隧道光面爆破和预裂爆破的原理

隧道光面爆破和预裂爆破的原理

一、爆破原理

1、光面爆破作用原理：光面爆破的破岩机理十分复杂，目前仍在探索中。尽管在理论上还很成熟，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，主要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，各炮眼的冲击波向四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，产生应力波德叠加，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，爆炸气的膨胀令裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。

2、预裂爆破作原理：主要指预裂爆破成缝机理。为了保证预裂爆破成功，首要的条件是不压坏预裂孔壁，其次是沿预孔连线方向成缝。当炸药爆炸后，产生的冲击压力和高压气体的作用，将会使孔壁产生剧烈破坏。要想不压坏孔壁必须采用不偶令装药法，即药包直径小于钻孔直径。试验发现，当药包与孔壁之间存在空气间隙时，由于空气的缓冲作用，使孔壁所受压力大大降低。试验得出，当不偶令系数M=2.5时，作用在炮孔内壁的最大切向应力只相当于不偶令系数为1时的大约1/16。因此，完全有可能利用现有的常用炸药，用不偶令装药来降低孔壁压力，把几万个大气压降到每平方厘米只有几千或几百会斤的压力值。当降低的压力值小于或极接近于岩石的极限抗压强度时，便可使孔壁不受爆破压缩破坏或者只受少量的振动。在利用不偶令装药保证孔壁不受破坏的前提下，第二个条件就是怎样保证在预定的方向成缝。实践经验证明，只需要调整相邻炮孔的距离或孔内装药量便可达到成缝的目的。

二、技术措施

1、光面爆破的主要技术措施如下：

（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，尽可能将药量沿眼大均匀分布。

（3）周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装药结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现客气间隔装药。

（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。

（5）边孔直径小于等于50mm。

2、预裂爆破主要措施如下：

（1）炮孔直径一般为50-200mm，对深孔宜采用较大的直径。

（2）炮孔间距宜为孔径的8-12倍，坚硬岩石取小值。

（3）不耦令系数(炮孔直径d与药卷直径d的比值)建议取2-4，坚硬岩石取小值。（4）线装药密度一般取250-400g/m。

（5）药包结构形式，目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2-5倍。

（6）装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞段过短，容易形成漏头过长则不能出现裂缝。

三、两者区别

1、概念方面区别：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，形式一个平整的开挖；预裂爆破是先起爆布置在设计轮廓线上的预裂破孔药包，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。

2、起爆方法的区别：由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏，为了保证周边孔准爆，对光面爆破孔采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。预裂孔若与主爆区爆孔组成同一网络起爆，则预裂孔应超前第一排爆孔75-100ms起爆。

3、主要技术措施要求的区别：（见第二问光面爆破和预裂爆破的主要措施）。

4、不耦合装药是指炮孔直径大于药卷直径的一种装药形式，与之对应的是耦合装药。不耦合装药爆炸时，爆轰波通过空气介质传播到孔壁岩石中，空气间隙犹如气垫一样。可将爆轰初始阶段的气体产物能量（部分)储存起来,削弱了作用于炮孔的初始压力峰值。而后受压气垫又将大量储存的能量释放出做功，延长了爆轰气体产物作用的时间。改善了爆破效果。不耦合装药结构广泛地用于预裂爆破和光面爆破。