基于岩石工程的光面爆破应用分析

瞳圈圈　四　施工技术与应用　基于岩石工程的光面爆破应用分析　李盛斌　延安大学建筑学院　摘要：良好的光面爆破效果是保证巷道成型规整、减少周边围岩破坏的关键，所以在岩石工程中得到了广泛的应用。为此　本文对光面爆破技术原理进行了阐述，并对影响爆破效果的主要因素进行了分析。　关键词：岩石工程；光面爆破技术；应用　光面爆破已成为控制开挖轮廓线的主要爆破方法之一，在岩石工程　从形成裂缝机理分析可知：无论炮孔同时起爆还是间隔一定时差起　中，光面爆破即是一种能按设计轮廓线爆破岩体，使岩体爆破后壁面平整　规则、断面符合设计要求并使围岩不受明显破坏的一种控制爆破技术，因　此值得探讨。　１光面爆破技术原理　在岩石工程中，光面爆破技术是应用较广、效果较佳的一项岩石爆　破技术，其主要过程即在施工设计的断面轮廓线上设置互相平行且间距　较小的炮孑Ｌ，选择低密度和低爆速的炸药装入其中，同时控制每个炮孔　的炸药量，在不耦合装药结构下同时引爆，如此炸药的爆破作用会使岩　石在炮孔连线上产生相瓦贯通的裂缝，从而达到岩石从各炮孔的连线上　崩落下来的目的。一般，对于光面爆破技术的破岩机理主要有应力波叠　加原理，静压力作用原理，以及应力波和静压力综合作用原理３种，具体　如下。　１　１应力波叠加原理　应力波叠加理论即指当岩石周边炮孔同时引爆时，各炮孑Ｌ的压缩冲　击波通过柱面波的形式向四周作径向扩散传播，同时在相邻的炮孔中心　连线的中点位置相遇，如此使应力波叠加，在交汇位置会产生切向拉力　（拉伸力），即当合成的引力超过岩石的抗压强度，岩体便会被拉裂，进而　在炮孑Ｌ中心连线上生成裂缝，并沿着连心线向炮孔方向进一步扩展，直至　形成平整的爆裂面。　１　２静压力作用原理　静压力作用理论即是从压力的角度出发，该理论认为因为空气间隔　具有缓冲作用，会使作用在炮孔孔壁上的冲击波波峰压力消失，但爆破气　体产物却会在炮孔内停留较长时间，而且这些气体产物一直保持着高压　状态，这就是静压力。在这种静压力的作用下，炮孔连心线会生成非常大　的切向拉伸应力，尤其是在连心线和孑Ｌ壁交汇位置，这种应力较集中，所　以便会形成平整的规则爆破面。　１　３应力波和静压力综合作用原理　通过对上述两种理论的阐述，应力波和静压力综合作用原理即将两　者结合作用而考虑的理论。即最先引爆炮孔的应力波不仅作用在炮孑Ｌ周　围，而且还会作用在相邻的孔壁面上，并沿着预裂面产生封闭裂隙。然后　在此基础上，已经形成裂缝的炮孔内引爆炸药，使封闭裂隙得到了进一步　扩展，同样沿着预裂面再度扩展，进而形成很长的裂缝；与此同时，伴随该　炮孔内炸药的引爆，相邻装药的炮孔周围会形成新的裂缝，而且在应力波　作用下生成裂缝的同时，还会生成较大的爆炸气体产物，这些气体产物产　生的气体压力作用在炮孔的空内壁上，如此膨胀下的高压气体便会通过　由冲击波引起的径向裂缝快速渗入，进而将裂隙撑开，同时在裂隙尖端形　成切向拉伸应力，在这种拉伸应力的作用下裂隙会不断延伸，最终导致爆　炸炮孑Ｌ周围的各个封闭裂隙相互贯穿，最终形成一条贯穿裂隙进而将岩　石破碎。　２光面爆破技术在岩石工程中的应用　在光面爆破技术的具体应用中，要确定具体的爆破参数，关键是要对　影响爆破效果的几个主要因素进行分析，即炮孔间距，光爆层厚度，炮孔　密集系数，炸药爆炸性能，以及装药结构５个方面进行分析，具体如下。　２　１炮孔间距与炮孔布置　’２３０‘　爆，若炮孔间距大是形不成裂缝面的。当炮孔间距小会造成极度破碎或多　钻炮孔。只有炮孔间距值（一般用Ｅ表示）在一定的范围内，爆炸能量既能　保证裂缝贯通又能保证有足够能量推开光爆层。因此，对于井巷Ｔ程的炮　孔，根据其用途可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类，其爆破必须是顺序　延期起爆，即严格按照先掏槽眼，再辅助眼，最后周边眼的顺序进行，以保　证爆破效果最佳。具体如下，①掏槽眼的作用是将　作面一部分岩石爆破　并抛出，在一个自由面的基础上再创造出一个自由面，其目的是为其他炮　孔的爆破创造有利条件；②辅助眼是布置在掏槽眼和周边眼之间的炮眼，　它是主要大量崩落岩石和刷大断面的炮眼。其布置原则为利用掏槽眼所　创造的自由面，最大限度地崩落岩石。辅助眼间距０．５～０．７米，方向基本垂　直工作面，要布置的比较均匀；③周边眼主要控制轮廓线，一般不超过　０．１～０．１５米，值得注意的是，炮孔间距根据岩石质地的不同大小也不同，通　常情况下Ｅ值在０．４一Ｏ．７５米之间，软岩则在０．４～０．５米之间；中硬岩取则在　０．５—０．６米之间；硬岩在０．６—０．７５米之间；另外对于完整岩石，取值时应偏　向大值。　２．２光爆层厚度　光爆层厚度一般用ｗ表示，其是对光爆孔底和相邻内圈孔间根部两者　问的距离值。在具体岩石爆破工程中，光爆层厚度一般在Ｏ．５～０．８５米之　间，软岩则在０．５～０．６５米之间；中硬岩在Ｏ．５５～０．７５米之间；硬岩石在Ｏ．　７～０．８５米之间。同样，对于完整岩石的取值应向偏大值方向。另外，还可根　据光爆层对药量进行有效的判定，例如当ｗ减小时即＜炮孔间距Ｅ，则会　首先生成裂缝方向的变化，而过小则无法形成裂缝，爆破后造成岩石呈现　锯齿状，而当ｗ增大，线装药量一定时则光爆层不会被炸断。　２．３炮孔密集系数　炮孔密集系数一般用Ｍ表示，其是Ｅ和ｗ的比值，￣ｒｌＭ＝Ｅ／Ｗ。由公式可　以看出，它与炮孔间距和光爆层厚度之间的关系，即其与Ｅ成正比，与ｗ成　反比，当Ｍ过大，则表示Ｅ值过高，即不易生成裂缝，反之，若Ｍ过小，则表示　ｗ过大，此时光爆层不易沿两孔连线断开，易形成欠挖现象。一般炮孔密集　系数在０．５～１．０之间，对于均质、中硬及以上岩石一般取０．８，对于软岩则在　０．６左右取值。　２．４炸药爆炸性能　炸药的爆炸性能受炸药爆炸速度和威力的影响。①炸药爆速，即炸药　在炮孔中爆炸时产生高温高压气体，其压力值可近似表示为：Ｐ＝ＰＤ　／４。　其中Ｄ指炸药的爆轰速度，单位ｒｄｓ，Ｐ为压力值，其大小直接反应出爆破对　周围岩石的破坏程度。一般选用中等爆速的炸药，其爆速应＜３０００ｍ／ｓ。　②炸药威力，即指做工能力、猛度指爆炸荷载对围岩的瞬间冲击作用。由　于光爆炮孔尤其是隧道拱顶以上部份炮孔受重力作用，故炸药能量的一　部份用来破碎岩石而另一部份是用来破坏光爆层的厚度，这一部份能量　不能太大。被保护岩面要留下半个残痕，若爆炸冲击过大尤其是破碎围岩　将会出现大小的坍方或超挖以及轮廓面不圆顺等现象。　２　５装药结构　装药结构同起爆一样，是有效控制爆破范围、方向的重要因素之一，　按药串在炮孔中的分布，装药结构可分为等直径药卷即连续装药，间隔装　药，以及导爆索药串三种方式。按药卷与炮孔的藕合关系可分为环向不藕　合装药和径向不藕合装药结构２种方式。此外根据引爆药包位置的不同，　又有正反向之分。　（下转第２３２页）　舀翻豳圈　（三）施工准备与应急预案　施工技术与应用　（三）后浇带梁板防护：混凝土强度达到１００％后拆除，达不到强度严禁　拆除。　（１）施工准备。　１）施—　技术准备　２）管理人员分工明确　（四）施工浇注过程中，严禁踩踏钢筋网面，在钢筋网上面铺设竹脚板　等上人通道和操作平台，防止钢筋因踩踏变形。　（２）健全项目部应急管理体系，有效运行应急预案。　１）建立应急管理体系。２）应急措施。　（五）现场备好大型防雨布和抽水设备，防止施工过程受雨侵害。同时　专人监控深基坑防护情况，采取安全技术措施工保证基坑边坡稳定。　（六）所有施工人员须配备安全帽、防滑鞋等安全用品。　参考文献　ｆ１１中华人民共和国国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》　（ＧＢ５０２０２—２００２）．北京：中国建筑工业出版社，２００２　四、成品保护和安全注意事项　（一）现浇面新浇混凝土未经施工人员同意，严禁上人施工，未经批准　严禁堆物放料，必须放料时应有防护措施，严禁放置重物。　（二）后浇带钢筋：采用素浆保护层，平面防水层采用边部砌膜，中部　盖板与覆膜保护。　［２］中华人民共和国国家标准《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》　（ＩＧＪ６—９９）　北京：中国建筑工业出版社，２００２　（上接第２３０页）　总结：　２ｏ￣２（１８）　［２１４，ｔ－ｔ￣－华王兴明欧阳小．岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用Ｕ１江西　光面爆破爆技术在应用中，不但本身的技术性强，而且对施工的要求　理工大学学报，２００９（６）　也十分严格，因此要得到理想的光爆效果，在合理选择光爆参数外，还应　ｌ３１张成良．李新平．损伤光面爆破参数确定即数值分析Ⅱ】武汉理工大学学　以光爆技术的要求监控施］＿，如此才能取得良好的爆破效果。　报，２００６（７）．　参考文献：　注：本文为延安市科技局２０１２年题为“延安市黄土基坑土钉支护的应用研　究”的科技项目　…宋权光面爆破在岩石工程中的应用Ｕ］科技视界——建筑与工程，　’９３２’