軟巖爆破的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

袁朝陽(yáng)，尹誠(chéng)

（岳陽(yáng)市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽(yáng) 414021）

0 引言

軟巖是一種工程建設(shè)過(guò)程中常見(jiàn)的巖石力學(xué)介質(zhì)，具備低強(qiáng)度、高塑性、易風(fēng)化及易破碎等特征，這些特征對(duì)工程建設(shè)是不利的，但隨著我國(guó)工程建設(shè)的快速發(fā)展，市政、交通、水利等工程建設(shè)對(duì)地下空間的需求呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在這一過(guò)程中不可避免地需要在軟巖區(qū)域進(jìn)行工程建設(shè)，因此需要對(duì)軟巖進(jìn)行人工破碎移除處理，以形成滿足工程需要的地下空間。爆破施工仍是最具經(jīng)濟(jì)效益的破巖開(kāi)挖方法之一[1]。

由于軟巖特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，爆破過(guò)程中易導(dǎo)致開(kāi)挖區(qū)外部圍巖產(chǎn)生一定程度的破壞和損傷，從而導(dǎo)致工程破壞、超挖或不穩(wěn)定的結(jié)果，因此軟巖爆破技術(shù)一直以來(lái)都是工程領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]，本文對(duì)軟巖爆破的破巖機(jī)理、影響效果、研究現(xiàn)狀及后期發(fā)展方向進(jìn)行了論述。

1 軟巖爆破的破巖機(jī)理

當(dāng)炸藥在爆破巖體內(nèi)爆炸時(shí)，瞬間會(huì)釋放出大量的能量，對(duì)周?chē)能泿r會(huì)產(chǎn)生劇烈的沖擊，形成巨大的壓力波（壓縮應(yīng)力波）。應(yīng)力波以炸藥為中心向外傳播的過(guò)程中，迫使巖石質(zhì)點(diǎn)做徑向位移，從而使得周?chē)鷰r石在壓力作用下被粉碎，在炸藥周?chē)纬森h(huán)狀裂縫。這些徑向裂縫和環(huán)狀裂縫構(gòu)成了爆破點(diǎn)附近的破碎區(qū)，與此同時(shí)，炸藥爆炸釋放出的高溫高壓氣體急劇膨脹，從而加劇了沖擊破壞作用，使得裂縫繼續(xù)擴(kuò)大和發(fā)展。

2 影響軟巖爆破的因素

軟巖的爆破效果受諸多因素的影響，其中最主要的可歸為兩個(gè)，即自然地質(zhì)條件和工程爆破條件。自然地質(zhì)條件主要包含軟巖的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)及分布、應(yīng)力分布狀況等，對(duì)于軟巖爆破，前期地質(zhì)勘測(cè)資料和后期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)非常重要。工程爆破條件主要與爆破材料及爆破水平相關(guān)，具體而言主要與炸藥性能、網(wǎng)孔參數(shù)、測(cè)量放線、鉆孔精度、起爆等因素相關(guān)，這些因素與施工作業(yè)人員的水平有著很大的關(guān)聯(lián)。

3 軟巖爆破國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外軟巖爆破研究

國(guó)外專家學(xué)者對(duì)軟巖爆破的理論及設(shè)計(jì)參數(shù)開(kāi)展了深入研究，并取得了一系列的成果。相關(guān)研究涉及爆破方法，爆破對(duì)圍巖及周邊建筑的影響，裝藥量對(duì)爆破效果的影響等，其中研究最多的是采用模擬試驗(yàn)手段進(jìn)行分析，如Chungsik Yoo[3]運(yùn)用數(shù)值模型分析了廣泛邊界條件下不同加固參數(shù)對(duì)軟巖隧道工作面變形的影響；Jong-Ho Shin[4]等研究了軟巖爆破對(duì)既有隧道的影響，采用數(shù)值方法對(duì)軟巖巷道進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬。

3.2 國(guó)內(nèi)軟巖爆破研究

1954年以前，我國(guó)地下工程爆破施工通常以人工打眼的方式進(jìn)行[5]，隨著爆破技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，針對(duì)我國(guó)隧道爆破向著大規(guī)模、大埋深轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)專家從理論分析、數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究等方面開(kāi)展了細(xì)致研究，并取得了一定的成果。許江波等[6]以蘭渝線某處軟巖隧道為背景，監(jiān)測(cè)了隧道爆破開(kāi)挖時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行了歸一化處理；高保彬等[7]針對(duì)巷道爆破掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的超挖、欠挖等問(wèn)題，就定向爆破技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用進(jìn)行了研究；汪海波等[8]就爆破對(duì)軟巖巷道松動(dòng)范圍擴(kuò)展的影響進(jìn)行了研究。

4 未來(lái)軟巖爆破研究的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 爆破區(qū)周邊圍巖應(yīng)力狀態(tài)

炸藥爆破時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)導(dǎo)致周邊圍巖受到一定程度的損傷，最直觀的體現(xiàn)就是其應(yīng)力狀態(tài)的改變，在過(guò)往的研究中，許多學(xué)者通常將爆破開(kāi)挖時(shí)圍巖的應(yīng)力場(chǎng)變化看做一個(gè)靜態(tài)的過(guò)程，采用準(zhǔn)靜態(tài)研究爆破開(kāi)挖對(duì)圍巖的損傷，忽略了后續(xù)動(dòng)態(tài)卸荷及其所產(chǎn)生的附加動(dòng)應(yīng)力作用，因此亟需對(duì)爆破區(qū)周邊圍巖開(kāi)展相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)變化研究，以控制后續(xù)巖體開(kāi)挖時(shí)應(yīng)力釋放引起的圍巖損傷。

4.2 爆破開(kāi)挖對(duì)既有洞室的影響

隨著地下工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，地下建筑越發(fā)密集，時(shí)常會(huì)遇到在既有洞室附近進(jìn)行開(kāi)挖建設(shè)活動(dòng)。當(dāng)開(kāi)挖區(qū)域距離既有洞室較近時(shí)，開(kāi)挖產(chǎn)生的水平應(yīng)力易使周邊圍巖的應(yīng)力二次分布，從而造成圍巖損傷，影響自由面的穩(wěn)定，因此對(duì)周邊既有洞室的影響問(wèn)題還需開(kāi)展進(jìn)一步研究。

4.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在軟巖隧道爆破設(shè)計(jì)階段前期，超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報(bào)方法能夠準(zhǔn)確預(yù)判掌子面周邊區(qū)域的地質(zhì)情況，但隨著如今建設(shè)工程的要求提高與難度提升，單純的超前地質(zhì)鉆孔探測(cè)方法存在一定的局限，不能滿足實(shí)際工程需要，為準(zhǔn)確了解爆破區(qū)域地應(yīng)力分布情況以及巖體完整性，亟需開(kāi)發(fā)出更全面、更準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，從源頭了解爆破區(qū)周邊圍巖的性質(zhì)，控制爆破造成的圍巖損傷。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展以及西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，未來(lái)的地下工程發(fā)展將向著大規(guī)模、大埋深轉(zhuǎn)變，對(duì)軟巖爆破這一技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展深入研究也將帶動(dòng)諸如市政工程、地下管道線路埋設(shè)等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

本文就軟巖爆破的機(jī)理及影響爆破效果因素進(jìn)行了歸納，就國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，最后從軟巖爆破區(qū)周邊圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化、軟巖爆破開(kāi)挖對(duì)周邊既有洞室的影響、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)三方面分析了軟巖爆破的發(fā)展趨勢(shì)，相信對(duì)此類問(wèn)題開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作、對(duì)于今后應(yīng)對(duì)復(fù)雜軟巖條件下的爆破問(wèn)題有著深遠(yuǎn)意義。