光面爆破技术在“东山隧道工程”中的应用

1、光面爆破技术在“东山隧道工程”中的应用发布者：李坤发布时间：2005-12-613:28:00内容摘要光面爆破技术在东山隧道工程”中的应用李坤中国第三冶金建设公司机械化道桥工程公司摘要光面爆破的新技术在鞍山市东山隧道改扩建工程中应用，一方面可以实现新奥法”施工理论的保证围岩整体性，充分发挥围岩自撑能力”的指导思想；另一方面可保证开挖质量，不至造成由于过大的超、欠挖而导致岩体开挖后出现应力集中的现象。关键词光面爆破技术工程中应用正文文字大小：大中小前言60年代初70年代初，瑞典在地下爆破中广泛的采用光面爆破技术，我国在广泛采用前，一直延用普通爆破方法，后经过多次推广，耐心细致宣传，反复提高认识，

2、观摩一些成功工程后，才逐步扩大使用范围，该项技术于70年代后在我国普遍推广。2004年我公司承建了鞍山市东山隧道改扩建工程，根据地质条件状况，在岩体较好的地段，隧道开挖采用全断面开挖、光面爆破的新技术。一方面可以实现新奥法”施工理论的保证围岩整体性，充分发挥围岩自撑能力”的指导思想；另一方面可保证开挖质量，不至造成由于过大的超、欠挖而导致岩体开挖后出现应力集中的现象。、光面爆破的特点光面爆破亦称密眼小爆破”，就是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆后的岩石光滑、平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩壁的稳固性，减少爆破的整动作用，进而达到控制岩体开挖轮廓的技术。它通过合理地选择

3、各种参数，严格控制装药量，科学布置各种眼孔，按照一定的顺序装药、起爆，以及利用岩石抗拉强度远远低于其抗压强度的特性，可以有效的组织爆破应力。光面爆破与普通爆破相比有如下特点：1、周边轮廓线较精确的符合设计要求。2、爆破后的岩面光滑平整，肉眼几乎看不到爆破裂隙，可保持围岩的整体性和稳定性，有利于施工安全。3、可减少超挖或欠挖，节约装运费用，使回填支护等工程量和费用降低。4、光面爆破与普通爆破相比，可节省炸药15%左右。5、抗震性能好。二、光面爆破适用范围光面爆破适用范围非常广泛，在国防坑道井巷、铁路隧道、公路隧道、水工水电隧道、以及其他边坡等工程建设中起着非常重要的作用。特别是近20年来，光面爆

4、破技术有了长足发展，取得了巨大的经济效益、安全效益和其他综合效益，从根本上取代了传统的，比较少、慢、差、费”的掘进方法一普通爆破法。三、光面爆破机理（一）应力波叠加作用理论该理论认为，当同时起爆的相邻炮孔之间产生的应力波，在炮眼连心线的中点相遇时,便产生波的叠加，于是垂直连心线中点的方向上生成合成拉应力，如图1所示。如果合成拉应力值超过岩石的极限抗拉强度时，两个炮眼中间首先产生裂隙，然后沿连心线向两个炮眼方向发展，最后形成断裂面。（二）静压力作用理论该理论认为，由于空气间隙的缓冲作用，使作用于眼壁的冲击波波峰压力消失，然而爆轰气体产物在眼内却能较长时间地维持高压状态。在这种准静压力的作用下，在

5、炮眼连心线上产生非常大的切向拉伸应力，而且在连心线与眼壁相交处产生最大的应力集中，如图2所示。两个炮孔越接近，应力集中越显著。因此，在眼壁上应力集中处首先出现拉伸裂隙，然后这些裂隙沿炮眼连线向外延伸，而形成平整的断裂面。图1应力加强的分析图2拉伸应力集中（三）应力波和爆轰气体共同作用理论该理论认为，首先，在最先起爆的装药眼的应力波的作用下，不仅在装药孔周围，而且在相邻孔的壁面上，沿着预裂面生成封闭裂逢。随后在已生成此裂缝的装药孔内起爆炸药，使封闭裂缝进一步扩展，沿预裂面扩成很长的裂缝，而其它方面产生的裂缝则不多。同时，随着该装药孔的爆炸，还使相邻装药孔周围生成新的裂缝。于是，在后继装药依次起爆

6、的情况下，先爆装药孔使后爆炮孔周边边沿预裂面生成封闭裂缝。随后起爆这些炮孔，使封闭裂缝沿预裂面越来越大。这种应力波所生成的裂缝，是在起爆后几毫秒之内完成的。在应力波生成裂缝结束瞬间，还有相当大的爆炸气体压力作用于所有装药孔内壁。在各孔内的爆炸气体压力作用下，封闭裂缝将沿各孔的连线得到进一步扩大，结果使各封闭裂缝相互贯穿，形成一条贯通裂缝，岩石便沿着这一裂缝裂开。四、光面爆破参数为获得良好的光面效果，可选用低密度、低爆速、高体积威力的炸药，以减少炸药爆轰波的击碎作用和延长爆炸气体的膨胀作用时间，使爆破作用呈准静压状态。故应尽量使用光面爆破专用药卷，以获得预期效果。1、不偶合系数。合理的不偶合系数

7、应使炮孔压力低于孔壁岩石的动抗压强度而高于动抗拉强度。不偶合系数通常采用1.13.0,其中以1.52.5用的较多。2、光面炮孔间距a。一般为孔眼直径的1020倍。在节理裂隙比较发展的岩石中应取小值，整体性好的岩石可取大值。3、最小抵抗线Wo光面层厚度或周边眼至相邻辅助眼间的距离是光面爆破的最小抵抗线，一般应大于光面孔眼的间距。4、炮孔密集系数m。m值过大时，爆后可能在光面眼间的岩壁表面留下岩坡，造成欠挖；m值过小时，则会在新岩壁面上造成凹坑。实践表明，当m=0.81.0时，光爆效果较好；硬岩取大值，软岩取小值。5、线装药系数。又叫线装药密度和装药集中度，它是指单位长度孔眼中装药量的多少（g/m

8、或kg/m）。为了控制裂缝的发展，保持新壁面的完整稳固，在保证沿孔眼连线破裂的前提下，应尽可能减少装药量。软岩一般用70120g/m,中硬岩为100150g/m。硬岩为150250g/m。6、起爆间隔时间。实险研究表明，齐发起爆的裂缝表面最平整，微差起爆次之，而秒延期起爆最差。齐发起爆时，孔眼贯通裂缝较长，可抑制其它方向裂隙的发展，有利于减少孔眼周围的裂隙产生和形成平整的壁面。所以在实施光面爆破时，时间间隔越短，壁面平整的效果越有保证。相邻孔眼的时差应不大于100ms 。五、光面爆破技术在东山隧道工程中的应用东山隧道改扩建工程采用的施工方案是全断面一次性掘进，多段毫秒非电雷管顺序起爆。其爆破参

9、数的选择：（一）爆破参数选择与计算1、炮孔布置方式岩石掘进时主爆孔按三角形或长方形布孔、周边孔按隧道要求毛断面轮廓线布孔。2、孔径、孔深炮孔直径d=3842mm,岩石掘进周边孔，因涉及超、欠挖、人工凿岩时，向外倾斜角度不应大于5度，否则超欠挖严重，从而限制了周边眼长度L2m,误差100mm,若用凿岩台车时深度可控制在3至5m左右。主爆孔、辅助孔长度一般与周边孔一致，局部可加深3至5m,超前周边孔的一个掘进循环。即超前后留下周边孔位置，待后道工序用周边孔修整轮廓。3、孔距、排距岩石掘进时，周边孔在原岩体完好部位与节理层理发育部位的孔、排距为0.7至0.5m左右，主爆孔与辅助孔则按0.5至0.8m

10、布置；光面爆破层厚度，一般在光面爆破时可按0.5至0.7m厚度布置，为辅助孔与光面爆破孔间排距。4、装药量计算炸药单耗，钢筋碎拆除单耗K=0.5kg/m3,岩石掘进时K=0.50.7kg/m3,光面爆破K=0.150.35kg/m3。单孔最大药量钢筋碎拆除：Q1=K1S1L1=0.5MX2=1kg/孔，取0.9kg岩石爆破：Q2=K2S2L2=(0.50.7)*(0.50.7)*2=0.50.98kg/孔，取0.75kg光面爆破：Q3=K3S3L3=(0.150.35)X(2m)=0.30.7kg,取0.30.45kg5、装药结构a、周边炮孔采用光爆专用位2或位5硝钱药卷，施工时可通过实验选择

11、合理药径；b、其他掘进炮孔用料2硝俊药卷。(二)爆破网络设计1、一段允许同时起爆药量计算：由于施工隧道距另一条隧道仅为2324m,因此，必须保证另一条隧道在掘进爆破中不受振动破坏。最大一段准许起爆药量按下述方法求得：Qmax=(V/K)3/aR3,kg式中：V隧道允许质量振动速度，cm/s支护良好，取V=10K场地系数，与地质条件有关，近震取K=200a地震波最减系数，取1.5Qmax=(10/200)3/1.5X233=30.4kg2、爆破分段情况根据上述计算结果，为了确保与之相距23m处的另一条隧道的安全，要求每个微差段最大起爆药量限制在27kg以下。根据隧道工作面布孔情况可共分五个微差段

12、：即发、二段、三段、四段和五段（0、25ms、50ms、75ms、110ms）前4段相差25ms。掘进工作面总计约160个炮孔，掘进炮孔108个，分做3个段，每段36孔，每段药量不大于27kg。先后顺序按距离老隧道自由面远近划分，距自由面越近越先响。第4段为拱顶和两帮部位的光面孔，总计33孔，药量15.84kg。第5段为底眼，19个，药量度14.25kg。3、起爆网络设计按炮孔分段类别在孔内分别装入相应段别的导爆雷管。在孔外每8孔用即发雷管（1段）并成一组，共计2021组，每7组再用1段雷管并成1簇，共计分为3簇，3簇再用1段雷管并联一起接入总起爆线上，形成并并并的非电导爆起爆网络。注：如光面

13、孔内装入导爆索，导爆雷管要与导爆索相联。（三）爆破安全计算该掘进爆破最大段起爆药量为27kg,爆破地震效应影响最大处为与之相距2324m的另一条隧道，而隧道口以外最近的机关为刑警队办公楼，两者相距90m以上，无明显影响，因此只需对另一条隧道进行安全校核即可。对于爆破飞石影响问题，在隧道内掘进爆破时，爆破飞石涉及不到洞外，但在施工初期的隧道口下挖爆破及隧道口掘进爆破对外部有影响，对此需要进行安全验算。1、爆破地震波危险半径Rd=Q1/3（k/V）1/a,m式中：Q最大同时起爆药量：27kgK、V、a意义同前：V=10cm/s,K=200,a=1.5Rd=271/3(200/10)1/1.5=22

14、.1mRd小于两隧道间距离，可以保证另一条隧道的安全。刑警支队院内油库处质点震速为：V=200*(271/3/90)3/2=0.703cm/s由此可见爆破震动V小于2cm/s允许值，隧道爆破震动对油库不构成任何危害。2、隧道口处爆破个别飞石危险半径：为了更有效的防止隧道口处爆破时个别飞石对环境，人员造成的危害，我们按最不利情况考虑：既个别飞石按照弹道轨迹飞射的情况来计算个别飞石危险半径。Rf=V2/g,mV=20NQ1/3/W)2,m/s式中：V爆破个别飞石初速度，m/sQ孔内最大装药量，1.05kgW爆破炮孔最小抵抗线，为1.21.6m;V=20(1.051/3/1.21.6)2=14.38

15、.1m/sRf=14.32/9.81=20.8m根据计算结果，洞口附近爆破时警戒范围为半径90100m。该工程爆破后，取得了良好的爆破效果，能沿设计轮廓线形成平整的光滑表面，岩面平整，无浮石，眼痕清晰完成，减少超、欠挖工程量，从而节约了装运费用，使回填支护等工程量和费用降低，给该工程带来了一定的经济效益。六、光面爆破的安全管理在组织光面爆破施工时，应成立相应的安全组织，建立安全工作责任制度，安全教育制度、安全检查评比制度。掘进作业时，应根据石质情况，制定出塌方、落石、地下涌水等抢救方案，规定防险信号，人员撤离线路，避险地点和准备技术处置使用的器材等。凡进洞人员必须戴防险帽，禁止在洞内坐、卧、睡觉、打闹等。坑道作业还应有良好的照明设备，转弯处和直线部分每隔1075m设一盏照明灯，作业面上应有足够的照明灯具。坚持光爆的五项制度”即：检查制度、验孔制度、登记制度、检查爆破效果制度、技术分析会制度。七、光面爆破的发展展望光面爆破作为一种掘进新技术，从问世30多年来，虽然有很大的发展和进步，在全世界的隧道及地下工程建设中取得了有目共睹的成就和巨大的综合效益，但无