光面爆破
光面爆破
光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
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一、 光面爆破作用原理
光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。一般认为，炸药起爆时，对岩体产生两种效应；二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。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。
二、 光面爆破的技术要点
要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点：
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。
2、严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。
3、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。
4、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。
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5、边孔直径小于等于50mm。
三、预裂爆破和光面爆破
为保证保留岩体按设计轮廓面成型并防止围岩破坏，须采用轮廓控制爆破技术。常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。所谓预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；光面
爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。
预裂爆破和光面爆破在坝基、边坡和地下洞室岩体开挖中获得了广泛应用。
1、成缝机理
预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面，两者成缝机理基本一致。现以预裂缝为例论述它们的成缝机理。
预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。
2、质量控制标准
（1）开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。在水电部门，对节理裂隙极发育的岩体，一般应使炮孔痕迹率达到10％～50％；节理裂隙中等发育者应达50％～80％；节理裂隙不发育者应达80％以上。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。
（2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为±15cm。
（3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。实践表明，对软岩（如葛洲坝工程的粉砂岩），预裂缝宽度可达2cm以上，而且只有达到2cm以上时，才能起到有效的隔震作用；但对坚硬岩石，预裂缝宽度难以达到1cm。东江工程的花岗岩预裂缝宽仅6 mm，仍可起到有效隔震作用。地下工程预裂缝宽度比露天工程小得多，一般仅达0.3～0.5cm。因此，预裂缝的宽度标准与岩性及工程部位有关，应通过现场试验最终确定。
影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，而钻孔精度则是保证周边控爆质量的先决条件。
3、参数设计
预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法，并通过现场试验最终确定。
（1）预裂爆破参数
①孔径：明挖工程为7 0～165mm；隧洞开挖为40～90mm；大型地下厂房为50～110mm。
②孔距：与岩石特性、炸药性质、装药情况、开挖壁面平整度要求和孔径大小有关。孔距一般为孔径的7～12倍。爆破质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取小值。 ③装药不偶合系数：不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
④线装药密度：线装药密度是单位长度炮孔的平均装药量。影响预裂爆破参数的因素复杂，很难从理论上推导出严格的计算公式，以经验公式为主。随岩性不同，预裂爆破的线装药密度一般为200～500g/m。为克服岩石对孔底的夹制作用，孔底段应加大线装药密度到2～5倍。
（2）光面爆破参数
①光面爆破层厚度：即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
②孔距：一般为光面爆破层厚度的0.75～0.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。 ③钻孔直径及装药不偶合系数：参照预裂爆破选用。
④线装药密度Qx：一般按照松动爆破药量计算公式确定。
4、装药结构与起爆
（1）装药结构
①堵塞段：堵塞段的作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，对深孔爆破该段长一般取0.5～1.5m。
②孔底加强段：段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。
③均匀装药段 该段一般为轴向间隔不偶合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位，国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。
（2）起爆
为保证同时起爆，预裂爆破和光面爆破一般都用导爆索起爆，并通常采用分段并联法。
由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏。为保证周边孔准爆，对光面爆破孔可采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。预裂孔若与主爆区炮孔组成同一网路起爆，则预裂孔应超前第一排主爆孔75～100ms起爆。
附：光面爆破施工工艺流程图
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