隧道光面爆破合理爆破参数的确定

2005年3月重庆大学学报（自然科学版）Mar.2005第28卷第3期JournaIofChonggingUniversity（NOturOIScienceEdition）VoI.28No.3文章编号：1000-582X（2005）03-0095-03隧道光面爆破合理爆破参数的确定*顾义磊，李晓红，杜云贵，王心飞（重庆大学资源及环境科学学院，重庆400030）摘要：隧道光面爆破的实质是当隧道实施爆破后，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道断面既符合设计轮廓要求，又使隧道围岩不产生损伤。为此，给出了隧道光面爆破参数选取的原则与合理参数确定的方法，提出了以超欠挖量（50~100mm）、炮痕率（50%）及围岩损伤程度对隧道光面爆破质量进行验收的标准，并结合某一隧道施工总结出光面爆破技术对隧道施工的安全性、围岩的稳定性及工程质量的贡献。关键词：光面爆破；最小抵抗线；密集系数中图分类号：U455文献标识码：A1光面爆破的实质光面爆破是按照隧道断面的设计轮廓线合理布置周边眼而进行的一种控制爆破，实质上就是爆破光面层，而实施爆破之后，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道断面既符合设计轮廓要求，又要使围岩不产生损伤，从而保持围岩的完整和自身承载能力，以便［1-6］达到快捷、高效、优质的施工目的。光面爆破分为全断面一次爆破和预留光面层2种。对于断面较小的巷道可采用全断面一次爆破法，对于断面较大的隧道应采用预留光面层爆破法。即主爆体形成光面后，周边眼最后装药爆破。因此，隧道开挖时，应采取拱部弧形布眼开挖方式，以便给光面爆破创造条件。2光面爆破参数的选择光面爆破参数［2-4］是确保光面爆破的关键，实现光面爆破效果的炮眼称光面炮眼，它是隧道施工中在开挖轮廓面上布置的周边炮眼，如图1所示。2.1炮眼直径db对于隧道开挖现场常用的炮眼直径为35~45mm。2.2周边眼间距周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的2个重要1.光面炮眼；2.预裂爆裂面图1光面炮眼参数。一般原则是：软岩和层理节理发育的岩层上，眼距应小而抵抗线应大，在坚硬稳定的岩层上，眼距应大些，抵抗线应小些。隧道跨度较小时，眼距适当减小，反之适当加大。隧道开挖施工爆破可按式（1）确定周边眼炮间距a。a=（12~20）db（1）对于隧道光面爆破的周边眼间距可取600~700mm，若开挖面曲率较大，岩石对爆破的夹制作用较强，炮眼间距可缩小至450~500mm，导向空眼和装药眼之间的间距一般不小于400mm。2.3最小抵抗线W最小抵抗线即光面层厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼间距和周边眼装药结构参数的影响外，更主要受最小抵抗线的影响，光面层厚度不仅影响周边眼间裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后隧道围岩的稳定。因此，确定合理的光面层厚度，对提*收稿日期：2004-11-22基金项目：国家自然科学基金重点项目（50334060）；西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室资助作者简介：顾义磊（1970-），男，广东普宁人，重庆大学讲师，硕士，主要从事地下工程及地质灾害治理的研究。96重庆大学学报（自然科学版）2005年高光面爆破效果有积极作用。光面层厚度W可用以下公式来确定W=0（2）Cg·a·L式（2）中0为光面炮眼的装药量；a为炮眼间距；L为炮眼深度；Cg为爆破系数，相当于单位耗药量，对于f=4~10的岩层，Cg值变化范围为0.2~0.5kg/m3。经验表明，对于大跨度隧道一般取W=700~800mm，拱顶部位的厚度应随跨度的增加而相应加大。另外最小抵抗线与岩石性质及地质构造有关，硬岩可取500~600mm，松软岩石取800~900mm，对于小跨度隧道可减为600~700mm。2.4炮眼密集系数m炮眼密集系数也称炮眼邻近系数，它表达了炮眼间距a与最小抵抗线W之间的关系即m=a/W，是光面爆破参数确定中的一个关键值。目前，在工程施工中，光面层厚度的确定，一般情况下，周边眼间距a与光面层厚度W的比值为m=a=0.8~1.0W当m1时，说明a值偏大，W值偏小，爆破时易出现眼间裂缝，周边眼尚未沟通前应力波已传到二圈眼，这样光面眼就变成偏斗爆破。当a=W时，m=1。爆破时光面眼之间的裂缝形成较好。当m=0.5时，即2a=W光面层不易爆下来，实践表明m=0.8~1.0时较好。［7］有关地下工程光面爆破参数如表1、表2所列。表1光面爆破参数岩石种类饱和单轴抗压装药不耦合周边眼间距周边眼最小周边眼装药极限强度RJ/Mpa系数B相对距a/W集中度g/kg·m-1a/mm抵抗线W/mm硬岩601.25~1.50550~700700~8500.8~1.00.30~0.35中硬岩30~601.50~2.00450~600600~7500.8~1.00.20~0.30软岩S302.00~2.50300~500400~6000.5~0.80.07~0.15表2预留光面层光面爆破参数岩石种类饱和单轴抗压装药不耦合周边眼间距周边眼最小周边眼装药极限强度RJ/Mpa系数B相对距a/W集中度g/kg·m-1a/mm抵抗线W/mm硬岩601.25~1.50600~700700~8000.7~1.00.20~0.30中硬岩30~601.50~2.00400~500500~6000.8~1.00.10~0.15软岩S302.00~2.50400~500500~6000.7~0.90.07~0.122.5光面炮眼的角度和深度在隧道掘进中，当采用较先进的凿岩台车时，每循环的炮眼深度可达3m以上。当凿岩机紧贴在已开出的轮廓面操作时，凿岩机向上（拱部）或向外边墙偏离的角度为4~5。2.6装药量光面炮眼的装药量可按下式确定0,=ga·W·L（3）式（3）中g为按定额确定的单位炸药消耗量，kg/m3；L为光面炮眼的平均深度，m；其它符号同前。线装药密度：0,（4）gL==gaWL2.7不耦合系数B炮眼直径与药包直径的比值称为不耦合系数。当不耦合系B=1时，表示药包与孔壁紧密接触。当B1时，表示药包与孔壁之间存在着空气间隙。当药包与孔隙之间存在着空气间隙时，爆破将在间隙中衰减很多，导致作用于孔壁的冲击压力大为减小，从而减小了传递给岩面的爆炸能量。因此，在实际施工中主要采用的耦合装药改变装药结构来实现控制爆破。研究表明，不耦合系数的大小与炮壁上的最大切向应力之间呈指数关系，如图2所示。因此，当炮眼直径为32~45mm时，不耦合系数B=1.5~2.0图2炮眼壁上切向应力!与不耦合系数B的关系2.8光面爆破炮眼数目的计算由于光面爆破的周边眼距小，周边眼装药量少，因此，根据这一特点先求出周边眼数目，然后按平均装药量原则计算出其它炮眼数目。1）周边眼数目NN1=BL-B（5）+1a第28卷第3期顾义磊等：隧道光面爆破合理爆破参数的确定97式（5）中B为隧道掘进宽度，m；a为周边眼平均间距，m；BL为隧道掘进周长m，BL可按式（6）近似计算BL=c!S（6）式（6）中S为隧道掘进断面面积；c为断面形状系数，对于拱形隧道c=3.86。2）掏槽眼、辅助眼和底眼数目N2N2值按一次爆破所需要的总装药量减去周边眼装药量，使剩余的药量平均分配在N2内来计算。N2=O-NlLgL（7）O0式（7）中O为按定额确定的一茬炮所需的总装药量，kg，O=gSL!；gL为周边眼每米装药量，kg/m；g为按定额确定的单位炸药消耗量，kg/m3；为炮眼利用率；O0!为除周边眼外，每个炮眼内的平均装药量，kg。O0=LIOL（8）mI为装药系数，当采用直眼掏槽时I=0.6~0.7，采用斜眼掏槽时I=0.5~0.6；OL为每个药卷的重量，kg；l为每个药卷的长度，m。3）工作面炮眼总数NN=Nl+N2=Nl+O-NlL·gL=O0OLgLgS!LgLm（）cS-B!l-O0=IOL++ll-IOLO0+Nla（9）3光面爆破质量标准目前，国家尚无鉴别光面爆破质量的统一标准，可根据工程种类的围岩条件，定出相应的标准。一般说来，光面爆破应达到以下要求：l）开挖轮廓尺寸基本符合设计要求，欠挖不大于50mm超挖不大于l50mm，壁面不平度小于l50mm。2）爆破后壁面上保留的半眼孔痕率为：坚硬且完整性好的岩石280%，中等强度的岩石265%，软岩或节理发育的岩石50%。3）爆破作用对保留部分岩体破坏轻微，保留下的炮眼壁面上无粉碎和明显的爆破缝隙，松软破碎的岩体，爆破后尽量无大的危岩浮石；坚硬面完整的岩体，无危岩或很少危岩。4）2排光面炮眼衔接处的“台阶”，对于隧道工程，应控制在l00~l50mm以内。4结论隧道施工采用光面爆破技术可以取得以下效益：l）隧道开挖实施光面爆破后，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道断面既符合设计轮廓要求，又使隧道围岩不产生损伤，从而保持围岩的完整性和自身承载能力。有利于隧道的维护。2）避免了隧道施工时欠挖和超挖现象的产生，于是减少了欠挖处理的时间和超挖所需的填料，加快了施工进度，保证了工程质量，降低了成本。3）由于采用光面爆破技术，防止了爆破对隧道围岩的强烈振动，保持了隧道围岩的稳定性，达到了安全施工的目的。参考文献：［l］《水利水电工程施工手册》编委会.水利水电工程施工手册（第2卷）［M］.北京：中国电力出版社，2002.［2］齐景狱，刘正雄，张儒林，等.隧道爆破现代技术［M］.北京：中国铁道出版社，l999.［3］张志呈.定向断裂控制爆破［M］.重庆：重庆出版社，2000.［4］张志呈.爆破原理与设计［M］.重庆：重庆大学出版社，l992.［5］刘建佳，刘栋梁.预裂爆破和光面爆破在边线控制施工中的应用［J］.山西建设，2002，28（8）：66-67.［6］徐颖.地下工程爆破技术的现状及发展［J］.中国煤炭，200l，27（ll）：30.［7］JTJ042-94.公路隧道施工技术规范［S］.ReasonableSmoothBlastingFactorUsedinTunnelGUYi-/ei，LIXiao-hong，DUYun-gui，WANGXin-fei（Resources&EnvironmentaIScienceCoIIege，ChonggingUniversity，Chongging400030，China）Abstract：ThefactoftunneIsmoothbIastingisthosereduceoverbreakandminimizefracturingoftherockatthebound-aryofanexcavation.TheseIectruIerandassuredmethodofsmoothbIastingparameterarediscussed，andtheguaIitycheckstandardofthesmoothbIasting，basedontheunderandover-break（5~l5mm），thecircumferentiaIhoIemarkratio（50%）androckfragment，arefound.AgoodbenefitisgottenastheseusedinonetunneI.Keywords：smoothbIasting；minimumresistIine；compressionfactor（编辑姚飞）隧道光面爆破合理爆破参数的确定作者：顾义磊，李晓红，杜云贵，王心飞，GUYilei，LIXiao-hong，DUYung-ui，WANGXin-fei作者单位：重庆大学,资源及环境科学学院,重庆,400030刊名：重庆大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNALOFCHONGQINGUNIVERSITY(NATURALSCIENCEEDITION)年，卷(期)：2005,28(3)被引用次数：6次参考文献(7条)1.JTJ042-1994.公路隧道施工技术规范19952.徐颖地下工程爆破技术的现状及发展[期刊论文]-中国煤炭2001(11)3.刘建佳;刘栋梁预裂爆破和光面爆破在边线控制施工中的应用[期刊论文]-山西建设2002(08