光面爆破和预裂爆破对边坡内部岩体的损伤分析

LOW CARBON WORLD 2017/12低碳技术光面爆破和预裘爆破对边坡内部岩体的损伤分析郭荣旭（中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆401120)【摘要】在进行边坡工程施工的过程中，常常需要采用爆破的方式对于边坡岩石进行处理，而在通过爆破对于岩石进行处理的过程中，往往会 使得岩体受到损伤，因此必须要有效地对于爆破方式进行选择，合理地对于爆破进行控制，通过有效地控制可以避免因为爆破而对于边坡内部 岩体所造成的损伤，进而确保边坡的稳定，使得边坡工程施工活动能够得以顺利开展。在本文的研究中，首先对于光面爆破和预裂爆破两种爆 破技术的概念进行了相应的阐述，同时对于光面爆破以及预裂爆破的作用机理进行了相应的分析，然后就光面爆破和预裂爆破两种爆破方式 对于边坡内部岩体的损伤进行了相应的分析，以期能够明确光面爆破和预裂爆破对边坡内部岩体造成损伤的机理，从而为边坡施工中爆破方 式的选择和应用提供相应的参考。【关键词】边坡工程;光面爆破;预裂爆破【中图分类号】TD235 【文献标识码】A 【文章编号】2095-2066( 2017 )36-0017-02_>jl> _a_k刖言当前在进行铁路建设、公路建设以及水电建设的过程中， 常常会遇到岩体边坡的情况，而为了工程建设的需要，常常需 要对于边坡进行相应的处理，同时为了工程施工活动的顺利 开展，在对于边坡进行处理之后还需要使其保持平整和美观。 而利用光面爆破和预裂爆破进行处理之后往往能够使得边坡 面更加的平整、美观和穗定，同时也能够有效地减少边坡的超 挖以及岩石的塌落。光面爆破和预裂爆破是边坡处理中常用的 两种爆破方式，虽然通过这两种爆破方式能够对于边坡有效地 进行处理，但是同时如果使用不当也会对边坡内部的岩体造成 一定的损伤，进而影响边坡的穗定性。因此对于光面爆破和预 裂爆破对边坡内部岩体的损伤进行研究有着非常重要的意义。1光面爆破和预裂爆破技术概述 1.1光面爆破技术概述所谓的光面爆破，就是指的利用正确的爆破参数和合理 的施工方法，并且采用分区分段微差爆破的方式，使得爆破之 后轮廓线能够满足设计的要求，从而使得临空面更加的平整 规则。光面爆破技术常常被应用在隧道施工之中，同时在对于 边坡进行处理的过程中，为了使得边坡保持整洁美观，也常常 会应用到光面爆破技术。光面爆破技术相比于普通的爆破方 法而言，能够有效地减少超挖情况的发生，而且在爆破成形之 后更加的规整，能够使得边坡轮廓的质量得到有效地提高。同 时在采用光面爆破技术对于边坡进行处理的时候，往往不会 产生较多的爆破裂缝，会减少材料的消耗，同时光面爆破的成 本相对更低，而且能够更好地保证施工安全。光面爆破技术的 工艺流程如图1所示。

图1光面爆破技术工艺流程图1.2预裂爆破技术概述所谓的预裂爆破技术，就是指的在进行石方开挖的时候，在对于主爆区进行爆破之前，先沿着设计轮廓线爆出一条具 有一定宽度的贯穿裂缝，之所以要进行该贯穿裂缝的爆破，其 主要目的在于对于爆破过程中所造成的振动波加以缓冲和反 射，从而使得预裂爆破对于预留岩体所造成的破坏能够得到 一定程度的控制，使得爆破的轮廓能够得到有效地控制。在对 于壁面进行垂直或者是倾斜开挖的过程中，预裂爆破技术得 到了非常广泛的应用，同时在规则的曲面、扭曲面等爆破时也 常常会采用预裂爆破技术。对于开挖轮廓有要求但是穗定性 又较差的软弱岩层而言，预裂爆破技术是一种较好的爆破技 术。在对于预裂爆破技术加以应用的过程中，必须要注意对于 预裂缝的控制，确保预裂缝的宽度能够满足相应的要求，根据 岩石种类的不同，裂缝宽度的要求也是不一样的，所以一般需 要通过试验来确定预裂缝的宽度。同时预裂面上也不应该留 有过多的炮孔痕迹，而且位于炮孔附近的岩石不能够出现严 重的爆破裂隙。在爆破时，需要对于炮孔的直径以及炮孔的间 距加以控制，在装药时也需要将药装入孔口内1m以下的深 度，这样才能够更好地保证爆破的质量。2光面爆破对边坡内部岩体的损伤分析 2.1光面爆破机理分析光面爆破的破岩机理十分复杂，虽然当前对于该机理没 有一个成熟全面的认识，但是对其作出了定性的判断。在应用 光面爆破对于岩石进行破碎的过程中，炸药起爆的时候会对 于岩体造成三种效应：①应力波反射所引起拉伸会使得岩体 遭到破坏;②爆炸过程中，气体会迅速膨胀，膨胀气体做功会 使得岩体破裂;③应力波反射和爆炸气体做功联合作用。在应 用光面爆破技术破碎岩体的过程中，所有炮眼都是同时起爆 的，各个炮眼的冲击波会向其四周径向进行传播，而在相邻炮 眼的冲击相遇时，应力波就会叠加，然后产生切向的拉力，一 般拉力的最大值会出现在相邻炮眼中心连线的中点，最终形 成较为平整的爆裂面。2.2在边坡内部岩体形成损伤层在采用光面爆破技术对于边坡岩体进行爆破的过程中， 通过对于边坡岩体的炮孔壁的开裂情况进行统计，发现在半 孔壁上形成了不同程度的裂缝，裂缝的宽度从1~30mm不等， 同时还存在有裂隙，裂隙的深度也不一致。所以不难发现在采 用光面爆破技术对于边坡岩体进行爆破之后，在每一次爆破 之后都会使得边坡保留的半孔壁上形成一定宽度和深度的裂 缝，所以说明在爆破作用的影响之下，边坡的岩体会发生破 坏，并且产生一定厚度的损伤层，该损伤层的厚度与许多因素 都有着密切的关联，岩体的性质、炮孔的布置等都会对于岩体 损伤层的厚度造成影响。2.3对岩体原生裂隙造成影响

17低碳技术LOW CARBON WORLD 2017/12通过对取样岩芯进行相应的声速测试，发现在应用光面 爆破技术对于边坡岩体进行爆破之后，还会对于边坡岩体的 原生裂隙造成影响。在边坡内部岩体之中，往往会存在着一定 数量的原生裂隙，而在应用光面爆破技术对于边坡岩体进行 爆破之后，往往会使得岩体的原生裂隙也受到一定的影响。光 面爆破可能会使得这些原生裂隙进一步发展，进而使得边坡 内部岩体受到更为严重的损伤。3预裂爆破对边坡内部岩体的损伤分析 3.1预裂成缝机理在采用预裂爆破（如图1)对于边坡岩体进行爆破的过程 中，首先必须要形成预裂缝，预裂缝对于爆破的效果有着非常 重要的影响，同时其对于边坡内部岩石也会造成一定程度的 损伤。而在预裂成缝的过程中，主要是依靠爆炸应力波和爆破 孔内的爆生气体。在预裂成缝的过程中，爆炸应力波具有一定 的导向作用，通过不耦合装药的方式可以使得爆炸的能量得 到有效地控制，进而使得应力波只能够导致孔壁产生一定数 量的初始微裂缝。而相邻的爆破孔如果能够同时起爆，那么使 得应力波能够在孔心线上叠加，进而使其形成裂缝。同时由于 爆破所产生的气体也能够对于裂缝起到拉伸的作用，进而使 得裂缝能够得到一定程度的扩展，最终形成预裂缝。

3.2造成边坡岩体松动在采用预裂爆破对于边坡岩体进行爆破的过程中，会使 得边坡内部的岩石出现一定程度的破损松动，因为在采用该 方式进行爆破的过程中，坡面的岩石往往会受到较强的扰动， 进而使得岩体内部的裂隙发育。此时超声波往往不能够正常 地穿透岩体，在测试的过程中，会表现出接收的波形发生畸变 的情况，使得声波能量的衰减较快。此时虽然用肉眼观看岩体 仍然是保持完整的，但是实际上岩体的内部裂隙已经受到爆 破的冲击，而且内部的裂隙已经大量扩展，进而使得岩体出现 松动的情况，导致其强度显著的下降，此时岩体的抗风化能力 已经大大减弱。3.3造成岩石损伤通过预裂爆破对于边坡岩体进行爆破，还会使得岩体出 现较为轻微的损伤。一般来说，岩体出现轻微损伤的区域往往 距离炮孔的距离较远，所以在爆破的过程中，岩石所受到的扰 动往往较弱，因此岩体内部的微裂隙往往较为发育。在对其进 行检测的过程中，超声波在穿透该部分的岩体时，声波能量会 出现一定程度的衰减，导致首波波幅出现较大幅度的下降，但 是所接收的波形仍然是正常的。而在岩体的岩性特征方面，岩 体的完整性仍然较好，其内部的微裂隙由于受到爆破冲击以 及卸荷栽作用的影响，会出现一定程度的扩展，使得岩体的强 度出现一定程度的降低，但是该区域属于边坡弱扰动的范围，其强度仍然能够得到较好的保证，不会出现较为严重的损伤。4案例分析 4.1工程概况宁波市大榭开发区路堑石方开挖工程采用了光面爆破技 术，其路堑底宽40m，中心最大挖深59m，总挖方量为60万m3, 最大的边坡垂直高度为70m，边坡设计为1:0.75,每隔20m高 度设置一个5m宽的平台。基岩主要为熔结凝灰岩，岩石节理 裂隙上部挖深10耀20m范围较发育，底部不发育。工程施工要求:①必须保证边坡的穗定和边坡的坡率；② 保证边坡的平整度，超欠挖不大于50cm;③靠近边坡15m范 围内必须采用深孔微差爆破，以减少爆破振动对边坡保留侧 基岩的扰动，保证基岩的穗定性不受到破坏；④边坡采用光面 爆破;⑤超挖大于50cm的地段要进行砌筑。4.2爆破设计①光爆孔直径fl=100mm;②钻孔方向与边坡设计方向一■ 致，与水平面的夹角为53。；③梯段高度H=10m;④钻孔深度 与梯段高度相吻合，孔深L=12.5m;⑤孔间距：对于硬岩a= 1.2耀1.4m，对于软岩a=1.0耀1.2m，风化严重地段不采用光面爆 破；⑥最小抵抗线W=1.2a，一般取W=1.2耀1.8m，对于硬岩W= 1.5耀1.8m，对于软岩W=1.2耀1.5m;⑦当主炮孔与光爆孔平行 时，底盘抵抗线Wd=W，当主炮孔与光爆孔不平行时，2.5m> Wd>1.2m;⑧线装药密度：底部2m长为0.7耀0.9kg/m，其他为 0.4耀0.6kg/m;⑨装药结构为不偶合装药，不偶合系数3耀4;⑩ 微差间隔时间：光爆孔比缓冲孔晚起爆110ms。4.3爆破规模为了保证安全，每次爆破总装药量不超过4t，即每次爆破 不超过150个炮孔，一般为光爆孔40耀60个、缓冲孔30耀50 个、主炮孔3耀4排20耀40个。整个工程共进行光面爆破20多 次，光爆总面积17000m2。4.4爆破效果①沿炮孔连线方向切开，孔口破坏较小，大部分炮孔保留侧 岩石完好。②准爆率100%。③半孔保留率:硬岩90%，软岩80%。5结语在本文的研究中，主要探讨了光面爆破和预裂爆破对于 边坡内部岩体所造成的损伤。光面爆破和预裂爆破在工程领 域之中有着非常广泛和深入地应用，同时经过多年的实践也 已经取得了良好的应用效果，当前已经能够对于爆破的参数 和效果有效地进行控制。而在将光面爆破和预裂爆破应用于 边坡的爆破处理之中时，虽然能够起到良好的爆破效果，也能 够使得爆破面保持平整和美观，但是两种爆破方式都会对于 边坡内部岩体造成一定程度的损伤，这是在爆破过程中必须 要避免的问题，因此必须要加强对其的控制，才能够使得爆破 起到更好的效果，更加有利于对边坡的防护。参考文献[1] 尹芝足，王爱民，陈建华，关晓锋，张峻岭.某矿岩土开挖预裂爆破方 法改进研究及应用[J].现代矿业，2017(07): 21~24+28.[2] 秦健飞，秦如霞.浅谈预裂和光面爆破的发展与未来[J].采矿技术， 2013(05):97~100.[3] 郭尧，袁甲.光面与预裂爆破对隧道围岩损伤的试验研究[J].工程 爆破，2011(04):31~35.收稿日期:2017-11-10作者简介:郭荣旭（1983-)，男，工程师，本科，主要从事与爆破 工程项目有关的：爆破设计、爆破施工、爆破管理等方面的研 究工作。