的不等引起徑向位移的不等，導(dǎo)致在巖石中形成剪切應(yīng)力。當(dāng)這種剪切應(yīng)力超過(guò)巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。當(dāng)爆轟氣體的壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推動(dòng)破碎巖塊作徑向拋擲運(yùn)動(dòng)。

(2)應(yīng)力波作用學(xué)說(shuō)

這種學(xué)說(shuō)以爆炸動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，認(rèn)為應(yīng)力波是引起巖石破碎的主要原因。這種學(xué)說(shuō)忽視了爆轟氣體的破壞作用，其基本觀點(diǎn)如下:

激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。此應(yīng)力波在周圍巖體內(nèi)形成裂隙的同時(shí)向前傳播，當(dāng)應(yīng)力波傳到自由面時(shí)，產(chǎn)生反射拉應(yīng)力波。當(dāng)拉應(yīng)力波的強(qiáng)度超過(guò)自由面處巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度時(shí)，從自由面開(kāi)始向爆源方向產(chǎn)生拉伸片裂破壞，直至拉伸波的強(qiáng)度低于巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度處時(shí)停止。應(yīng)力波作用學(xué)說(shuō)只考慮了拉應(yīng)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(yīng)力的作用，對(duì)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的環(huán)向作用也未考慮。實(shí)際上爆破漏斗形成主要是由里向外的爆破作用所致。

(3)應(yīng)力波和爆轟氣體壓力共同作用學(xué)說(shuō)

這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，巖石的破壞是應(yīng)力波和爆轟氣體共同作用的結(jié)果。這種學(xué)說(shuō)綜合考慮了沖擊波和爆轟氣體在巖石破壞過(guò)程中所起的作用，更切合實(shí)際而為大多數(shù)研究者所接受。其觀點(diǎn)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(yīng)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(yīng)力波作用下產(chǎn)生的裂隙中，使之繼續(xù)延伸和進(jìn)一步擴(kuò)張。當(dāng)爆轟氣體的壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推動(dòng)破碎巖塊作徑向拋擲。

對(duì)于不同性質(zhì)的巖石和炸藥，應(yīng)力波與爆轟氣體的作用程度是不同的。

在堅(jiān)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(yīng)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(kāi)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(yīng)力波相遇后再達(dá)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(yàn)，軟弱巖體E宜取小值，W取較大值而堅(jiān)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(jìn)循環(huán)的鉆眼工作量、出渣工作量、循環(huán)時(shí)間和次數(shù)以及施工組織。它對(duì)掘進(jìn)速度的影響很大，對(duì)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(fèi)炸藥，又對(duì)圍巖穩(wěn)定性不利。因此，合理的炮孔深度，應(yīng)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(guò)大的松動(dòng)，減少繁重支護(hù)，避免過(guò)大的超欠挖，又能獲得最好的掘進(jìn)速度的炮孔深度

總體來(lái)說(shuō)，在每一掘進(jìn)循環(huán)中，應(yīng)考慮提高鉆眼、出渣作業(yè)的效率又使其他各項(xiàng)作業(yè)都能緊湊、順利地完成這一原則，來(lái)確定合理的炮孔深度。

2.3 不耦合系數(shù)C

實(shí)際工程中，實(shí)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(guó)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(dá)到不耦合的目的。不耦合結(jié)構(gòu)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(hù)孔壁少受徑向爆破裂隙的破壞。藥卷直徑的大小應(yīng)與炮孔直徑相匹配，以免發(fā)生管道效應(yīng)，導(dǎo)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(shí)際爆破設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)掏槽眼及輔助眼應(yīng)采用較小的值，以提高炸藥的爆破效率;對(duì)周邊眼則可采用較大的大值，以減小對(duì)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(shù)對(duì)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(kāi)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(dá)不到爆破設(shè)計(jì)要求。

4 光面爆破的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yùn)工作量減少，表面應(yīng)力集中現(xiàn)象減輕，避免局部冒落，增進(jìn)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(hù)工作量。

5 結(jié)語(yǔ)

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(shù)，可防止爆破對(duì)隧道圍巖的強(qiáng)烈振動(dòng)，在隧道周邊形成一個(gè)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(dá)到安全施工的目的。只有嚴(yán)格執(zhí)行以上相關(guān)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(jìn)度，保證工程質(zhì)量。還應(yīng)盡量減少開(kāi)挖斷面欠挖和嚴(yán)重超挖，大大減少隧道初期支護(hù)和二次襯砌混凝土用量，節(jié)約工程成本。

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

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

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2015－04－11