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摘要：光面爆破参数的确定直接影响着光面爆破的效果，也是光面爆破工程设计的关键内容。结合相关参考文献，列出光面爆破主要参数的经验计算公式，同时列举了国内部分工程的爆破参数作为考值，供相关工程参考，具有一定的工程意义；并对确保光爆破效果的技术措施进行了简要的归纳总结，用来指导现场施工，可取得良好的光爆效果。
关键词：光面爆破；爆破参数；影响因素
中图分类号：O643文献标识码： A
1 引言
光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，用于大隧道均质坚硬岩石爆破，获得较为平整的岩石断面。之后在加拿大、美国和挪威等国家使用。上个世纪60年代，我国工程界开始采用这种爆破技术，并进行了大量的科学研究和工程实践。现在，光面爆破已广泛应用于铁道、公路路堑边坡的爆破，水利水电工程中岩石爆破，井巷、隧道周边爆破，建筑石料开采爆破等。
光面爆破参数的确定，目前大多是根据国内外已有工程光面爆破常用参数，采用工程类比法加以确定。国内外学者从不同角度出发，提出了确定光面爆破参数确定的方法，主要有理论方法和经验公式等。本文通过从光面爆破的原理出发，给出了光面爆破主要参数的经验公式确定法，同时列出了我国部分工程光面爆破的主要参数；最后简要分析了影响光面爆破的主要因素。
2 光面爆破及作用原理
光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或采用填装低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业即为光面爆破。
光面爆破的边孔采用不耦合装药，药包爆轰后，炮孔壁上的压力显著降低，此时，药包的爆破作用为准静压作用。当炮眼壁压力值低于岩石动抗压强度时，在炮孔壁上就不易造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波只能引起少量的径向细微裂隙。另外，光面爆破具有侧向自由面，应力波传到自由面后产生反射拉伸波，因最小抵抗线大于钻孔间距，若用导爆索起爆，反射波尚不能干扰两孔间直达波波峰的叠加；侧向自由面的存在，使应力波和爆生气体的能量向最小抵抗线方向转移。实践证明，这种转移的能量不至于阻碍裂缝的形成，但可使作用于保留岩体的能量减弱。光面爆破时，相邻孔不论同时起爆还是毫秒差的延时起爆，应力波的作用都会使相邻炮孔间的岩体形成发状裂缝，随后高压爆炸气体的气楔作用使裂缝进一步的增大、延长，最终使两孔间裂缝贯通。
3 光面爆破参数的确定
合理确定爆破参数直接影响着光面爆破的效果，爆破参数的确定是光面爆破工程设计的重要内容。光面爆破参数设计计算有直接试验法、公式计算法、经验类比法和模型试验法等。不管采用哪种方法进行光面爆破参数的确定，都应综合考虑岩石特性、工程地质、现场机械设备情况和施工工艺等。
3.1 光面爆破最小抵抗线（Wmin）
光面爆破的最小抵抗线又称为光爆层厚度，一般光面爆破的抵抗线按照式（1）经验式确定：
（1）
式中（m）为光面爆破最小抵抗线；d（m）为钻孔直径。
光面爆破的最小抵抗线也可以由经验公式（2）确定：
（2）
式中C为爆破系数，相当于炸药单耗值；为炮孔深度，a為孔距，Q为单孔药量。
最小抵抗线可以根据岩石性质及地质条件加以调整，实践经验表明，对于坚韧、可爆性差的岩石，最小抵抗线取值应偏小；当岩石松软、易破碎时可取较大值。
光面爆破中的最小抵抗线也可通过炮孔密集系数m来确定。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与最小抵抗线的比值，即
（3）
一般取m=0.8~1.0。根据工程实践经验，当地质构造、岩石性质和开挖跨度等条件发生变化时，炮孔密集系数也应作相应的调整。因此，最终选取的炮孔密集系数m值应通过现场爆破试验确定。
3.2 钻孔直径（d）
炮孔直径d的确定直接关系到施工的成本与效率，应综合考虑岩石性质、炸药的性能、现场机械设备情况以及工程具体施工要求进行选择。一般情况下，主要依据现场具体情况和钻孔设备确定。如在地下坑道、隧道中实施光面爆破时，孔径取35~45mm，而在露天进行光面爆破作业时，孔径则可取大些。
3.3 钻孔间距（a）
光面爆破的实质是利用爆破使炮眼之间产生贯通裂隙，以沿着设计开挖轮廓线形成较为规整的断裂面。因此，炮孔间距对形成贯通裂缝有着至关重要的作用。炮孔间距的大小取决于岩石特性、节理裂隙发育程度、炸药的性质、光爆层厚度以及不耦合系数。可按下式进行计算[1-2]。
（4）
式中，为每个炮孔产生的裂缝长度，按计算；d为炮孔直径(cm)；为岩石的抗拉强度；为爆生气体充满炮孔时的静压(kPa)，按计算，为系数，炸药密度为1.0g/mL时，=25，炸药密度为1.5 ~ 1.6 g/mL时，= 58；Q为炸药的爆热，TNT炸药4187kJ/kg，硝氨炸药228kJ/kg；为爆破孔内的装密度g/mL；为炸药本身的密度g/mL；为岩石的极限抗压强度(kPa)；b为比例系数，按计算，为泊松比；a为系数取2/3；为炮孔半径（cm）。
一般情况下，当岩石坚硬完整，抗拉强度相对较低，孔距应相对较大；反之，孔距相应较小。孔距a比最小抵抗线小一些或等于时，才能较好地实现光爆效果。光面爆破孔间距通常可应采用式（5）的经验公式进行计算：
（5）
3.4 不耦合系数（K0）
不耦合系数K0是指爆破孔孔径与药径之比，K0反映孔壁与炸药的接触情况。通常情况下，光面爆破所采用的不耦合系数K0=1.6~3.0。由于岩石的极限抗拉强度一般为岩石极限抗压强度的1/10~1/40，因此，随着不耦合系数的不断增大，爆轰波经空气压缩传递作用时间就会延长，使药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，这种空气间隙即起到降低爆轰波强度的缓冲作用，同时不易产生孔壁粉碎。
3.5 装药量的确定（Q）
光面爆破装药量，一般按经验数据确定，或采用经验公式进行计算。
（1）经验公式法
（6）
式中，Q为装药量（kg），a为钻孔间距（m），h为孔深（m），q为炸药单耗（kg/m3），q一般取0.15~0.25kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值。
（2）经验数据法
光面爆破的装药量可依据经验数据法，可以参考表1和表2。
表1 国内部分水工隧洞开挖的光面爆破参数[3]
表2 隧洞光面爆破参数一般参考数值[3]
４ 影响光面爆破效果的主要因素
根据第三节光面爆破参数确定可以看出，影响光面爆破效果的因素主要和以上爆破参数相关。除上述爆破参数外，在现场施工及起爆方式等方面均对爆破效果有着一定的影响。
4.1 装药量和装药结构
光面爆破周边眼合理的装药量，应该是既能使相邻炮孔连接面形成裂缝，又不致造成围岩的破坏，即药包爆炸时对炮眼壁的冲击压力小于岩石的极限抗压强度。通过实践，周边眼和二圈眼的装药量对于巷道成型及围岩的破坏程度影响很大。装药少，留残眼过长；药量大，对围岩造成严重破坏，局部凸凹程度增大，使爆破裂隙伸向围岩深处。
精心选择周边眼的装药结构是实现光爆的关键。目前采用的装药结构有以下三种：细药卷不偶合装药方法，空气间隔装药方法，眼底集中空气柱装药。这三种装药结构各有优缺点，在不同岩性地层根据具体情况选择合适的装药结构能够提高光面爆破的爆破效果。
4.2 周边眼同时起爆
当两炮眼不在同一时间起爆时，相当于各个炮眼的单独起爆，形成各自的爆破漏斗，这样很容易形成不平整的切断面。为了保证光面爆破效果，故采用同段别、高精度的毫秒雷管，尽可能缩短起爆时差，保证周边眼同时起爆，这样会使半圆形的炮眼痕迹留在围岩周边上，沿轮廓线形成较为光滑的平面，进而保持围岩的完整性，现场实践经验证明具有良好的效果。
4.3 保证炮眼的工程质量
为了保证光爆效果和质量，除了选择合理的爆破参数外，还要注意钻孔时的工作质量。因此要求现场施工人员在操作时必须树立严细、认真的工作作风，保证各炮眼达到平、直、齐，并严格依据爆破图表作业。为了保证打眼质量，可采取如下施工组织管理措施：首先准确看线托尺定位、打好第一个定向眼，预量钎杆长，作好标记，保证各炮眼深度一致，使眼底落在同一平面上。其次，划分区域进行作业，保证炮眼位置、深度及其方向的准确性。另外，装药量、堵塞长度、爆破网络联线方式、起爆顺序等严格按爆破说明书执行。
4.4 工程地质条件的影响
在进行交通隧道、水利水电洞室围岩以及矿山开采时，由于光面爆破直接在岩体中进行，岩体在地质历史形成过程中经历各种内外力的作用，產生了多种的构造行迹，岩石的坚硬程度和岩体的完整程度决定了岩体的基本质量。因此，确定围岩的基本性质、可爆性、产状，节理裂隙的发育程度，是否存在明显结构面、褶折、夹层等对光面爆破有着重要的意义。实践证明：凡均质岩石均可取得良好的光爆效果，对在不良地质（岩溶溶洞、地下水等）条件下进行光面爆破，若不采取相应的处理措施，其爆破效果不甚明显。
5 结论
在水利水电、公路、铁路以及矿山等现场施工过程中，光面爆破的爆破参数可通过经验公式进行确定，再结合相关工程的爆破参数类比对照，修正初步确定的经验公式，根据现场试验进一步选定。施工过程中根据爆破环境、工程地质条件等影响因素，需要不断依据爆破效果进行调整，不断的完善修正爆破参数，以取得良好的光面爆破效果。
参考文献
[1] 徐颖,方江华.光面爆破合理炮孔密集系数的研究[J].工程爆破,1998,4(1):25~29.
[2] 龙维祺.爆破工程[M].北京:冶金工业出版社,1997.
[3] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京:冶金工业出版社,2003.
关键词：光面爆破；爆破参数；影响因素
中图分类号：O643文献标识码： A
1 引言
光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，用于大隧道均质坚硬岩石爆破，获得较为平整的岩石断面。之后在加拿大、美国和挪威等国家使用。上个世纪60年代，我国工程界开始采用这种爆破技术，并进行了大量的科学研究和工程实践。现在，光面爆破已广泛应用于铁道、公路路堑边坡的爆破，水利水电工程中岩石爆破，井巷、隧道周边爆破，建筑石料开采爆破等。
光面爆破参数的确定，目前大多是根据国内外已有工程光面爆破常用参数，采用工程类比法加以确定。国内外学者从不同角度出发，提出了确定光面爆破参数确定的方法，主要有理论方法和经验公式等。本文通过从光面爆破的原理出发，给出了光面爆破主要参数的经验公式确定法，同时列出了我国部分工程光面爆破的主要参数；最后简要分析了影响光面爆破的主要因素。
2 光面爆破及作用原理
光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或采用填装低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业即为光面爆破。
光面爆破的边孔采用不耦合装药，药包爆轰后，炮孔壁上的压力显著降低，此时，药包的爆破作用为准静压作用。当炮眼壁压力值低于岩石动抗压强度时，在炮孔壁上就不易造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波只能引起少量的径向细微裂隙。另外，光面爆破具有侧向自由面，应力波传到自由面后产生反射拉伸波，因最小抵抗线大于钻孔间距，若用导爆索起爆，反射波尚不能干扰两孔间直达波波峰的叠加；侧向自由面的存在，使应力波和爆生气体的能量向最小抵抗线方向转移。实践证明，这种转移的能量不至于阻碍裂缝的形成，但可使作用于保留岩体的能量减弱。光面爆破时，相邻孔不论同时起爆还是毫秒差的延时起爆，应力波的作用都会使相邻炮孔间的岩体形成发状裂缝，随后高压爆炸气体的气楔作用使裂缝进一步的增大、延长，最终使两孔间裂缝贯通。
3 光面爆破参数的确定
合理确定爆破参数直接影响着光面爆破的效果，爆破参数的确定是光面爆破工程设计的重要内容。光面爆破参数设计计算有直接试验法、公式计算法、经验类比法和模型试验法等。不管采用哪种方法进行光面爆破参数的确定，都应综合考虑岩石特性、工程地质、现场机械设备情况和施工工艺等。
3.1 光面爆破最小抵抗线（Wmin）
光面爆破的最小抵抗线又称为光爆层厚度，一般光面爆破的抵抗线按照式（1）经验式确定：
（1）
式中（m）为光面爆破最小抵抗线；d（m）为钻孔直径。
光面爆破的最小抵抗线也可以由经验公式（2）确定：
（2）
式中C为爆破系数，相当于炸药单耗值；为炮孔深度，a為孔距，Q为单孔药量。
最小抵抗线可以根据岩石性质及地质条件加以调整，实践经验表明，对于坚韧、可爆性差的岩石，最小抵抗线取值应偏小；当岩石松软、易破碎时可取较大值。
光面爆破中的最小抵抗线也可通过炮孔密集系数m来确定。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与最小抵抗线的比值，即
（3）
一般取m=0.8~1.0。根据工程实践经验，当地质构造、岩石性质和开挖跨度等条件发生变化时，炮孔密集系数也应作相应的调整。因此，最终选取的炮孔密集系数m值应通过现场爆破试验确定。
3.2 钻孔直径（d）
炮孔直径d的确定直接关系到施工的成本与效率，应综合考虑岩石性质、炸药的性能、现场机械设备情况以及工程具体施工要求进行选择。一般情况下，主要依据现场具体情况和钻孔设备确定。如在地下坑道、隧道中实施光面爆破时，孔径取35~45mm，而在露天进行光面爆破作业时，孔径则可取大些。
3.3 钻孔间距（a）
光面爆破的实质是利用爆破使炮眼之间产生贯通裂隙，以沿着设计开挖轮廓线形成较为规整的断裂面。因此，炮孔间距对形成贯通裂缝有着至关重要的作用。炮孔间距的大小取决于岩石特性、节理裂隙发育程度、炸药的性质、光爆层厚度以及不耦合系数。可按下式进行计算[1-2]。
（4）
式中，为每个炮孔产生的裂缝长度，按计算；d为炮孔直径(cm)；为岩石的抗拉强度；为爆生气体充满炮孔时的静压(kPa)，按计算，为系数，炸药密度为1.0g/mL时，=25，炸药密度为1.5 ~ 1.6 g/mL时，= 58；Q为炸药的爆热，TNT炸药4187kJ/kg，硝氨炸药228kJ/kg；为爆破孔内的装密度g/mL；为炸药本身的密度g/mL；为岩石的极限抗压强度(kPa)；b为比例系数，按计算，为泊松比；a为系数取2/3；为炮孔半径（cm）。
一般情况下，当岩石坚硬完整，抗拉强度相对较低，孔距应相对较大；反之，孔距相应较小。孔距a比最小抵抗线小一些或等于时，才能较好地实现光爆效果。光面爆破孔间距通常可应采用式（5）的经验公式进行计算：
（5）
3.4 不耦合系数（K0）
不耦合系数K0是指爆破孔孔径与药径之比，K0反映孔壁与炸药的接触情况。通常情况下，光面爆破所采用的不耦合系数K0=1.6~3.0。由于岩石的极限抗拉强度一般为岩石极限抗压强度的1/10~1/40，因此，随着不耦合系数的不断增大，爆轰波经空气压缩传递作用时间就会延长，使药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，这种空气间隙即起到降低爆轰波强度的缓冲作用，同时不易产生孔壁粉碎。
3.5 装药量的确定（Q）
光面爆破装药量，一般按经验数据确定，或采用经验公式进行计算。
（1）经验公式法
（6）
式中，Q为装药量（kg），a为钻孔间距（m），h为孔深（m），q为炸药单耗（kg/m3），q一般取0.15~0.25kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值。
（2）经验数据法
光面爆破的装药量可依据经验数据法，可以参考表1和表2。
表1 国内部分水工隧洞开挖的光面爆破参数[3]
表2 隧洞光面爆破参数一般参考数值[3]
４ 影响光面爆破效果的主要因素
根据第三节光面爆破参数确定可以看出，影响光面爆破效果的因素主要和以上爆破参数相关。除上述爆破参数外，在现场施工及起爆方式等方面均对爆破效果有着一定的影响。
4.1 装药量和装药结构
光面爆破周边眼合理的装药量，应该是既能使相邻炮孔连接面形成裂缝，又不致造成围岩的破坏，即药包爆炸时对炮眼壁的冲击压力小于岩石的极限抗压强度。通过实践，周边眼和二圈眼的装药量对于巷道成型及围岩的破坏程度影响很大。装药少，留残眼过长；药量大，对围岩造成严重破坏，局部凸凹程度增大，使爆破裂隙伸向围岩深处。
精心选择周边眼的装药结构是实现光爆的关键。目前采用的装药结构有以下三种：细药卷不偶合装药方法，空气间隔装药方法，眼底集中空气柱装药。这三种装药结构各有优缺点，在不同岩性地层根据具体情况选择合适的装药结构能够提高光面爆破的爆破效果。
4.2 周边眼同时起爆
当两炮眼不在同一时间起爆时，相当于各个炮眼的单独起爆，形成各自的爆破漏斗，这样很容易形成不平整的切断面。为了保证光面爆破效果，故采用同段别、高精度的毫秒雷管，尽可能缩短起爆时差，保证周边眼同时起爆，这样会使半圆形的炮眼痕迹留在围岩周边上，沿轮廓线形成较为光滑的平面，进而保持围岩的完整性，现场实践经验证明具有良好的效果。
4.3 保证炮眼的工程质量
为了保证光爆效果和质量，除了选择合理的爆破参数外，还要注意钻孔时的工作质量。因此要求现场施工人员在操作时必须树立严细、认真的工作作风，保证各炮眼达到平、直、齐，并严格依据爆破图表作业。为了保证打眼质量，可采取如下施工组织管理措施：首先准确看线托尺定位、打好第一个定向眼，预量钎杆长，作好标记，保证各炮眼深度一致，使眼底落在同一平面上。其次，划分区域进行作业，保证炮眼位置、深度及其方向的准确性。另外，装药量、堵塞长度、爆破网络联线方式、起爆顺序等严格按爆破说明书执行。
4.4 工程地质条件的影响
在进行交通隧道、水利水电洞室围岩以及矿山开采时，由于光面爆破直接在岩体中进行，岩体在地质历史形成过程中经历各种内外力的作用，產生了多种的构造行迹，岩石的坚硬程度和岩体的完整程度决定了岩体的基本质量。因此，确定围岩的基本性质、可爆性、产状，节理裂隙的发育程度，是否存在明显结构面、褶折、夹层等对光面爆破有着重要的意义。实践证明：凡均质岩石均可取得良好的光爆效果，对在不良地质（岩溶溶洞、地下水等）条件下进行光面爆破，若不采取相应的处理措施，其爆破效果不甚明显。
5 结论
在水利水电、公路、铁路以及矿山等现场施工过程中，光面爆破的爆破参数可通过经验公式进行确定，再结合相关工程的爆破参数类比对照，修正初步确定的经验公式，根据现场试验进一步选定。施工过程中根据爆破环境、工程地质条件等影响因素，需要不断依据爆破效果进行调整，不断的完善修正爆破参数，以取得良好的光面爆破效果。
参考文献
[1] 徐颖,方江华.光面爆破合理炮孔密集系数的研究[J].工程爆破,1998,4(1):25~29.
[2] 龙维祺.爆破工程[M].北京:冶金工业出版社,1997.
[3] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京:冶金工业出版社,2003.