光面爆破
光面爆破
光面爆破是先爆除主體開挖部位的巖體，然后再起爆布置在設(shè)計(jì)輪廓線上的周邊孔藥包，將光爆層炸除，形成一個(gè)平整的開挖面，是通過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，達(dá)到爆后壁面平整規(guī)則、輪廓線符合設(shè)計(jì)要求的一種控制爆破技術(shù)。隧道全斷開挖光面爆破，是應(yīng)用光面爆破技術(shù)，對(duì)隧道實(shí)施全斷面一次開挖的一種施工方法。它與傳統(tǒng)的爆破法相比，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全，同時(shí)，又能減少超、欠挖，提高工程質(zhì)量和進(jìn)度。
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一、 光面爆破作用原理
光面爆破的破巖機(jī)理是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，目前仍在探索之中。盡管在理論上還不甚成熟，但在定性分析方面已有共識(shí)。一般認(rèn)為，炸藥起爆時(shí)，對(duì)巖體產(chǎn)生兩種效應(yīng)；二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用。光面爆破是周邊眼同時(shí)起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中點(diǎn)，當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此拉力時(shí)，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，爆炸氣的膨脹合裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的爆裂面。
二、 光面爆破的技術(shù)要點(diǎn)
要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技術(shù)要點(diǎn)：
1、根據(jù)圍巖特點(diǎn)，合理選定周邊眼的間距和最小抵抗線，盡最大努力提高鉆眼質(zhì)量。
2、嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長(zhǎng)均勻分布。
3、周邊眼宜使用小直徑藥卷和低猛度、低爆速的炸藥。為滿足裝結(jié)構(gòu)要求，可借助導(dǎo)爆索（傳爆線）來實(shí)現(xiàn)空氣間隔裝藥。
4、采用毫秒微差有序起爆。要安排好開挖程序，使光面爆破具有良好的臨空面。
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5、邊孔直徑小于等于50mm。
三、預(yù)裂爆破和光面爆破
為保證保留巖體按設(shè)計(jì)輪廓面成型并防止圍巖破壞，須采用輪廓控制爆破技術(shù)。常用的輪廓控制爆破技術(shù)包括預(yù)裂爆破和光面爆破。所謂預(yù)裂爆破，就是首先起爆布置在設(shè)計(jì)輪廓線上的預(yù)裂爆破孔藥包，形成一條沿設(shè)計(jì)輪廓線貫穿的裂縫，再在該人工裂縫的屏蔽下進(jìn)行主體開挖部位的爆破，保證保留巖體免遭破壞；光面
爆破是先爆除主體開挖部位的巖體，然后再起爆布置在設(shè)計(jì)輪廓線上的周邊孔藥包，將光爆層炸除，形成一個(gè)平整的開挖面。
預(yù)裂爆破和光面爆破在壩基、邊坡和地下洞室?guī)r體開挖中獲得了廣泛應(yīng)用。
1、成縫機(jī)理
預(yù)裂爆破和光面爆破都要求沿設(shè)計(jì)輪廓產(chǎn)生規(guī)整的爆生裂縫面，兩者成縫機(jī)理基本一致。現(xiàn)以預(yù)裂縫為例論述它們的成縫機(jī)理。
預(yù)裂爆破采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，其特征是藥包和孔壁間有環(huán)狀空氣間隔層，該空氣間隔層的存在削減了作用在孔壁上的爆炸壓力峰值。因?yàn)閹r石動(dòng)抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此可以控制削減后的爆壓不致使孔壁產(chǎn)生明顯的壓縮破壞，但切向拉應(yīng)力能使炮孔四周產(chǎn)生徑向裂紋。加之孔與孔間彼此的聚能作用，使孔間連線產(chǎn)生應(yīng)力集中，孔壁連線上的初始裂紋進(jìn)一步發(fā)展，而滯后的高壓氣體的準(zhǔn)靜態(tài)作用，使沿縫產(chǎn)生氣刃劈裂作用，使周邊孔間連線上的裂紋全部貫通成縫。
2、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)
（1）開挖壁面巖石的完整性用巖壁上炮孔痕跡率來衡量，炮孔痕跡率也稱半孔率，為開挖壁面上的炮孔痕跡總長(zhǎng)與炮孔總長(zhǎng)的百分比率。在水電部門，對(duì)節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，一般應(yīng)使炮孔痕跡率達(dá)到10％～50％；節(jié)理裂隙中等發(fā)育者應(yīng)達(dá)50％～80％；節(jié)理裂隙不發(fā)育者應(yīng)達(dá)80％以上。圍巖壁面不應(yīng)有明顯的爆生裂隙。
（2）圍巖壁面不平整度（又稱起伏差）的允許值為±15cm。
（3）在臨空面上，預(yù)裂縫寬度一般不宜小于1cm。實(shí)踐表明，對(duì)軟巖（如葛洲壩工程的粉砂巖），預(yù)裂縫寬度可達(dá)2cm以上，而且只有達(dá)到2cm以上時(shí)，才能起到有效的隔震作用；但對(duì)堅(jiān)硬巖石，預(yù)裂縫寬度難以達(dá)到1cm。東江工程的花崗巖預(yù)裂縫寬僅6 mm，仍可起到有效隔震作用。地下工程預(yù)裂縫寬度比露天工程小得多，一般僅達(dá)0.3～0.5cm。因此，預(yù)裂縫的寬度標(biāo)準(zhǔn)與巖性及工程部位有關(guān)，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最終確定。
影響輪廓爆破質(zhì)量的因素，除爆破參數(shù)外，主要依賴于地質(zhì)條件和鉆孔精度。這是因?yàn)楸芽p極易沿巖體原生裂隙、節(jié)理發(fā)展，而鉆孔精度則是保證周邊控爆質(zhì)量的先決條件。
3、參數(shù)設(shè)計(jì)
預(yù)裂爆破和光面爆破的參數(shù)設(shè)計(jì)一般采用工程類比法，并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最終確定。
（1）預(yù)裂爆破參數(shù)
①孔徑：明挖工程為7 0～165mm；隧洞開挖為40～90mm；大型地下廠房為50～110mm。
②孔距：與巖石特性、炸藥性質(zhì)、裝藥情況、開挖壁面平整度要求和孔徑大小有關(guān)。孔距一般為孔徑的7～12倍。爆破質(zhì)量要求高、巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者取小值。 ③裝藥不偶合系數(shù)：不偶合系數(shù)指炮孔半徑與藥卷半徑的比值，為防止炮孔壁的破壞，該值一般取2～5。
④線裝藥密度：線裝藥密度是單位長(zhǎng)度炮孔的平均裝藥量。影響預(yù)裂爆破參數(shù)的因素復(fù)雜，很難從理論上推導(dǎo)出嚴(yán)格的計(jì)算公式，以經(jīng)驗(yàn)公式為主。隨巖性不同，預(yù)裂爆破的線裝藥密度一般為200～500g/m。為克服巖石對(duì)孔底的夾制作用，孔底段應(yīng)加大線裝藥密度到2～5倍。
（2）光面爆破參數(shù)
①光面爆破層厚度：即最小抵抗線的大小，一般為炮孔直徑的10～20倍，巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者取小值。
②孔距：一般為光面爆破層厚度的0.75～0.90倍，巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者取小值。 ③鉆孔直徑及裝藥不偶合系數(shù)：參照預(yù)裂爆破選用。
④線裝藥密度Qx：一般按照松動(dòng)爆破藥量計(jì)算公式確定。
4、裝藥結(jié)構(gòu)與起爆
（1）裝藥結(jié)構(gòu)
①堵塞段：堵塞段的作用是延長(zhǎng)爆生氣體的作用時(shí)間，且保證孔口段只產(chǎn)生裂縫而不出現(xiàn)爆破漏斗，對(duì)深孔爆破該段長(zhǎng)一般取0.5～1.5m。
②孔底加強(qiáng)段：段長(zhǎng)大體等于堵塞段。由于孔底受巖石夾持作用，故需用較大的線裝藥密度。
③均勻裝藥段 該段一般為軸向間隔不偶合裝藥，并要求沿孔軸線方向均勻分布。軸向間隔裝藥須用導(dǎo)爆索串聯(lián)各藥卷起爆。為保證孔壁不被粉碎，藥卷應(yīng)盡量置于孔的中心。國(guó)外一般用炮孔中心定位器定位，國(guó)內(nèi)一般是將藥卷及導(dǎo)爆索綁于竹片進(jìn)行藥卷定位。
（2）起爆
為保證同時(shí)起爆，預(yù)裂爆破和光面爆破一般都用導(dǎo)爆索起爆，并通常采用分段并聯(lián)法。
由于光面爆破孔是最后起爆，導(dǎo)爆索有可能遭受超前破壞。為保證周邊孔準(zhǔn)爆，對(duì)光面爆破孔可采用高段延期雷管與導(dǎo)爆索的雙重起爆法。預(yù)裂孔若與主爆區(qū)炮孔組成同一網(wǎng)路起爆，則預(yù)裂孔應(yīng)超前第一排主爆孔75～100ms起爆。
附：光面爆破施工工藝流程圖
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