【内容摘要】通过对光面爆破成缝机理的分析，阐述了影响光面爆破的主要因素，为光面爆破全面推广和现场运用提供了可供操作的参数及有效措施。
【关键词】 隧道 光面爆破 施工
1.前言
光面爆破是50年代由瑞典学者从实践中提出的一种控制周边轮廓的爆破方法，又称周边爆破。以后在美国由homels作了进一步发展，使岩壁达到象刀切般的光滑并且围岩基本不受破坏，从此光面爆破正式延生。
光面爆破是一种科学的控制周边轮廓并能维持围岩稳定的爆破方法，其适用范围很广，优越性很多。尤其是隧道爆破中具有较明显的优点：
① 形成规则的光滑的接近于设计要求的轮廓，其受力性好，无应力集中现象，有利于围岩稳定，维护自稳能力；
② 对围岩的扰动范围小，可有效地减少应力集中所引起的塌方现象，尤其是在不良地质段；
③ 改善作业环境，便于喷锚作业，降低喷射混凝土回弹率，效果明显；
④ 是控制隧道超欠挖的主要爆破方法，能大大节约工程成本。
凡是采用新奥法施工的隧道通常采用光面爆破，地下或隧道开挖自然而然要采用光面爆破。然而在我国对这方面的要求时冷时热，即便在热的时候也对搞好这项工作坚持不够，力度不大。究其原因不外乎是：工程地质复杂、钻孔设备落后、工人受传统习惯不易接受或自身素质差、盲目追求进度、光面爆破技术掌握不够，另外有些单位虽然引起重视也大张旗鼓轰轰烈烈干了一阵子，但总不能达到应有目的以致造成一种误区：把存在的问题都归究于要么围岩太差、要么技术水平达不到、要么就是钻孔设备落后等原因上，最后由于追求100m成洞名利，也就将“光爆”二字落到口头上而已。通过多年的现场服务可知：光面爆破搞得好与坏除了跟我们的施工管理密切相关外还与光面爆破技术水平有直接关系，本文着重于技术上和施工操作上存在的问题加以论述。
⑴ 技术上存在以下问题：
① 光爆器材单一化，型号、规格选用不当；
② 片面地认为只要周边多钻几个炮孔少装点药就是光面爆破技术了；
③ 对光面爆破参数的选择含混不清，只注重炮孔间距而忽略了光层的厚度W的影响而顾此失彼。
⑵ 施工操作上存在的主要问题就是钻孔精度问题。
2.光面爆破成缝机理及其影响因素
2.1光面爆破成缝机理
为便于问题分析任取周边炮孔当中的相邻两孔A、B进行分析：如图1所示：
图1光面爆破成缝机理图
A、B炮孔中各自产生的爆炸气体分别向炮孔周围扩散，当A、B间距适当时，由于各自起导向孔的作用，因此无论是A、B炮孔同时起爆还是A孔先爆，应力首先是在各自炮孔壁产生应力集中现象，并且发展最快，就向被削弱的介质方向集中，沿两孔联心线方向形成贯穿的裂缝，继之在爆炸高压气体的准静态应力作用下，使径向裂缝尽一步发展，在爆炸气体压力作用下，由于最长的径向裂缝发展所需要的能量最小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。
2.2起爆时差对成缝的影响
A、B两孔的起爆时差可归纳为四种情况：a、同时起爆；b、起爆时差大；c、起爆时差较大；d、起爆时差较小。无论是A 炮孔的爆炸冲击波波峰已掠过B炮孔后，B炮孔才开始起爆（可视为情况b）还是波峰达到B炮孔的瞬间B炮孔才起爆（可视为情况d）这个过程仅仅是几毫秒量级，而就目前隧道大都是使用非电毫秒导爆雷管起爆系统，施工要么是半断面要么就是全断面施工，而且对拱部光爆效果强调得较严，因此无论是采用何种开挖方法还是何种掏槽方式，周边孔的雷管段别通常排到ms10段及以上段别。就目前国产导爆管雷管的生产工艺而言，其自身制造误差较大，如ms10为390±40ms，即使周边采用同段，由于Δt存在亦难做到同时起爆，或多或少存在较小的时间差，与应力波波峰传播速度之比可视为起爆时差较大这种情况，当采用台车进行全断面开挖时，通常周边孔用到半秒差或秒差雷管，无疑应视为起爆时差大这种情况。
2.2.1 两孔起爆时差较大
极端情况是两个炮孔的起爆时差较长如情况b，A炮孔的爆炸应力场（动应力和准静态应力）几乎完全消失后，B炮孔才起爆。此时若两孔间距比较大，则可以认为是两个独立的炮孔爆破，此种情况是形不成贯穿裂缝的。如果两炮孔间距很近，则当A炮孔爆破时，B炮孔可视为空孔，使得A炮孔的爆炸动静应力向A、B连心线方向集中，在A 、B孔壁处达到极大值。并从该处首先出现开裂，不论是裂缝是否贯通，当B炮孔爆破时首先沿着此裂缝继续扩展，从而在两孔连心线方向上形成一条裂缝面。
全断面开挖，通常周边用到半秒差雷管，实践证明此种解释符合实际情况。
2.2.2起爆时差较小
相邻两孔起爆时差较小时：小到A炮孔的冲击波波峰通过B炮孔的瞬间B炮孔起爆，此时沿B炮孔的Ⅰ、Ⅱ两点，如右图示。A炮孔产生的动拉应力集中与B炮孔的动拉应力相叠加，达到了最大值，显然此时Ⅰ、Ⅱ正处在拉裂成缝的最佳时刻，动应力波峰过后，A、B孔的高压气体准静态应力的叠加也与上述一样达到极大值，这种情况形成的光面爆破，无论是在能量利用还是在成缝方向上都是非常理想的，可以获得好的光爆。但是在生产实践中这样的条件是难以实现的。
3.影响光面爆破的主要因素
3.1孔网参数
孔网参数系指周边孔的间距E、光爆层的厚度W及炮孔的密集系数m。
3.1.1 炮孔间距E 的影响
从形成裂缝机理分析可知：无论是A、B孔同时起爆还是间隔一定时差起爆，倘若E↑是形不成裂缝面的。当E↓会造成极度破碎或多钻炮孔。只有E值在一定的范围内，爆炸能量既能保证裂缝贯通又能保证有足够能量推开光爆层。
3.1.2光爆层厚度W的影响
光爆层厚度W指光爆孔底与相邻内圈孔间根部之间的间距，如右图示。
当W↑增大时，线装药量一定时，光爆层不能断开，W↓减小时（小于炮孔间距E）首先形成裂缝方向发生变化，换名话讲：过小不易形成裂缝，爆破成锯齿状如下图示。
3.1.3 炮孔密集系数m的影响
m（E/W）过大反应出E值升高，不易形成裂缝，m过小反应出W过大，此时光爆层不易沿两孔连线断开，容易形成欠挖现象。
结束语
地质是基础、光面爆破设计是前提、施工工艺是关键，因此在实践中应结合不同条件和施工方法将这一已不在是新技术的新技术进行全面推广应用。这既有利于降低工程成本又有利于维护围岩的自身稳定，确保施工安全。因此光面爆破称之为新奥法施工的三大法室是最为恰当的比喻。
【关键词】 隧道 光面爆破 施工
1.前言
光面爆破是50年代由瑞典学者从实践中提出的一种控制周边轮廓的爆破方法，又称周边爆破。以后在美国由homels作了进一步发展，使岩壁达到象刀切般的光滑并且围岩基本不受破坏，从此光面爆破正式延生。
光面爆破是一种科学的控制周边轮廓并能维持围岩稳定的爆破方法，其适用范围很广，优越性很多。尤其是隧道爆破中具有较明显的优点：
① 形成规则的光滑的接近于设计要求的轮廓，其受力性好，无应力集中现象，有利于围岩稳定，维护自稳能力；
② 对围岩的扰动范围小，可有效地减少应力集中所引起的塌方现象，尤其是在不良地质段；
③ 改善作业环境，便于喷锚作业，降低喷射混凝土回弹率，效果明显；
④ 是控制隧道超欠挖的主要爆破方法，能大大节约工程成本。
凡是采用新奥法施工的隧道通常采用光面爆破，地下或隧道开挖自然而然要采用光面爆破。然而在我国对这方面的要求时冷时热，即便在热的时候也对搞好这项工作坚持不够，力度不大。究其原因不外乎是：工程地质复杂、钻孔设备落后、工人受传统习惯不易接受或自身素质差、盲目追求进度、光面爆破技术掌握不够，另外有些单位虽然引起重视也大张旗鼓轰轰烈烈干了一阵子，但总不能达到应有目的以致造成一种误区：把存在的问题都归究于要么围岩太差、要么技术水平达不到、要么就是钻孔设备落后等原因上，最后由于追求100m成洞名利，也就将“光爆”二字落到口头上而已。通过多年的现场服务可知：光面爆破搞得好与坏除了跟我们的施工管理密切相关外还与光面爆破技术水平有直接关系，本文着重于技术上和施工操作上存在的问题加以论述。
⑴ 技术上存在以下问题：
① 光爆器材单一化，型号、规格选用不当；
② 片面地认为只要周边多钻几个炮孔少装点药就是光面爆破技术了；
③ 对光面爆破参数的选择含混不清，只注重炮孔间距而忽略了光层的厚度W的影响而顾此失彼。
⑵ 施工操作上存在的主要问题就是钻孔精度问题。
2.光面爆破成缝机理及其影响因素
2.1光面爆破成缝机理
为便于问题分析任取周边炮孔当中的相邻两孔A、B进行分析：如图1所示：
图1光面爆破成缝机理图
A、B炮孔中各自产生的爆炸气体分别向炮孔周围扩散，当A、B间距适当时，由于各自起导向孔的作用，因此无论是A、B炮孔同时起爆还是A孔先爆，应力首先是在各自炮孔壁产生应力集中现象，并且发展最快，就向被削弱的介质方向集中，沿两孔联心线方向形成贯穿的裂缝，继之在爆炸高压气体的准静态应力作用下，使径向裂缝尽一步发展，在爆炸气体压力作用下，由于最长的径向裂缝发展所需要的能量最小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。
2.2起爆时差对成缝的影响
A、B两孔的起爆时差可归纳为四种情况：a、同时起爆；b、起爆时差大；c、起爆时差较大；d、起爆时差较小。无论是A 炮孔的爆炸冲击波波峰已掠过B炮孔后，B炮孔才开始起爆（可视为情况b）还是波峰达到B炮孔的瞬间B炮孔才起爆（可视为情况d）这个过程仅仅是几毫秒量级，而就目前隧道大都是使用非电毫秒导爆雷管起爆系统，施工要么是半断面要么就是全断面施工，而且对拱部光爆效果强调得较严，因此无论是采用何种开挖方法还是何种掏槽方式，周边孔的雷管段别通常排到ms10段及以上段别。就目前国产导爆管雷管的生产工艺而言，其自身制造误差较大，如ms10为390±40ms，即使周边采用同段，由于Δt存在亦难做到同时起爆，或多或少存在较小的时间差，与应力波波峰传播速度之比可视为起爆时差较大这种情况，当采用台车进行全断面开挖时，通常周边孔用到半秒差或秒差雷管，无疑应视为起爆时差大这种情况。
2.2.1 两孔起爆时差较大
极端情况是两个炮孔的起爆时差较长如情况b，A炮孔的爆炸应力场（动应力和准静态应力）几乎完全消失后，B炮孔才起爆。此时若两孔间距比较大，则可以认为是两个独立的炮孔爆破，此种情况是形不成贯穿裂缝的。如果两炮孔间距很近，则当A炮孔爆破时，B炮孔可视为空孔，使得A炮孔的爆炸动静应力向A、B连心线方向集中，在A 、B孔壁处达到极大值。并从该处首先出现开裂，不论是裂缝是否贯通，当B炮孔爆破时首先沿着此裂缝继续扩展，从而在两孔连心线方向上形成一条裂缝面。
全断面开挖，通常周边用到半秒差雷管，实践证明此种解释符合实际情况。
2.2.2起爆时差较小
相邻两孔起爆时差较小时：小到A炮孔的冲击波波峰通过B炮孔的瞬间B炮孔起爆，此时沿B炮孔的Ⅰ、Ⅱ两点，如右图示。A炮孔产生的动拉应力集中与B炮孔的动拉应力相叠加，达到了最大值，显然此时Ⅰ、Ⅱ正处在拉裂成缝的最佳时刻，动应力波峰过后，A、B孔的高压气体准静态应力的叠加也与上述一样达到极大值，这种情况形成的光面爆破，无论是在能量利用还是在成缝方向上都是非常理想的，可以获得好的光爆。但是在生产实践中这样的条件是难以实现的。
3.影响光面爆破的主要因素
3.1孔网参数
孔网参数系指周边孔的间距E、光爆层的厚度W及炮孔的密集系数m。
3.1.1 炮孔间距E 的影响
从形成裂缝机理分析可知：无论是A、B孔同时起爆还是间隔一定时差起爆，倘若E↑是形不成裂缝面的。当E↓会造成极度破碎或多钻炮孔。只有E值在一定的范围内，爆炸能量既能保证裂缝贯通又能保证有足够能量推开光爆层。
3.1.2光爆层厚度W的影响
光爆层厚度W指光爆孔底与相邻内圈孔间根部之间的间距，如右图示。
当W↑增大时，线装药量一定时，光爆层不能断开，W↓减小时（小于炮孔间距E）首先形成裂缝方向发生变化，换名话讲：过小不易形成裂缝，爆破成锯齿状如下图示。
3.1.3 炮孔密集系数m的影响
m（E/W）过大反应出E值升高，不易形成裂缝，m过小反应出W过大，此时光爆层不易沿两孔连线断开，容易形成欠挖现象。
结束语
地质是基础、光面爆破设计是前提、施工工艺是关键，因此在实践中应结合不同条件和施工方法将这一已不在是新技术的新技术进行全面推广应用。这既有利于降低工程成本又有利于维护围岩的自身稳定，确保施工安全。因此光面爆破称之为新奥法施工的三大法室是最为恰当的比喻。