光面爆破设计原理及实列分析Word下载.doc

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（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）.

2.1.1不偶合系数不偶合系数是指炮孔直径d和药卷直径d0之比。

D=d/d0

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1.25～2.0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0.04～0.4kg/m。

过大易破坏光爆壁面；

过小则爆不下来。

2.1.3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定：

E=（12～15）d

式中，d为炮孔直径

2.1.3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/W。

m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。

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。

a

b

c

图2不同密集系数的爆破情况

实践表明，当m=0.8~1.0时，爆破后的光面效果较好，硬岩中取大值，软岩中取小值。

2.1.4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=0.8，则

W=1.25E

W—最小抵抗线，cm

E—炮眼间距，cm

2.1.5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）*

式中，Rb为岩石抗压强度，Mpa

2.1.7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-50mm；

（2）周边眼的深度l和角度α。

“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3º

~5º

。

偏斜角度的大小，可根据眼深加以调整，使眼底落在轮廓线外100mm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

55~65

60~80

0.8~1.0

300~350

中硬岩

45~60

60~75

200~300

软岩

35~45

45~55

70~120

2.2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。

2.2.1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

2.2.2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40—50%或换成威力较低的炸药。

不应把炸药装填到炮眼口，而应大约流出20%的炮眼长度不装药，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。

2．3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Ⅱ、Ⅲ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/d0），环状间隙装药和间隔装药，以及低猛度、低爆速（如2000m/s~3000m/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。

根据理论推算和现场施工分析，空孔和最小抵抗线的比值最好是0.8~1。

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米，开挖断面面积50.43m2，开挖断面宽7.86m，其中Ⅲ级围岩1511m，占隧道全长的95.5%，其余为Ⅳ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760～2050m，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

4.3.1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：

主要岩层为千枚岩，为比较常见的变质岩的一种，粒状鳞片变晶结构。

4.4.1钻头直径40mm，故炮眼直径按42mm计，根据不偶合系数取值范围，确定药卷直径32mm。

则

D=d/d0=42/32=1.312

4.4.2周边眼间距和最小抵抗线

E=（12～15）d

d为炮孔直径，42mm

计算得：

E=504～630mm

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=625mm，

E=480mm，W=1.25*580=600mm，

本工程中取W=600mm

4.4.3光面爆破装药集中度q

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）*√126=123g/m

根据光面爆破现场试验结果，优化和调整装药量，最后得到周边眼装药集中度最佳取值：

q=200g/m。

5.炮眼布置图