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摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的隧道工程的发展也突飞猛进。采用钻爆法进行隧道开挖过程中，超欠挖现象及塌方事故频繁发生，影响施工进度、质量与安全。主要是没有充分考虑地质条件对爆破的影响以及不合理的爆破参数所致。隧道爆破开挖过程中，节理的存在，一方面使得爆炸应力波在节理中的传播变得复杂，阻碍应力波的传播，加剧了能量的衰减；另一方面，破坏了岩体的完整性，影响其受力状态，改变了岩体的破坏形式。掏槽孔增加中心直眼和装药量以增强掏槽爆破破岩和抛掷能力；控制底眼开孔至隧道底板的距离为１０～１５ｃｍ，避免造成根底；控制顶眼和帮眼至节理的距离，顶板底部预留空气柱以改善爆炸能量在炮孔内的分布，提高光面爆破效果。通过爆破参数的优化，严格施工，现场试验取得了较好的效果。
关键词：节理产状；隧道光面爆破成形效果；影响研究
引言
随着我国公路交通事业飞速发展，隧道爆破施工是隧道建设中十分重要的环节，由于直接关系到隧道能否顺利施工。在隧道附近常常会存在一些建筑物或者正在施工的隧道，爆破过程中炸药产生的冲击波经过岩层土体传播至建筑物基础上，造成地基沉降和建筑物开裂破坏倒塌，引起不必要的人员伤亡和财产损失。研究隧道爆破振动控制技术，能够有效保证周围结构物的安全，同时可为隧道爆破施工提供一定的参考价值。
1隧道光面爆破技术中常见的施工工艺
1.1轮廓线钻眼法
在轮廓线钻眼法的应用中，需要根据公路隧道的开挖轮廓线进行炮眼的钻凿，并且需要保证钻眼的密集性，需要注意，这些紧密相连的钻眼不能进行炸药的装填，它是沿设计的隧道开挖轮廓线钻凿紧密相邻的钻眼，这些钻眼内不装炸药，然后，视其离自由面的远近再钻1排或若干排钻眼并装炸药爆破。紧密相连的钻眼可以有效隔开其他钻眼内炸药在爆炸时产生的应力波，同时，可以有效防止岩体出现裂缝或避免裂缝的扩展和传递，可以使公路隧道的岩体沿弱面切开，使岩体形成平整的岩壁，保护岩体稳定。但是，由于该方法钻孔施工的工作量较大，施工成本较高，可以针对实际工程条件进行选用。
1.2预裂爆破法
预裂爆破法属于目前在公路隧道光面爆破中常用的技术方法，在此技术方法的应用过程中，同样需要进行密集的钻眼钻凿，并在钻眼内进行炸药的装填，当轮廓线上的钻眼间距、数量、装药结构合适时，爆破后，各钻眼间将形成相互贯通的裂隙，与原岩分割开来。之后，再利用其他钻眼内的炸药进行爆破，在此过程中，不会对周边的岩体产生影响和破坏，因此，可以有效防止隧道轮廓线出现裂缝，使其形成较为光滑、平整的壁面。另外，该技术在实际应用中具有较好的隔振效果，因此，可以适用于多种地质条件中，如岩体较为完整的硬岩、中硬岩中深眼及深眼爆破等。
2节理产状对光面爆破成形效果影响数值模拟研究
2.1计算模型及边界条件
ANSYS/LS－DYNA数值模拟以工程实例为基础，并加以简化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆隧道模型硐高8m，宽12m，为了减小边界效应的影响，模型边界取到3倍开挖宽度以外，模型尺寸为8400cm×8000cm。模型上边界取为自由边界，左右两侧边界给定水平方向约束，下边界施加固定约束，为了防止应力波在边界处发生反射干扰，模型四周定义为无反射边界。模型采用扫略网格划分，炮孔圆周划分为16段。对模型假设：①采用空气间隔不耦合装药，考虑空气对爆破效果的影响；②假设爆生气体的膨胀是绝热过程；③不考虑爆生气体的渗流作用。
2.2材料参数选取
模型包括岩石、节理、空气和炸药4种材料，岩石和节理均采用弹塑性材料模型（*MAT_PLASTIC_KINEMATI），岩石和节理的物理力学参炸药采用岩石粉状乳化炸药（*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BUＲN），并定义状态方程（*EOS_JWL）；空气选用空物质材料模型（*MAT_NULL），并定义状态方程（*EOS_LINEAＲ_POLYNOMIAL）。
2.3爆破过程动态模拟
运用ANSYS/LS－DYNA程序模拟节理产状对爆破成形效果的影响，取单条闭合型节理进行研究，节理宽度取0.2cm，节理与炮孔连线夹角分别为30°，45°，60°，70°，80°，90°共6个节理模型进行数值模拟，爆破成形效果.炮孔利用率低的主要原因是掏槽孔的布置参数，孔口间距５．０ｍ、炮孔深度４．５ｍ，４对掏槽孔的装药难以将槽腔内的岩石破坏并抛掷，同时几乎不堵塞浪费了部分爆炸能量。因此，增加了掏槽孔的数量：对于Ⅳ级围岩段仅在掏槽孔中间增加３个直眼，直眼每孔装药０．８ｋｇ（４个药卷），形成楔形直眼混合掏槽，增加掏槽的装药量、提高炮孔利用率；Ⅲ级围岩段岩体整体性好，增加４对楔形斜眼，构成二阶混合掏槽，楔形掏槽眼每孔装药３ｋｇ（１５个药卷），进一步增加掏槽装药量、加强槽腔岩石的破碎，提高提高炮孔利用率、降低大块.
2.4节理与炮孔连线夹角为
30°，45°，60°时，爆破后轮廓线在节理与周边孔相交位置出现了超欠挖现象；节理与炮孔连线夹角为70°，80°，90°时，爆后轮廓线与设计轮廓线基本相符。由此得出节理与炮孔连线夹角大于70°时，节理对爆破成形效果无影响，数值模拟结果与理论、试验结果基本吻合。针对节理发育影响光面爆破效果的问题，根据相关研究和经验，控制炮孔至节理的距离不小于１５ｃｍ，并减少靠近节理处炮孔的装药量，以降低爆破对保留围岩的扰动。因采用的是导爆管雷管起爆，装药相对集中。为了使炮孔长度范围内爆炸能量分布更均匀，装药时底部留５０ｃｍ的空气柱，即药卷不送到炮孔底部，爆破效果较底部集中装药有所改善。
2.5清孔作业
完成钻眼成孔施工作业后，需要对其进行清孔工作。首先，需要检查钻孔的孔底沉渣是否超出规定的标准要求，若孔底沉渣量过多，需要进行清孔作业。目前，在钻眼清孔作业中，主要利用清孔器去除孔内的石硝、岩灰、积水等杂质，以防止这些杂物影响炸药的使用效果。另外，需要根据实际情况确认是否进行二次清孔。完成钻眼清孔作业后，需要对其位置、孔径、深度、角度等进行全面的检查，判断钻眼是否符合光面爆破技术的应用要求。控制顶眼和帮眼至节理的距离、减少周边孔装药量，以减小光面爆破对围岩的影响；宜采用导爆索间隔装药提高光面爆破效果、控制超欠挖。
结语
以上对公路隧道光面爆破技术的应用要点、应用流程、应用内容等进行了深入分析，在实际施工中，为了保证施工的安全性和可靠性，应合理地对爆破参数进行准确设置，使光面爆破技术的应用达到预期效果。同时，为了进一步提升公路隧道的施工质量，还需不断对光面爆破技术进行优化和完善，确保相关技术在应用过程中的各项工序都符合施工设计方案的要求，进一步提升技术应用效果，为公路隧道施工提供良好的技术支持。隧道爆破施工振动控制只有通过现场实时监测、多种有效减振措施相结合才会达到更好的效果。
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论文作者:仲宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
标签：节理论文; 隧道论文; 光面论文; 效果论文; 炸药论文; 模型论文; 边界论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;