隧道光爆技术

隧道光面爆破技术中交一公局四公司熊成宇目录2、名词术语（解释）点击添加标题3、光爆原理4、光面爆破技术要点及优、缺点5、隧道光面爆破的主要参数6、隧道光面爆破设计8、光面爆破质量控制标准7、隧道爆破安全技术1、历史背景一、历史背景•光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，1952年在加拿大首次应用；预裂爆破由光面爆破演变而来。从整个爆破技术来分，它们均属于光面爆破技术。•光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破技术。预裂爆破则是周边眼最先起爆，线装药密度适当地比光面爆破大一些，周边眼间距则适当地小一些。•隧道中光面爆破的实质是通过控制爆破的作用范围和方向按照隧道断面的设计轮廓线合理布置周边炮眼而进行的一种控制爆破，即爆破光面层，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，又减弱爆破振动对围岩的扰动，从而保持围岩的完整和自身承载能力，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩壁的稳定性，进而达到控制岩休开挖轮廓的一种技术。•我国在1982年云南鲁布格水电站首次引入（日本大成建设株式会社1982--1987，9387m），后在衡广复线大瑶山隧道（14.295km,1980--1989年）以及以及引大入秦（甘肃盘道岭隧道1991年,15.72km）推广。后逐步在铁路、水电、公路、矿建中得以应用，光面爆破技术是“新奥法”施工中必不可少的三要素之一。•鲁布格电站及大瑶山隧道光面爆破分类（1）轮廓线钻眼法它是沿设计的隧道开挖轮廓线钻凿紧密相邻的炮眼，这些炮眼内不装炸药，然后视其离自由面的远近再钻一至若干排炮眼并装炸药爆破。由于密集且相邻的炮眼存在，隔开了其它炮眼爆炸时爆炸应力波和裂缝的传递与扩展，使岩体沿弱面切开，形成平整的岩壁保护岩体稳定。目前在隧道内使用较少，仅在不够稳定的岩层（如软弱岩层、断层带等）中及城市地下隧道、地铁为减轻地震动时，才部分采用，应用该种技术能获得较好的光面爆破效果，但钻眼工作量大，钻眼费用高。（2）预裂爆破法这种方法是在开挖轮廓线上钻凿相互平行较密集的炮眼，装炸药并使之先于其它爆破眼起爆，当轮廓线上的炮眼间距、数量、装药结构合适时，爆破后各炮眼间将形成相互贯通的裂隙，与原岩分割开来。此后再爆破其它炮眼，由于轮廓线上裂缝已形成，所以其它炮眼爆破时不会引起围岩岩体破坏，而构成光滑的平整壁面。预裂爆破可以起到较好的隔振作用，一般适用于岩体较为完整的硬岩、中硬岩中深眼及深眼爆破。（3）光面爆破法它与预裂爆破法恰好相反，轮廓线上的炮眼（周边眼）是在其它炮眼爆破后最后起爆，是软岩、中硬岩隧道浅眼爆破施工中广泛应用的方法。与预裂爆破法比较，周边轮廓线上炮眼数较少。根据断面不同，施工方法可分为光面层光面爆破法和全断面一次爆破光面爆破法。二、光面爆破名词解释（术语）2术语与符号2.1术语2.1.1光面爆破smoothblasting沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。2.1.2预裂爆破presplitblasting沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预贯通的裂缝，以减弱主爆破对保留岩体的破坏并形成平整的轮廓面的爆破作业。2.1.3不偶合cutting通常炸药卷表面与孔壁之间有空气间隔，或炮孔的某些部位不装药。不耦合装药有两种：轴向不耦合和径向不耦合。光面爆破名词（术语）解释2.1.4不耦合系数decouplingratio如果药卷和炮孔内壁之间存在空隙，由于不耦合效应的影响，将使作用在炮孔内壁面上的爆轰压力变低，从而起到缓冲的效果。所谓不耦合系数，是指炮孔直径和药卷直径之比。在密实装药的情况下不耦合系数为1。2.1.5光爆层smoothblastingrange光爆层是指周边孔与最外层主爆孔之间的岩石层。光爆层的厚度就是周边孔（光爆孔）的最小抵抗线。2.1.6半孔率halfcastfactor光面（预裂）爆破后在边坡壁上留下的半边钻孔痕迹比率，半孔率越高，光面（预裂）爆破质量越好。2.1.7平整度degreeofplainness爆破后形成的边坡面与设计坡面相比的超、欠挖程度表示平整度，平整度应符合设计标准。它不仅与施工质量有关，而且受岩性和台阶高度的影响。2.1.8岩体损伤变量rockdamagevariable通过对比爆破前后岩体中纵波速度的变化，反应岩体内部损伤程度的变量，用公式D=1－(Vpb/Vpo)2表示。式中：D——岩体损伤变量；Vpb——爆破后岩体中的纵波速度（m/s）；Vp0——爆破前岩体中的纵波速度（m/s）。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。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。比如在巷道掘进设计断面的轮廓线上布置加密的周边孔，减小药包直径，减少装药量，配套采用不耦合装药结构，采用低密度和低爆速的炸药，甚至专用的光面爆破炸药（小直径、低猛度、低爆速2000～3000m/s），以控制炸药爆炸能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱它在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。三、光面爆破作用原理三、光面爆破作用原理光面爆破时由于采用不耦合装药，药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低。此时药包的爆破作用为准静压作用。当炮孔压力值低于岩石动抗压强度时，在炮眼壁上就不致造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂隙。三、光爆作用原理光面爆破预普通爆破成型比较a--普通爆破b--光面爆破光面爆破时炮眼连心线破裂面的形成（a）炮孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成光面爆破作用原理、四、光面爆破的技术要点及优缺点技术要点：1、根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。2、周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。3、采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。4、周边孔直径小于等于50mm。四、光面爆破技术要点及优缺点优点：1隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。2在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故确保施工安全，为快速施工提供了有利条件。3隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。4由于隧道成型规整，凹凸很少，除增强隧道本身稳定性外，也减少了隧道的维护量，在有瓦斯的隧道则不易于产生瓦斯局部聚集。缺点：1炮眼数较一般爆破法要多一些，钻眼的准确性要求较高，钻爆作业的单项工序时间要多一些。2需要一些特殊器材，如专用炸药、毫秒雷管、导爆索（传爆线）等五、隧道光面爆破的主要参数光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括：周边炮眼的间距，光面爆破层的厚度，周边眼密集系数(intensivecoefficientofperimeterhole)和装药集中度等。影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备等。五、隧道光面爆破的主要参数其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，通常是采取简单的计算并结合工程类比加以确定，在初步确定后，一般都要在现场爆破实践中加以修正改善。(1)周边炮眼间距E。在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件。即五、隧道光面爆破的主要参数[σp]·E·L≤F≤[σc]·d·LE≤[σc]/[σp]≤Ki·d式中：[σp]—岩体的极限抗拉强度，MPa;[σc]—岩体的极限抗压强度，MPa;F—炮孔内炸药爆炸静压力，N；d—炮眼直径，cm;L—炮眼深度，cm;Ki—孔距系数，Ki＝[σc]/[σp]。五、隧道光面爆破的主要参数从式中可以看出，周边炮眼间距与岩体的抗拉、抗压强度以及炮眼直径有关。一般取Ki＝10～18,即E=（10～18）d；当炮眼直径为32mm～40mm时，E=320mm～700mm。一般情况软质或完整的岩石E宜取大值，隧道跨度小、坚硬和节理裂隙发育的岩石E宜取小值，装药量也需相应减少。还可以在两个炮眼间增加导向空眼，导向眼到装药眼间的距离，一般控制在400mm以内。注意炸药的品种对E值也有影响。五、隧道光面爆破的主要参数(2)光面层厚度及炮眼密集系数。所谓光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。其厚度就是周边眼的最小抵抗线W。周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系，通常以周边眼的密集系数K（K=E/W）表示，其大小对光面爆破效果有较大影响。必须使应力波在两相邻炮眼间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，即EW。实践表明，K=0.8左右较为适宜，光面层厚度W一般取50cm～80cm。五、隧道光面爆破的主要参数•(3)装药量。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏。施工中应根据孔距、光面层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量•在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15kg/m～0.25kg/m,全断面一次起爆时，为尽量减少残眼，需适当增加，一般可达0.30kg/m～0.35kg/m。五、隧道光面爆破的主要参数岩石类别炮眼间距（E）（cm）抵抗线（W）(cm)密集系数(K=E/W)装药集中度(kg/m)硬岩中硬岩软岩55～7045～6535～5060～8060～8040～600.7～1.00.7～1.00.5～0.80.30～0.350.20～0.300.07～0.12六、光面爆破设计•根据目前山岭公路隧道施工方法，尤以台阶法（上下台阶、三台阶）及全断面开挖法为主，究其主要原因，主要为一般山岭隧道施工受地质、地形限制条件大，施工干扰大，隧道围岩具有一定自稳能力，本文着重讲以上两种方法的爆破设计六、光面爆破设计（一）、半断面台阶法爆破开挖的设计思路：拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破，核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。以尽可能减轻对围岩的扰动，维护围岩自身的稳定性，达到良好的轮廓成形。六、光面爆破设计•1、开挖方案的确定•2、周边眼的爆破六、光面爆破设计3、最大一段允许用药量的确定隧道及地表建筑物质点振速安全控制标准参考值33kvRQ允允六、光面爆破设计六、光面爆破设计•4、掏槽形式的选择六、光面爆破设计•5、爆破器材的选择六、光面爆破设计六、光面爆破设计•6、选择合理的段间隔时差六、光面爆破设计•7、循环进尺的选定六、光面爆破设计•8、底板眼的爆破及起爆顺序：六、光面爆破设计•8、底板眼的爆破及起爆顺序：六、光面爆破设计•9、爆破参数选定：•①炮眼深度L:•软弱围岩隧道通常均以循环进尺作为眼深，掏槽眼另加10~20%。•②炮眼数目N:六、光面爆破设计•③炮眼布置:•原则上应先布置掏槽眼、周边眼，然后是底板眼、内圈眼、二台眼、最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置即可。通常内圈眼应比