光面爆破技术在熊冲隧道施工中的运用研究

摘要 光面爆破技术自从被提出到现在已有60多年,目前得到了广泛的应用和发展.光面爆破技术是控制爆破的一种,爆破后可以形成光滑的轮廓,且不会对围岩造成大的扰动,被较多应用于隧道开挖工程中.熊冲隧道为z中等断面深埋双洞隧道,属于梧州环城髙速建设隧道之一,围岩为硅质
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  摘要

  光面爆破技术自从被提出到现在已有60多年,目前得到了广泛的应用和发展.光面爆破技术是控制爆破的一种,爆破后可以形成光滑的轮廓,且不会对围岩造成大的扰动,被较多应用于隧道开挖工程中.熊冲隧道为z中等断面深埋双洞隧道,属于梧州环城髙速建设隧道之一,围岩为硅质砂岩,节理裂隙发育,部分地段风化程度较高,整体性较差.采用普通的爆破工艺爆破后效果不理想,造成了大量经济损失.

  本文以研究适合熊冲隧道光面爆破技术为目的,介绍了光面爆破技术在熊冲隧道的研宄方法与应用情况.首先从理论上分析了爆破过程的破岩机理,介绍了爆炸应力波叠加理论、爆生气体作用理论和应力波与爆生气体共同作用三大理论中围岩裂隙起裂、扩展、止裂的过程及规律,并以此为基础阐述了光面爆破原理,分析了周边孔间距、不耦合系数、光爆层厚度、装药线密度、炮孔堵塞长度、装药结构等几个对光面爆破技术影响较大的因素,为后续光面爆破试验参数的选择提供指导.然后对熊冲隧道围岩地质条件进行了调查,搜集了相关资料,统计节理分布情况,找出围岩节理裂隙分布规律,根据围岩情况采用全断面开挖法进行试验.

  试验前采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟熊冲隧道光爆层爆破过程,得出了各个时间步长的裂隙扩展图、应力云图,研究熊冲隧道光面爆破时围岩的损坏过程.

  试验以对光面爆破影响较大的光爆层厚度、线装药密度及周边孔间距为影响因素,根据正交试验原理L9(33)的要求,设计了9组试验.其涵盖了3因素3水平上的主要试验,设计科学合理.根据孔网参数的计算公式,考虑到熊冲隧道实际情况,选取合理的孔网参数取值,使用导爆索等爆破器材进行试验.试验后对数据进行收集整理.

  熊冲隧道光面爆破试验在严格控制孔网参数精度的条件下进行,试验取得了成功.超欠挖平均为13.1cm,平均半孔率71%,且均大于50%,各项指标均达到预期要求.对光爆层爆破模拟结果分析表明,光爆层内部贯穿裂隙发育,爆破对周边孔上覆岩体裂隙拓展情况较弱.运用多目标灰色决策法对试验数据进行处理,比较各组试验参数的优劣,找出其中最优参数组合,确定最佳的孔网参数选取范围,最佳周边孔间距取值为45~50cm,最佳光爆层厚度取值为49~59cm,最佳线装药密度为0.16~0.20kg/m,最佳炮孔密集系数为0.8~0.85.新的钻破参数被应用于隧道掘进开挖后,经济效益和安全性得到很大提高.

  关键词:光面爆破,数值模拟,钻爆参数,半孔率,多目标灰色决策

  ABSTRACT

  Smooth blasting technology has been proposed for more than 60 years, Hasbeen widely used and developed.Smooth Blasting Technology is a Kind ofControlled Blasting,Smooth contours can be formed after blating.It will notcause large disturbance to the surrounding rock.It is used more in tunnelexcavation projects.XiongChong Tunnel is a large-section deep-burieddouble-hole tunnel ,It is one of the Highway construction tunnels aroundWuzhou, The surrounding rocks are siliceous sandstones, joints and fissures aredeveloped, and some sites are highly weathered, with poor integrity.Blastingeffect is not ideal, resulting in a lot of economic losses.

  This paper aims to study the application of smooth blasting technology forXiongchong tunnel,The research methods and applications of smooth blastingtechnology in Xiongchong tunnel are introduced.Firstly, the rock breakingmechanism during blasting was analyzed theoretically.The process and law ofcrack initiation, propagation and crack arrest of surrounding rock in the threemajor theories of explosion stress wave superposition theory, explosion gas . action theory and the interaction of stress wave and explosion gas are introduced.Based on this, the principle of smooth blasting is explained.Thefactors affecting the smooth blasting technology, such as the peripheral holespacing, the coefficient of non-coupling, the thickness of the smooth blastingdetonating layer, the density of the charge line, the length of the plugged hole,and the charge structure, were analyzed.Provide guidance for selection ofparameters for subsequent smooth blasting test.Then the geological conditionsof the surrounding rock of Xiongchong tunnel were investigated, relevant datawere collected, the distribution of joints was statistically analyzed, thedistribution law of joint fractures in surrounding rock was found out, and thefull-section excavation method was used to conduct tests according to thecondition of surrounding rock.

  The thickness of the smooth blasting detonating layer, the density of theline charge, and the distance between the Peripheral holes are the major factorsaffecting the smooth blasting.According to the requirements of orthogonal testprinciple L9 (33), 9 groups of experiments were designed.It covers 3 factors and3 levels of main tests, and the design is scientific and reasonable. According tothe calculation formula of hole network parameters.Taking into account theactual situation of the Xiongchong tunnel, select a reasonable value of the holenetwork parameters.using detonating cords and other blasting equipment fortesting.After the test, Data collected after the test.

  ANSYS/LS-DYNA software was used to simulate the blasting process ofthe smooth blastingdetonating layer in Xiongchongtunnel before the experiment, and the fracture extension map and stress cloud diagram at eachtime step were obtained.To study the damage process of surrounding rock duringsmooth blasting of Xiongchong tunnel.

  The smooth blasting test of the Xiongchong tunnel was carried out understrict control of the accuracy of the pore network parameters, and the test wassuccessful.The average value of overbreak and underbreak is 13.1cm, and theaverage semi-pore rate is 71% and all results are greater than 50%. All indicatorsmeet the expected requirements.The analysis of simulation results of blastingblasting shows that the cracks developed in the interior of the smooth blastingdetonating layer, and the blasting of the cracks on the Overlying surroundingrocks is weak. Multi-objective grey decision-making was used to process the testdata. The pros and cons of each test parameter were compared to find out thebest parameter combination and determine the optimal pore network parameterselection range.The best perimeter hole spacing is 45-50cm, the best smoothblasting detonating layer thickness is 49-59cm, the best line charge density is 0.16-0.20kg/m, and the best shot hole density coefficient is 0.8-0.85.After thenew drilling parameters were applied to tunnel excavation, theeconomicbenefits and safety were greatly improved.

  KEY WORDS: smooth blasting; numerical simulation; Drilling and blastingparameters;semi-porosity rate; multi-objective grey decision

  目录

  摘要......................................................I

  第一章绪论....................................................I

  1.1选题的依据....................................................1

  1.1选题的依据和意义....................................................1

  1.2国内外有关光面爆破技术发展现状......................................3

  1.3研究内容与方法....................................................7

  第二章光面爆破力学原理及影响因素分析....................................................9

  2.1光面爆破技术概述....................................................9

  2.2光面爆破原理....................................................9

  2.2.1应力波叠加理论...................................................10

  2.2.2爆生气体的破岩机理..................................................11

  2.2.3爆炸应力波与爆生气体共同作用原理....................................................14

  2.3光面爆破相关因素分析....................................................15

  2.3.1围岩地质条件对光面爆破效果的影响分析....................................................15

  2.3.2周边孔间距及装药量....................................................16

  2.3.3装药结构....................................................16

  2.3.4不耦合系数....................................................17

  2.3.5炮孔密集系数及光爆层厚度................................................18

  2.3.6炮孔堵塞....................................................19

  2.4本章小结....................................................19

  第三章熊冲隧道工程概况及地质条件....................................................21

  3.1工程来源及地理位置....................................................21

  3.2熊冲隧道岩性条件....................................................22

  3.2.1遂址区地层岩性....................................................22

  3.2.3岩石风化程度....................................................22

  3.2.4隧道围岩节理裂隙情况....................................................23

  3.3不良地质现象与水文地质....................................................25

  3.4施工方法....................................................26

  3.5本章小节....................................................27

  第四章数值模拟优化分析....................................................28

  4.1ANSYS/LS-DYNA软件功能及算法....................................................28

  4.2隧道光爆层模型的创建及算法的确定....................................................29

  4.2.1隧道光爆层模型的创建....................................................29

  4.2.2计算法的确定....................................................30

  4.3岩石屈服条件及材料属性选择....................................................31

  4.3.1岩石屈服条件....................................................31

  4.3.2材料属性及其状态方程....................................................33

  4.4模拟结果....................................................34

  4.4.1岩石中爆生裂纹随时间的扩展过程....................................................34

  4.4.2应力传播过程....................................................37

  4.4.3模型单元等效应力分析....................................................39

  4.5本章小节....................................................40

  第五章熊冲隧道光面爆破试验研究....................................................41

  5.1试验研究的主要内容....................................................41

  5.1.1正交实验的原理....................................................41

  5.1.2实验研究内容....................................................41

  5.2爆破参数及试验参数....................................................42

  5.2.1炮孔深度....................................................43

  5.2.2周边孔孔距....................................................43

  5.2.3光爆层厚度....................................................44

  5.2.4不耦合系数....................................................46

  5.2.5装药结构及网路接法....................................................46

  5.2.6周边眼线装药密度....................................................47

  5.2.7炮孔填塞....................................................48

  5.2.8爆破网路与起爆顺序....................................................49

  5.3光面爆破试验设计....................................................51

  5.4光面爆破效果分析....................................................53

  5.5本章小节....................................................56

  第六章结语与展望....................................................57

  6.1结论....................................................57

  6.2展望....................................................58

  参考文献....................................................59

  致谢....................................................64

  攻读学位期间发表的学术论....................................................65

  第一章绪论

  随着我国经济的飞速发展,工程爆破技术得到日益广泛的应用.在路桥建设工程中,隧道掘进、石方开挖及桥基处理需要用到爆破工艺技术.在水路建设工程中的港口建设、炸礁通航工程需要用到水下控制爆破技术;在电力工程中,发电厂建设需要用到预裂爆破技术;在医疗卫生行业,爆破技术被用于爆破体内的结石.各个行业对爆破的依赖性越来越明显,在日常生活中较为常见的是路桥建设中的爆破工程,尤其是南方地区,因为南方地区人口密集发展程度较高.但是地形属丘陵地貌,交通有所不便,对修建公路带来了困难,为了解决这一问题,工程师们选择建设险道和桥梁来穿越不良地形.据统计我国建成的铁路隧道总长度己经超过7000km,公路隧道总长度超过了3000km,全国轨道交通规划线路总长度超过4000kmW,在隧道的开挖掘进工程中钻爆法是主要的手段.与机械开挖掘进法相比,钻爆法具有经济效益好、适应能力强、开挖成本低等诸多优点.但是由于爆破危害效应难以控制,岩石可爆性能存在差异等因素,造成爆破效果不佳现象.用传统方法进行隧道爆破容易产生较大的超欠挖,并对围岩产生扰动,形成安全隐患,因此隧道在采用钻爆法掘进的过程中往往会用到光面爆破技术,光面爆破通过选择合理爆破参数及爆破器材,分段微差爆破,以期爆破后轮廓线光滑平整,从而即减少了后续工艺的成本,即提高经济效益,又能提高随道的安全系数,减少对围岩的扰动,充分发挥围岩的自承作用.在目前国内隧道开挖爆破中基本采用光面爆破技术,尤其是软岩险道,围岩抗干扰能力较弱,若用传统爆破器材和工艺进行爆破,难以达到理想效果,甚至引起隧道壁围岩的剥落和塌方,威胁到工程的安全及损害经济效益.

  1.1选题的依据和意义

  1.1.1选题的依据

  梧州市环城高速公路全长56.68km,设计时速为60km/h~100km/h,需新建桥梁多座,环城高速公路桥梁、隧道所占比例较高,工程情况复杂,其中由中冶京诚工程技术有限公司承包施3合同段需要修建随道4座险道,熊冲隧道属于其中之一.熊冲隧道是4座隧道中最长的隧道,是该标段的控制性工程.隧道右洞1536m,左洞1495m,隧道洞口处岩体风化程度高,表土出露,为了保证隧道口处边坡稳定性,隧道洞门采用削竹式洞门;熊冲隧道开挖掘进比较困难,爆破效果不理想.经调查发现围岩整体性差,节理裂隙发育程度高,施工队爆破施工工艺简单,不符合光面爆破要求,遂对此隧道进行地质调查与现场试验研宄.熊冲隧道开挖面如图1-1:

  熊冲隧道爆破效果不佳主要原因体现在以下两个方面:

  (1)地质条件方面:熊冲险道为双洞隧道,岩体为III、IV级围岩,以III级围岩为主,沿线软硬围岩交替出现,围岩情况复杂程度高,不利于钻孔工作开展.节理裂隙发育,围岩较破碎,整个隧道区的节理面经长期风化多呈微张-张开状,并具一定的贯穿性,岩石可爆性不佳,爆破工程容易扰动隧道围岩,导致超欠挖现象.

  (2)爆破工艺方面:施工队按照施工经验进行爆破,装药量和装药方式不合理,特别是周边孔爆破装药过于集中,造成扩大原有裂隙和新增加裂隙,爆破后工作面围岩不稳固,极易塌落并造成超挖,安全隐患大,同时带来支护困难等问题;孔网参数选择不合理,炮孔布置不够均匀,造成局部装药量过大,另外掏槽眼的布置不利于保护原岩.

  针对隧道爆破效果差、经济效益差的现象,需要对熊冲隧道的爆破工艺进行以下几方面的研究:

  (1)对熊冲险道围岩地质条件进行调查分析.

  (2)对熊冲险道孔网参数进行试验研宄.

  (3)对光面爆破过程进行数值模拟,探索光爆层破碎机理.

  (4)对光面爆破围岩成缝机理分析研宄.

  本文以熊冲隧道爆破工程项目为依托,根据熊冲隧道的实际情况设计试验,研宄合理的光爆参数.

  1.1.2选题意义

  从理论角度上探讨光面爆破技术的破岩机理,作为孔网参数选择的依据,助于提高爆破效果.爆破破岩的过程是短暂、复杂的物理力学过程,炸药爆炸时首先产生爆炸应力波,使得围岩中的应力场发生变化,达到屈服极限后发生破坏,并在爆生气体作用下,完成岩石的破碎过程.爆炸应力波与爆生气体在岩体中的作用方式和特点,决定着爆破效果.尽管国内对光面爆破机理的研究很多,但还不够成熟,对光面爆破破岩机理进行探讨,作为对熊冲隧道的光面爆破实验方案设计依据,以理论指导光面爆破试验.探索最适合的光面爆破技术,可以提高其生产效益.

  隧道掘进爆破工程采用不合理的孔网参数,所造成的经济损失是十分巨大的,不仅会浪费原材料,而且产生安全隐患.对光面爆破技术进行系统的、深入的研究很有必要.探索减少超欠挖,减少对隧道围岩扰动的光面爆破技术.目前国内光面爆破技术应用需求比较多,但是爆破工程施工队考虑到成本的关系,对光面爆破的接受程度不高,导致光面爆破的发展还不太成熟,另外国内对光面爆破的理论研宂还存在不足,在一些采用光面爆破的工程中,许多情况都是以经验公式为依据,因为围岩条件具有复杂性,这往往造成与最优参数存在较大误差.研宄经济高效的光面爆破技术,对于解决隧道爆破开挖过程中遇见的诸多问题具有重大意义.

  1.2国内外有关光面爆破技术发展现状

  在古代社会人民利用热胀冷缩原理,有通过将岩石加热后遇冷产生裂缝的方式进行破岩,掘进隧道.这种方法的效率是十分低下的,到了近代控制爆破技术被应用于工程建设之中,使得工作效率得到很大的提高.从20世纪50年代至今,光面爆破技术在国外被普遍采用,光面爆破技术是控制爆破技术的一种,起源于在上个世纪50年代,瑞典爆破工作者兰格费尔斯和伦德鲍尔率先提出了光面爆破技术构想⑵,之后这一构想在试验中得以验证,当时光面爆破采用小药卷、低爆速的特制药卷,在实验室进行试验,爆后轮廓清晰.试验发现了影响爆破效果较大的几个因素,即爆破间时间间隔、装药结构、装药线密度,他们最早探讨了光面爆破的理论原理,此技术被应用于隧道爆破的工程实践中,并取得了成功.随后光面爆破技术在美国和加拿大得到了深入的研究,美国的学者将光面爆破技术应用到水电站爆破工程中,取得了理想的效果,之后被运用到更多的岩土工程项目中,取得了进一步的发展,因为光面爆破技术具有突出的优势,可以减少工程成本提高平整度,具有良好的经济效益,在日本、英国、德国等国家也相继引入光面爆破技术,被用于矿山、水电站引水渠等工程中,后来光面爆破技术被使用到更多的地下工程中.

  我国于20世纪60年代对光面爆破技术展开试验研宄,在成昆铁路的隧道工程中进行试用,取得了良好的效果,在70年代末期将这项技术投入使用,并获得了成功;1987年光面爆破技术被用于大瑶山隧道掘进爆破工程中,全断面开挖一次成型,光面爆破半孔率和炮眼利用率都非常高,取得了很大成功.2000年以后聚能爆破技术被应用于光面爆破,使得光面爆破效果进一步得到优化,并形成了"瞬时爆轰论"等新的理论成果,后双聚能预裂与光面爆破形成综合技术.目前我国光面爆破技术广泛用于地下空间工程与隧道爆破工程,但由于岩石的软硬程度各不相同,节理裂隙发育情况多种多样,所采用的孔网参数也各不相同.光面爆破技术能减少对不稳固围岩的扰动,能有效的减少超挖和欠挖,避免冒顶事故的发生,所以,现今地质条件不良的地段多采用光面爆破,这使得光面爆破技术在公路隧道工程中得到越来越广泛的应用.时至今日,各国爆破工作者们对光面爆破技术的研究将近百年,对光面爆破技术的研宄有了一定的发展.在破岩理论方面,他们认为炸药爆炸产生冲击波和爆生气体,进而作用于岩石,使之产生裂纹并延伸最后产生破坏,形成了爆炸冲击波理论、爆炸冲击波作用理论和爆生气体共同作用理论.爆生气体与爆破冲击波作用理论能更为合理的阐述光面爆破破岩机理.光面爆破工程作为一项实践性强的工程活动,以后对爆破危害的控制精度要求越来越高,加上围岩情况地质情况的多种多样,现场条件复杂,未来对光面爆破理论的研宄也将更加针对多种多样复杂的岩性条件进行.

  岩石破碎的过程是十分复杂力学的过程,因为岩石为非均质体,受存在于岩石中的地质构造、软弱面、节理裂隙等影响,岩石物理力学性质存在很大差异,爆破时产生复杂的应力应变.为了使光面爆破达到更好的效果,近年来国内外学者对影响光面爆破效果的各个因素进行了大量的研究,取得了很大进步.国外学者CHO,YONGSOW发明了隧道光面爆破掏槽孔中心切割对准结构,减少了成本,具有良好经济效益.QZongW研究缓冲装药的光面爆破原理,提高了光面爆破的效果.SKMandaP提出了光面爆破的数学模型,实现了围岩无损坏控制爆破.JDaP研宄了光面爆破技术中的炮孔分离的影响因素,探讨了炮眼堵塞质量对炮孔分离的影响.KGHinzenW利用爆破振动测试与分析技术,研究了小振动光面爆破技术.CPi#通过对岩芯分析试验,得出边坡光面爆破中的装药线密度与岩石损伤之间的关系.M.Yamam〇to[9]采用数值模拟、理论计算与试验的方法,研宄了电子雷管在光面爆破中得使用效果.LWu^采用有限元法对光面爆破技术进行研宄,使之对复杂环境更具适应性.,K.-G.HINZENW通过对爆破振动观测,分析和计算光面爆破爆炸能量与地震波能量的规律.KaiyunLiU[12]在工程实践中运用光面爆破,并研宄ISVR模型,提出了光面爆破参数的确定方法.凌伟明十算了在爆破过程中应力强度因子,分析研究了在准静态压力下爆炸应力波与爆生气体在爆破过程的作用,认为爆炸破碎岩石过程是产生的爆生气体使得岩石裂纹向径向扩展引起;并建立了光面爆破的断裂力学模型,利用有限元法对准静态压力条件下的岩石破裂过程进行数值模拟,通过分析其断裂特性,研宄岩石的破碎机理.张电吉[14]认为是由于爆炸应力波相互交错、叠加使围岩产生破碎,并给出了能使岩石破碎微差起爆时间.宗琦[16]认为给炮孔预留空气垫层能降低冲击波的压力,减少因爆破对围岩造成的损伤,并通过实验得出最佳轴向不耦合系数K,为3.0~6.0,最佳周边孔孔距为0.5~0.7m.王修勇[17]在理论的角度上探讨了光面爆破机理,并运用力学模型对光面爆破过程进行力学分析.陈士海[18]通过力学理论分析,计算了爆破时岩石中损伤场、应力场和爆生气体压力等,研究光爆开裂面形态,得出了加大钻孔面积来减少爆破作业对围岩损伤强度的结论.胡荣[19]总结了岩石在爆炸动载荷作用时的裂纹扩展规律,研宄了爆炸应力波在不同入射角的情况下对岩石的作用情况,得出了最佳入射角范围.张奇^在对层状岩体光爆实验研宄中发现,结构面与爆炸冲击波夹角为大于60°时最有利于光面爆破的一次成型.傅朝沏~分析了国内光面爆破的应用情况,得出岩体的结构面及地质特征决定这岩体的主要力学性质的结论,并提出应对具体围岩条件的具体措施.沈显才[22}在工程中应用水压光面爆破技术,获得了良好的效果,减少了对围岩的扰动.郭尧@分析了光面爆破测振数据,比较了光面爆破和预裂爆破两种工艺对围岩的损伤程度.廖小翠[24]以断裂力学为基础结合工程实际分析了影响光面爆破效果的几个因素.刘恺德[25]研宂了结构面与轮廓线位置关系对爆破效果的影响,得出了两者相交情况下最有利于保护轮廓线完整的结论,此时光爆效果最佳.刘佳佳[26}健立数值模型,研究了光面爆破中的空孔效应.光面爆破的孔网参数方面也具有丰富的研究成果,张志呈叼提出了光爆孔的种不耦合装药方案,设计对比实验,用声波测试技术测量实验中岩石的损伤作用,验证了护壁光面爆破最有利于边壁的成型.杨仁树从理论上分析了隧道光面爆破周边孔连续装药与间隔装药爆破时压力场分布情况,找出了种装药结构各自所适用的围岩环境.满柯在北山坑探光面爆破施工中探索了合理的光爆参数.徐颖结合爆破成缝机理和爆破块度要求,计算出最优的炮孔密集系数取值范围,这-取值在工程实践中得到验证.马芹永根据理论计算,给出了确定光面孔孔距和光爆层厚度的确定方法和计算公式.戴俊研究了光面孔爆炸冲击压力的衰减,得出光面爆破参数设计的新方法,并分析了堵塞炮孔的作用.刘俊轩针对矿山巷道设计了相应的爆破参数,并用全断面开挖法成功爆破.吴兰冬以平面应变的思路来研究光面爆破过程,以此推导出光面爆破相关参数的计算方法,并优化了炮孔的布置.顾义磊BS提出了隧道验收标准,和相关孔网参数设计的经验公式.杨玉银研究了导爆索连接工艺,运用间隔装药法在隧道光面爆破工程中进行试验.付玉华研究原岩应力分布及围岩损伤特征,分析了针对种条件情况下孔网参数的选择方法,以适应复杂的围岩环境.徐彦胜探讨了不同周边孔孔距在小断面隧道的光面爆破效果.彭刚健PB研究了在理想状态下岩石的爆破损伤特征,给出了光爆参数的计算方法,并将其运用于工程实践.通过数值模拟软件模拟爆破的力学过程和围岩损伤情况,来评价爆破效果的好坏.魏晨慧通过模拟双孔爆破的过程,研究节理角度和地应力对爆破的影响,得出了使得裂纹扩展最优角度,探索了原岩应力对爆破作用中裂纹的拓展的作用.陈必港采用ALE算法模拟了空气间隔装药光面爆破过程,通过分析最大主应力云图,得出了孔心线上的主应力波在损伤围岩时起主要作用.谢全敏计算推导了岩体强度的计算公式,基于此进行光爆孔网参数的计算.刘红岩以断裂力学为基础,采用数值流形方法对节理岩体爆破过程进行模拟,分析总结了爆破的破坏模式.吴亮选用混凝土模型近似模拟不耦合间隔装药的光面爆破过程,得出最优的不连续装药结构.俞杨明用数值模拟研究了周边眼耦合装药情况下的爆破过程,并得出了最佳爆破参数.王洋通过使用两种模拟软件模拟节理岩体爆破过程,探讨闭合宏观行节理对爆炸应力波传播的影响.罗伟采用三维炮孔堵塞长度模型进行模拟,探讨合理的炮孔堵塞长度.边振华使用数值模拟方法,研究了光爆层厚度与炮孔孔网参数之间的关系.光面爆破技术具有良好的经济效益,被用于隧道开挖工程中,经过爆破科研人员的研究,积累了大量的工程经验,对光面爆破技术光爆层孔网参数的选择更趋于合理,对光面爆破的破岩机理研究更为丰富.以后的光面爆破工艺将朝着小损伤、小超挖的方向发展.















  …………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

  第六章结语与展望

  6.1结论

  控制爆破技术被广泛的应用于各类工程中,未来的爆破环境不断变化,对爆破的威力和精度提出了更高的要求.光面爆破技术被用于井巷、隧道掘进,很好的解决了隧道边壁由于爆破的原因造成超欠挖过大的问题,采用光面爆破技术减少对爆炸冲击力围岩的扰动,可以提高围岩整体安全性,预防冒顶、坍塌事故的发生.但由于自然界岩石的力学特性复杂,需要对光面爆破破岩机理与合理光面爆破参数进行更多研究,以适应工程上的需求,创造更大经济效益.本文以断裂力学为基础,从理论上分析了光爆孔间裂纹的拓展过程,并利用ANSYS/LS-DYNA软件进行仿真模拟,分析了光面爆破破岩机理;同时,在现场对熊冲隧道围岩地质情况进行了调查,分析节理裂隙的分布规律,以指导爆破参数的选择;最后在确定试验参数后,进行多组光面爆破试验,根据试验结果得出最佳孔网参数取值范围.该成果在熊冲隧道得到良好的应用,保证工程的顺利、经济、高效的完成.得出的结论如下:

  (1)利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立光爆层的数值模型,模拟了光爆层的爆炸过程,发现爆破后光爆层内部的贯穿裂隙数量多,破坏充分,周边眼以上的围岩贯穿裂隙裂隙少,且较长度较短.这说明爆破对光爆层破碎充分,但对围岩损伤较小.这符合光面爆破原理,验证了此实验参数选取是科学合理的.

  (2)对熊冲隧道爆破工艺进行调查,了 解爆破器材及工艺情况.对熊冲隧道进行地质调查,统计节理分布情况,了解节理裂隙分布规律,发现存在两组优势节理的存在,因此针对在爆破施工优势节理方向易损伤围岩,需要将炮眼适当加密进行爆破.

  (3)根据熊冲隧道地质情况及断裂力学理论,设计光面爆破试验,确定各个参数的选取,并依据经验公式对选取结果进行微调.光面爆破试验后,运用多目标灰色决策方法分析试验数据,第2组试验的测度值最高为1,对应的周边孔间距45cm,光爆层厚度54cm,装药线密度0.20kg/m.因此该组参数为最优光爆参数.

  由于现场条件限制,本文还存在下列不足之处:

  (1)本文的光面爆破现场试验只考虑三个因素三个水平,研究内容不够全面.由于爆破器材的限制,其余因素不做考虑.

  (2)打孔使用气腿式风动凿岩机,需人工操作,对炮孔的倾斜角度、孔间距等参数精度控制能力有限.

  6.2展望

  目前国内光面爆破技术应用前景良好,在隧道掘进工程中,优势突出,未来的光面爆破技术将朝着低超欠挖、高精度控制的方向发展.采用导爆索进行爆破显得有些复杂,对装药流程的时间控制产生影响,随着数码电子雷管的问世,光面爆破工艺将逐渐简化,新光面爆破器材的开发对光面爆破产生重要影响.炮泥加水袋填塞技术的运用[68],使得炮孔堵塞质量得到提高.随着对光面爆破技术研究的深入,光面爆破的破岩机理也会日趋成熟.爆破效果也将得到更大的改善.
参考文献
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  原文出处:苏木林. 熊冲隧道光面爆破技术研究与应用[D].广西大学,2018. 点击下载全文 转载请注明来源。原文地址:http://www.lw54.com/html/zhlw/20200707/8359405.html   

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