《光面爆破设计原理及实列分析上课讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光面爆破设计原理及实列分析上课讲义（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光面爆破设计原理及实列分析光面爆破就是将周边眼范围内的岩石爆下来， 形成规整的轮廓壁并尽可能多 的保留半边眼痕迹和减小对围岩的扰动。 通过控制爆破的作用范围和方向，使爆 破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩 壁的稳定性，减弱爆破振动对围岩的扰动，改善支护结构物的受力状况，确保施 工安全和延长使用年限等方面有重大意义。1光面爆破的机理光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼， 在这些光面炮眼中进行 药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平 整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采 用不耦合装药，药包
2、爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为 准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“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。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微裂隙数愈少而长度 也愈短。光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不可能在同一时刻爆炸。先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙（图1-b的A炮眼）。由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙 得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延
3、伸和扩展，在相邻两炮眼的 连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。 A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以，扩展，成为贯通裂隙。药包A(b) （C）a）孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成形成光面图1光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成2.光面爆破的参数及工艺2.1光面爆破主要有以下几个参数影响光面爆破效果的主要参数是：不偶合系数（D）、装药集中度（q）、炮眼 间距（E）、周边眼密集系数（m和最小抵抗线（W .不偶合系数不偶合系数是指炮孔直径d和药卷直径do之比。D=d/ d o药卷在有空隙的炮眼中（不偶合装药）爆炸时，形成的冲击波随不偶合系数 的增大
4、而衰减。导致爆破介质中的应变随不偶合系数的增大而衰减，在双对数坐 标系中，应变与不偶合系数间的规律，见图2。不偶合系数D一般为1.252.0范围内，在1.5左右比较合适。2.1.2装药集中度间隔装药，以装药长度的平均线装药密度计，隧道爆破一般为0.040.4kg/m。过大易破坏光爆壁面；过小则爆不下来。周边眼间距周边眼间距是影响开挖轮廓面平整度的主要因素，一般采用以下经验公式确疋：E=(12 15)d式中，d为炮孔直径周边眼密集系数周边眼密集系数是指周边眼间隔 E与最小抵抗线W之比值，即m=E/Wm值的大小，对光面爆破效果影响最大，下面从三种不同情况进行说明。(1) 当m=a/W=2时，则两个
5、爆破漏斗不相连接，即使两个炮眼同时起爆，各炮眼也都单独破坏岩石，即在岩体中产生的压缩波到达自由面得同时，于两个炮眼中间相遇，其行程相等。由此压应力而衍生的拉应力不足以使a b间的岩柱造成裂隙，则留下abc的三角形岩柱，使岩面凸出(所谓欠挖)，不能取得光 面爆破效果。如果两个周边眼不是同时起爆，更是如此。如图-2 (a)。(2) 当m=a/W=1时，如果两炮眼同时起爆，压缩波到达自由面之前在abc 间相遇。由于该点C与ab点的距离小于最小抵抗线 W，拉应力可使ab之间岩石 产生裂隙。如果两个炮眼不同时起爆，压缩波到达自由面的同时也到达另一炮眼 的位置，该点c起自由面作用，也能使ab间岩石产生裂隙
6、。因此这两种情况都 能取得光面爆破效果，如图-2 (b)所示。(3) 当m=a/W=0.5时，不管是否同时起爆，压缩波到达自由面时，必须超过 另一个炮眼的距离，拉应力不仅使 ab间岩石产生裂隙，同时会破坏abc三角形 而造成岩面凹进(所谓超挖)，也达不到光面爆破的效果，见图-2 (c)所示。WEab(a)图2不同密集系数的爆破情况实践表明，当m=0.81.0时，爆破后的光面效果较好，硬岩中取大值，软岩 中取小值。最小抵抗线W 光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小抵抗线，一般应大于或等于光面眼间距。理论和实践均证明光面爆破 炮眼间距与最小抵抗线之比为 0.8为好，即E/W
7、=0.8，则W=1.25EW-最小抵抗线，cmE炮眼间距，cm光面爆破装药集中度q。光面爆破装药集中度可以按以下经验公式计算：q=10(E+W * R式中，Rb为岩石抗压强度，Mpa周边眼的其他参数(1) 炮眼直径d。光面爆破的周边眼直径无需选择，国内掘进常用的炮眼直径为 35mm-50m;(2) 周边眼的深度I和角度a。“全断面一次爆破时，周边眼深度一般为2.5m-3.0m。确定眼深时，还应考虑到其他作业的生产能力在掘进循环中的充分 发挥。周边眼原则上应布置在设计轮廓线上，但由于受凿岩机机型的限制，不得不向外偏斜一定角度，偏斜角一般为 3o5oo偏斜角度的大小，可根据眼深加以调 整，使眼底落
8、在轮廓线外100mn处。隧道光面爆破常用参数如表1所示。表1隧道光面爆破常用参数岩石类别周边眼间距E(cm)最小抵抗线 W (cm)相对距离(E/W)装药集中度 q (g/m)硬岩556560800.81.0300350中硬岩456060750.81.0200300软岩354545550.81.0701202. 2掏槽爆破隧道开挖时，只有一个临空面，为给其它炮眼创造临空面，必须先在开挖面 上炸出一个槽子，这个在开挖面上炸出一个槽子的过程就叫做掏槽。 隧道爆破开 挖成败的关键是掏槽技术，掏槽的成功与否直接影响爆破效果，掏槽的深度直接 影响隧道掘进的循环进尺。而掏槽的成功与否，有与地质条件、掏槽深
9、度及形式、 炸药种类及装药量、起爆程序等有关。在大断面隧道掘进中，为了加大掏槽深度， 常采用双层、三层或四层楔形掏槽眼，这种掏槽称为复式楔形掏槽。每对掏槽眼 呈完全对称形或近似对称形。掏槽选定的条件1）、开挖断面的大小及宽度2）、地质条件3）、机具器材条件4）、钻眼爆破技术水平5）、开挖技术要求等楔形掏槽需注意的几个关键技术问题1）、楔形掏槽在断面较宽时，应当尽量缩小掏槽角，因而也要尽量加大第一 级掏槽眼的水平间距。2）、楔形掏槽在炮眼较深时，其底部加强装药应保持炮眼全长的 1/3长度, 前部装药（柱状结构）集中度可以减为底部装药集中度的 4050%或换成威力较 低的炸药。不应把炸药装填到炮眼
10、口，而应大约流出 20%勺炮眼长度不装药，并 装填不少于20cm长的炮泥。3）、楔形掏槽眼应每级均应尽量同时起爆，以使用毫秒雷管爆破。级间间隔时差也不宜太短，以50ms较合适，以保证前段爆破的岩石破碎与抛掷。23 光面爆破主要施工方案 用光面爆破开挖隧道时有两种方案，一种是全断面法，如图 -3 所示。对于 nm类整体性好的围岩，可采用全断面法，此时掏槽眼、辅助眼等的参数按普 通爆破来设计， 周边眼则按照光面爆破来设计。 可用多段毫秒电雷管或非电导爆 系统按顺序起爆，掏槽眼、辅助眼间起爆间隔时间不应小于25ms邻近周边眼的一排炮眼的药量要比其他炮眼的药量少，以控制围岩爆震裂隙的发展。3 . 影响
11、光面裂缝形成的因素影响光面裂缝形成的因素很多， 主要因素有装药量和装药结构， 最小抵抗线 与孔间距的比值，起爆方法、空孔等。3.1 装药结构为了不破坏需要保护一侧的围岩，要采用较大的不偶合系数（ D=d/do），环 状间隙装药和间隔装药，以及低猛度、低爆速（如 2000m/s3000m/s）、低密度 的炸药。3.2 最小抵抗线、空孔与孔距最小抵抗线应大于光面孔的孔距。 最小抵抗线过小时， 孔与孔之间的光面裂隙来 不及贯通，各孔就已朝自由面形成爆破漏斗， 结果产生凸凹不平的破裂面； 相反， 最小抵抗线过大时， 光面裂隙固然容易形成， 但是自由面方向的爆破效果可能要 恶化，会出现大块度。根据理论推
12、算和现场施工分析，空孔和最小抵抗线的比值最好是0.81。在节理、裂隙发育的岩石中以及开挖面的拐角、 弯曲部分， 要加密炮孔或增加导向 空孔。3.3 起爆间隔时间实验室爆破试验研究表明， 齐发起爆的裂隙表面最平整， 微差延期起爆次之， 秒差延期最差。齐发起爆时，炮眼贯通裂隙较长，抑制了其它方向裂隙的发育， 有利于减少炮眼周围的裂隙的产生， 可形成平整的壁面。 所以， 在实施光面爆破 时，间隔时间愈短， 壁面平整的效果愈有保证。 应尽可能减少周边眼间的起爆时 差，相邻光面炮眼的起爆间隔时间不应大于 100ms。4工程实例4.1 工程地质枫相院隧道清水沟斜井是枫相院隧道 4个进口之一，全长 1582
13、米，开挖断 面面积50.43m2,开挖断面宽7.86m,其中川级围岩1511m,占隧道全长的95.5%, 其余为W级和V级围岩。位于甘肃省陇南市武都区境内，地属西秦岭中山区，北 高南低，山体陡峻，谷深且多呈“ V”字形。地面高程基本分布在 7602050m 高差约1300m隧道最大埋深位于 DK440+500附近的婆娘山，约1220m隧道通 过区出露的地层主要为： 第四系全新统坡积碎石类土及下元古界砂质绢云母千枚 岩、变砂岩夹变安岩， 绿泥石绢云母千枚岩。 本区属松潘甘孜褶皱系之巴颜喀 拉山冒地槽褶皱带。 隧道位于该冒地槽褶皱带的东部， 隧道洞身无褶皱的地质构 造现象，基岩稳定，产状单一，岩石
14、较为完整。4.2 爆破方案1、 V类围岩稳定性较差，节理裂隙发育。对V类围岩采用台阶开挖法，每 个循环进尺为 2.0m。2、III 、 IV 类围岩稳定性较好，考虑到机械设备的使用效率以及工期的影 响，对此类围岩采用全断面开挖法 , 每个循环进尺为 3.0m。4.3 凿眼、爆破器材凿岩机械采用可移动式全断面作业台车，使用 YT-28型气腿式凿岩机钻眼。全断面作业时配合 13台凿岩机同时钻眼，以保证开挖作业进度。4.3.2 爆破器材 电雷管 导爆索4.4 爆破参数本隧道岩石特性： 第四系全新统坡积碎石类土及下元古界砂质绢云母千枚岩、 变 砂岩夹变安岩， 绿泥石绢云母千枚岩。 主要岩层为千枚岩，
15、为比较常见的变质岩 的一种，粒状鳞片变晶结构。钻头直径40mm故炮眼直径按42mn计，根据不偶合系数取值范围，确定 药卷直径32mm则D=d/ d 0=42/32=1.3124.4.2 周边眼间距和最小抵抗线E= (1215) dd为炮孔直径，42mm计算得：E=504630mm合理的周边眼间距需要结合围岩类型、岩石条件等因素进行选择，对于节理发育、 层理明显的地方，周边眼间距可适当减小。本工程掘进过程中，主要是III级围 岩，取E=500mm在隧道侧面经多次爆破后根据岩石、钻孔等条件适当加密取E=480mm则根据 W=1.25E E=500mm W=1.25*500=625mmE=480mm，W=1.25*580=600mm本工程中取W=600mm光面爆破装药集中度qq=10(E+W * R式中，Rb为岩石抗压强度，Mpa本工程中III级围岩的平均抗压强度为126Mpa 计算得 q=10 (500+600) *V 126=123g/m根据光面爆破现场试验结果，优化和调整装药量，最
