爆破工程之三光面爆破技术

第五章光面爆破技术瑞典从20世纪50年代开始，率先研究一种能按设计轮廓线爆破岩体，使巷道周壁或开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术，即光面爆破技术。美国、加拿大等国也相继进行了研究。我国自1970年以来，在矿山、水利、地下工程中获得了广泛应用光面爆破技术，至今成为控制开挖轮廓线的主要爆破方法之一。特别是光面爆破与锚喷支护相结合后，已成为井巷工程中一项重大技术改进。图5—2普通爆破和光面爆破的效果(a)普通爆破(b)光面爆破云南元磨高速公路隧道光面爆破三峡工程建基岩水平光爆湖北清江水布垭水电站高边坡爆破与开挖广西龙滩水电站高边坡爆破与开挖三峡工程临时船闸爆破与开挖圬工砌拱光面爆破在隧道掘进建设中的应用光面爆破在铁路隧道建设中的应用光面爆破在公路隧道建设中的应用对掘进巷道来说，爆破顺序是掏槽、崩落，最后周边眼光面爆破。在巷道掘进中采用光面爆破具有以下优点：①光爆锚喷施工质量好，减少了围岩的位移、松动和破坏，增加了安全性。唐山地震后，曾对开滦煤矿井下4515m光爆锚喷巷道作了震后检查，完好率达95%。②减少超挖、节约材料，降低了成本。根据徐州矿务局统计，成本大约降低30%。据大秦线铁路施工统计，在19km隧道掘进中，如每循环超挖10cm，则相当于多挖1km相同断面隧道；全国每年各类巷道进尺约5000km，相当于多挖250km，浪费10多亿元。第一节光面爆破技术的特点和

基本原理一、光面爆破的特点(1)爆破后成型规整，符合设计轮廓，特别在松软岩层中更能显示出光面爆破的作用。光面爆破后通常可在新形成的壁面上残留清晰可见的半边孔壁痕迹。（2）光面爆破可以大大减少巷道的超挖量，提高施工质量，加快施工进度，节省大量的混凝土衬砌浇筑量。（3）光面爆破对围岩的破坏要轻微得多。根据声波探测表明，采用光面爆破时，围岩松弛带的范围只是常规爆破方法的1/3~1/2，从而提高了围岩的稳定性，减少了支护工作量；采用光面爆破，围岩的壁面平整，危石少，撬顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免局部冒落，增进了围岩的稳定和施工安全，并为喷锚支护的使用创造了有利条件。光面爆破的优点在完整岩体中十分明显，可以直观地感到爆破后的开挖面光洁平整，岩体完整，爆破裂隙不发育，给人以安全感。但是，在松软的岩石中，特别是在一些不均质的岩体和构造发育的岩体中采用光面爆破在减轻围岩的破坏，减少超挖以及避免产生冒顶等方面，仍起到很大作用二、光面爆破的基本原理光面爆破的实质是沿开挖轮廓线布置间距减小的平行炮眼，采用特殊的装药结构，在这些光面炮眼中进行减少药量的不耦合装药，选择合理的光爆参数，然后同时起爆。爆破时，沿这些炮眼的中心联接线破裂成平整的光面。比如三在巷三道掘三进设三计断三面的三轮廓三线上三布置三加密三的周三边孔三，减三小药三包直三径，三减少三装药三量，三配套三采用三不耦三合装三药结三构，三采用三低密三度和三低爆三速的三炸药三，甚三至专三用的三光面三爆破三炸药三（小三直径三、低三猛度三、低三爆速三20三00三~3三00三0m/三s）三，以控三制炸三药爆三炸能三量及三其作三用，三降低三爆炸三冲击三波的三峰值三压力三，削三弱它三在岩三石中三引起三的应三力波三强度三，避三免在三炮孔三周围三产生三压碎三区，三而使三爆破三作用三集中三到需三要爆三落的三一侧三岩体三上，三减弱三对原三岩体三的破三坏作三用。光面三爆破三时由三于采三用不三耦合三装药三，药三包爆三轰后三，炮三眼壁三上的三压力三显著三降低三。此三时药三包的三爆破三作用三为准三静压三作用三。当三炮孔三压力三值低三于岩三石动三抗压三强度三时，三在炮三眼壁三上就三不致三造成三“压三碎”三破坏三。这样三爆轰三波引三起的三应力三波和三凿岩三时在三炮眼三壁上三造成三的应三力状三态相三似，三只能三引起三少量三的径三向细三微裂三隙。图5三—2三光三面爆三破时三炮眼三连心三线破三裂面三的形三成（a）炮孔三装药三情况三；（b）先爆三炮孔三对相三邻炮三孔的三影响三；（c）光面三的形三成邻孔三和空孔三的导向三作用与普三通爆三破相三比，三光面三爆破三的主三要优三点是三：岩三壁面三光滑三平整三，围三岩稳三定，三其爆三破后三壁面三光滑三、平三整。目前三对光三面爆三破的三质量三要求三尚不三统一三，一三般应三要求三：周三边轮三廓尺三寸符三合设三计要三求，三壁面三凸凹三度不三大于三20三0mm三；眼痕三率：三软岩三＞5三5%三，中三硬岩三石≥三65三%，三坚硬三岩石三≥7三5%三。第二三节三光面三爆破三的参三数和三施工三技术一、三光面三爆破三主要三爆破三参数三的确三定主要三爆破三参数三有：三最小三抵抗三线、三炮孔三密集三系数三、不三耦合三系数三、线三装药三密度三、孔三距和三起爆三时差三等。（一三）最三小抵三抗线W光爆三层是指三周边三炮孔三与最三外层三主爆三孔之三间的三一圈三岩石三层。三（全三断面三一次三开挖三成型三和预三留光三面层三）光面三层厚三度或三周边三眼（三光爆三孔）三到邻三近辅三助眼三间的三距离三，是三光面三眼（三光爆三孔）三起爆三时的三最小三抵抗三线，三一般三它应三大于三或等三于光三面眼三间距三。如果三最小三抵抗三线过三大，三光爆三层将三不能三很好三地破三碎下三来，三甚至三产生三大块三或留三底根三；如果三最小三抵抗三线过三小，三在反三射波三作用三下，三可能三导致三围岩三破坏三，影三响光三爆效三果和三围岩三的稳三定性三，甚三至产三生超三挖形三成凹三凸不三平的三壁面。把光爆三层岩石三看作三类似三露天三台阶三爆破三，可以三采用三以下三经验三公式三来确三定最三小抵三抗线W，式中W—三—光爆三层厚三度；qb——炮眼三内的三装药三量；S—三—炮眼三间距三；Lb——炮眼三长度三；C—三—爆破三系数三，相三当于三炸药三单耗三值。光爆三层的三厚度三还与三巷道三开挖三断面三的大三小有三关，三大断三面巷三道的三顶拱三垮度三大，三光爆三孔所三受到三的夹三制作三用小三，岩三体比三较容三易崩三落，三此时三，光三爆层三厚度三可以三大一三些。三小断三面巷三道的三光爆三孔受三到的三夹制三作用三大，三其厚三度宜三小一三些。光爆三层的三厚度三还与三岩石三的性三质和三地质三构造三等因三素有三关。三坚硬三完整三的岩三石，三光爆三层宜三薄一三些；三而松三软破三碎的三岩石三，光三爆层三宜厚三一些三。（二三）炮三孔密三集系三数光爆三层厚三度w与周三边孔三的间三距a有着三密切三的关三系，三可用三两者三的比三值K＝三a/三W来表三示，K称为三周边三孔（三光爆三孔）三的密三集系三数。三K值过三大时三，爆三破后三可能三在光三爆孔三间留三下岩三埂，三造成三欠挖三，达三不到三光面三爆破三效果三；反三之m值过三小时三，则三会在三新壁三面造三成凹三坑，三可能三出现三超挖三。实践三中多三取最三小抵三抗线三大于三孔距三，具三有小三孔距三、大三抵抗三线的三特点三，尤三其在三坚硬三岩石三中密三集系三数皆三小于三1。三这样三，可三使反三射拉三伸波三从最三小抵三抗线三方向三折回三之前三造成三贯穿三裂缝三，隔三断反三射拉三伸波三向围三岩传三播的三可能三，减三少围三岩破三坏。实践三表明三，当m三=三0.三8～三l.三0时，三爆破三后的三光面三效果三较好三，硬三岩中三取大三值，三软岩三中取三小值三。（三三）不三耦合三系数不耦三合系三数K'三，是指三炮孔三直径三与药三包直三径之三比（三环向三空气三间隔三装药三时）三。光三面爆三破采三用药三包直三径小三于炮三孔直三径的三方法三，因三而不三耦合三系数K'三＞1三。不耦三合系三数K‘的取三值一三般介三于1三.1三~3三.0三之间三，采三用最三多的三是不三耦合三系数K'三=1三.5三～2三.5用得三较多三。图5三—5三光面三爆破三炮孔三装药三结构1—三导爆三索；三2—三堵塞三段；三3—三中间三装药三；4三—底三部增三强装三药（四三）线三装药三密度线装三药密三度是三指单三位长三度炮三孔内三的装三药量三，又三称装三药集三中度三，当三采用三既有三环向三不耦三合又三有轴三向空三气间三隔的三装药三结构三时当光三爆孔三直径三为3三5~三45mm时，三一般三将线三装药三密度三取为三0.三1~0.三3kg三/m三，其中三软岩三为0三.0三7~三0.三12kg三/m三，中硬三岩为三0.三1~三0.三15kg三/m三，硬岩三则为三0.三15三~0三.2三5kg三/m三。Δ—三—炸药三密度三，kg三/m3；d1——药卷三直径三，m；q0——线装三药密三度，kg三/m。——连续三装药采用三环向三不耦三合连三续装三药结三构时三，因为K'三=d2/d1，这里d2为炮三孔直三径（五三）孔三距光爆三孔的三间距三比主三爆孔三小，三它与三炮孔三直径三、岩三性和三装药三量等三参数三有关三。孔三距过三大，三难以三爆出三平整三光面三；孔三距过三小会三增加三凿岩三费用三。通三常，三合理三的孔三距可三按炮三孔直三径选三取S三=（三10三~2三0）三d2S—三—孔距三（实三际工三程设三计多三用类三比法三选取三），m；d2——炮眼三直径，m。在节三理裂三隙比三较发三育的三岩石三中应三取小三值，整体三性好三的岩三石中三可取三大值三。（六三）起爆三间隔三时间时差三越短三则壁三面平三整效三果越三有保三证。图5三—6三起爆三时间对光三面爆三破效三果的三影响（a）不同三段秒三差延三期起三爆；（b）齐发三爆破三；（c）微差三起爆二、三光面三爆破三的施三工方三法1、三起爆三顺序用光三面爆三破掘三进巷三道时三有两三种方三案：一种三是全三断面三一次三掘进三，多三用于三掘进三小断三面巷三道。全断三面一三次掘三进方三案的三炮孔三起爆三顺序三为：三掏槽三孔→三辅助三孔→三周边三孔（三光爆三孔）三，如三图5三—9三所示三。图5三—9三全断三面巷三道光三面爆三破炮三眼排三列及三起爆三顺序此时三掏槽三眼、三辅助三眼等三的参三数按三普通三爆破三来设三计周边三眼则三按光三面爆三破来三设计三。常用三多段三毫秒三电雷三管或三塑料三导爆三管起三爆系三统顺三序起三爆。掏槽三眼间三、辅三助眼三间起三爆间三隔时三间不三应小三于2三5ms三。邻近三周边三眼的三一排三炮眼三的药三量要三比其三它炮三眼的三药量三少，三以控三制围三岩爆三震裂三隙的三发展三。另一三种是三分次三掘进三，预三留光三面层三，先三进行三中心三掏槽三眼、三辅助三眼的三爆破三，最三后进三行周三边轮三廓线三的光三面爆三破。三或者三先掘三进超三前导三硐，三采用三超前三掘进三小断三面导三硐，三然后三刷大三至全三断面三，是三分次三爆破三，多三用于三掘进三大断三面巷三道或三硐室三。如三图5三-1三0所三示。三这种三方案三常用三来掘三进大三断面三巷道三或硐三室。三这种三预留三光面三层法三的特三点是三，在三爆破三周边三眼之三前可三根据三爆破三超前三导硐三的情三况进三行参三数调三整或三修整三轮廓三，以三达到三较好三的光三面爆三破效三果。图5三—1三0三大三断面三巷道三光面三爆破三挖掘三程序1—三超前三导硐三；2三—刷三帮爆三破