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摘要：隧道开挖施工中，超欠挖现象是比较常见且难控制的问题，即影响隧道质量及安全又增加工程造价。而采用光面爆破技术可以很好的解决这一问题，也是隧道工程施工中比较关键的隧道控制爆破技术。本文通过分析光面爆破的基本作用原理，进一步探讨光面爆破的参数设计取值，为实际工程提供指导意义。
关键词：隧道；光面爆破；围岩
在隧道开挖施工中，经常出现且又比较难控制的问题就是隧道的超欠挖问题，这种问题影响隧道的开挖质量同时对隧道的施工成本非常不利，因此，超欠挖现象在隧道施工中是严禁出现的。而施工中采用光面爆破技术可以有效的防止出现超欠挖现象，同时可以提高施工安全，降低施工造价，所以，这种技术逐渐受到人们的关注，得到广泛应用。
一、光面爆破概述
（一）概念
光面爆破是通过选择合适的爆破参数及施工方法，先爆除设计断面内的岩石且崩落后，然后再引爆布置在轮廓线上的周边孔，使得爆破后的围岩断层能形成整齐规则的轮廓且轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。采用光面爆破后，隧道岩面平整且没有危石，轮廓比较规则，而且围岩壁上保存有一半以上的半面炮眼痕迹，没有明显的爆破裂痕，超欠挖问题符合设计要求，总之，采用光面爆破开挖的隧道断面各方面都符合要求。
从更深层次的效果来看，光面爆破对围岩产生的扰动很小，很大程度上保存了围岩自身的承载力，对衬砌结构的受力情况非常有利；因为爆出的岩面比较平整，所以减少应力集中的现象，降低局部落石发生的概率，大大提高施工的安全程度，减少隧道轮廓的超挖和回填量，采用锚喷支护后，可以减少混凝土的使用量，加快施工进度，降低工程造价，因此光面爆破是比较理想的控制爆破技术，尤其是在比较松软且不均匀的地质岩体中效果非常有效。
（二）光面爆破的作用机理
目前有关光面爆破的作用机理在理论上还不是很成熟，但是在定性方面已达成初步的共识，其作用机理是比较复杂的问题。一般认为，炸药燃爆以后时，对岩体会产生两种效应：一是冲击波对岩体的拉伸破坏作用，二是爆炸气体膨胀做功对岩体产生的作用。在周边眼同时起爆以后，炮眼产生的冲击波会沿着径向往四周传播，相邻炮眼产生冲击波在相遇后发生应力的叠加，同时产生切向拉应力，在相邻炮眼中心连线的中点处会产生最大切向拉应力，当其超过岩体的极限抗拉强度后，岩体就会被拉裂而破坏，通过这种破坏方式，可以使围岩在不受都扰动的情况下，通过拉裂处于各炮眼连线方向上的岩石而形成贯穿裂缝，同时这样还可以有效地抑制围岩壁上产生其它方向的裂缝，最大程度地减轻爆破作用对围岩产生的扰动及破坏。
（三）影响光面爆破的因素
（1）地质条件
光面爆破的质量与隧道所处的围岩地质条件有很大影响，比如围岩的等级、节理裂隙的发育程度及岩层的走向等，对于不同的地质条件应根据具体情况采取不同的爆破设计方法及参数。对于地质条件较稳定的围岩（Ⅱ、Ⅲ级）就可采用全断面光面爆破，对于围岩性质比较差的情况（Ⅳ、V级），就不采用全断面的光面爆破，坚持“多打眼、少装药”为原则，可以采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，这样可以尽量减少爆破对围岩的扰动及破坏。
（2）钻眼精度
采用爆破施工，钻炮眼是很重要的工作环节，其精度直接决定着爆破的质量、安全及施工效率。施工中钻眼精度的高低与钻眼角度、测量放线等因素的误差有很大关系，因此，在隧道爆破施工中为提高钻眼的精度要选择技术好的钻眼班组，并在工作中不断加强管理及培训，提高工作人员的技术水平，提高钻眼的施工精度，从而保证爆破的质量。
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（3）爆破参数、爆破器材及爆破工艺等
为了使隧道爆破获得较好的效果，必须设计合理的爆破参数并进行实践比选，另外还要选择适合的炸药品种类及起爆器材，同时装药结构、起爆顺序要正确，形成稳定可靠地起爆网络。总之，多种因素影响着光面爆破的质量，在进行光面爆破施工之前尽量先进行现场试验，在试验基础上不断优化爆破的设计参数，使得光面爆破效果达到最佳。
二、光面爆破的参数设计
光面爆破实际工作就是爆除掉周边眼范围内的岩石，然后形成平整规则的轮廓面，尽量保留半边眼痕迹。光面爆破成功与否很大程度上与光面爆破参数的设计有关，爆除岩石主要与装药集中度（q）和最小抵抗线（W）有关；是否形成“完整的轮廓面”主要与周边炮眼间距（E）、炮眼密集系数（m=E/W）及最小抵抗线（W）有关；而“炮眼残痕保留程度及对周边眼扰动的控制”主要取决于不耦合系数，且这参数之间的设计是相互制约，相互影响的。确定这些参数一般先通过简单的计算，然后再结合工程类比具体确定，在初步确定以后，一般都要通过现场爆破实践进行修正改善。
（一）周边眼间距E
周边眼间距的设置与岩体的抗拉、抗压强度及炮眼的直径有关，其值设置的大小一般根据经验公式：E =（10～18）d来确定，式中d 为炮孔直径。周边眼间距的确定需要根据围岩类型及地质条件等因素选择，一般情况下，对于稳定性较差岩石，周边眼间距E的取值应大些；对于跨度比较小的隧道且节理裂隙发育、层理明显的岩石，周边眼间距E取值宜小。
（二）光面层厚度
光面层是周边眼与主爆孔最外一层之间的那层岩石圈。光面层厚度也就是周边眼的最小抵抗线W，其取值取决于隧道断面开挖的大小。当开挖断面跨度较大时，光爆眼受到的挟制作用小，崩落岩石比较容易，光面层厚度可以适当的取大些。反之，光面层厚度可以取小些。除此之外，光面层厚度还与岩石的性质及地质构造情况有关，比较坚硬的岩石光面层可以薄些，软质易破碎的岩石光面层可厚些。（三）周边眼密集系数
周边眼的间距E与其最小抵抗线W有着很大的关系，通常用周边眼密集系数来表示，也就是周边眼间距E与最小抵抗线W的比值。此系数的大小对光面爆破的效果影响很大，如果取值过大，爆破后在周边眼之间的岩石爆破不彻底而留下岩埂，造成欠挖；若取值过小，会扰动设计轮廓线之外的岩体引起破坏及松动，发生超挖现象，根据实践经验，一般周边眼密集系数取值0.8比较合适。
（四）装药量
周边眼的装药量一般用线装药密度来表示，即kg/m，确定的装药量必须满足破坏岩石所需的能量，同时又不至于太多而造成围岩的过度破坏，实际工程中要根据炮眼之间的间距、周边眼的最小抵抗线、岩石性质及炸药的种类等因素综合考虑。
（五）不耦合系数D
不耦合系数D用炮孔直径与药卷直径的比值来表示。光面爆破中炮孔直径取值要大于药卷直径，但是药卷直径也不能小于该炸药的临界直径，要保证传爆稳定。但要是不耦合系数取值过大，爆炸冲击作用会减弱，随之延长爆炸气体的准静态压力作用时间，施加在炮孔岩石上的应力值会随之下降。一般不耦合系数取值介于1.5~2.0 之间，能保证作用在炮孔壁岩石上的冲击压力超不过岩石的极限抗压强度，从而避免形成压碎圈同时保存半炮眼痕迹；另外，能保证炮孔中心连线上产生的切向拉应力高于岩石的抗拉强度，产生定向裂隙。
总之，要想获得良好的光面爆破效果，必须要控制好其参数的设计取值，要采用低爆速、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药，同时控制好装药集中度，同时起爆周边眼，是光面爆破达到最好效果。
三、结语
光面爆破作为控制爆破技术因其多种优点而受到隧道施工的广泛应用，通过合理的确定不同地质情况中光面爆破的设计参数及控制要点，有效地控制隧道断面的超欠挖问题，减少对围岩的扰动，降低工程造价同时确保施工的安全及工程质量。
参考文献：
[1]张恒博，王邵亮.浅谈隧道光面爆破施工技术[J]黑龙江交通科技，2010，10
[2]赵侃.浅谈隧道光面爆破施工技术[J].铁道建筑技术，2012，05
[3]王武平.隧道爆破施工技术[J].山西建筑，2013，15
论文作者:刁晓利
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/17
标签：光面论文; 围岩论文; 隧道论文; 炮眼论文; 岩石论文; 面层论文; 间距论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;