摘要
在修建高速公路及高速铁路隧道的过程中，为使得隧道开挖轮廓面成型效果理想，常用到“控界爆破”技术。但爆破效果受围岩性质等因素影响较大，就目前来讲，在节理裂隙岩体（如层状板岩）隧道爆破开挖过程中，很多时候没有充分考虑结构面对爆破的影响，导致隧道开挖过程中出现轮廓面不平整、超欠挖严重等问题。针对现有爆破技术难以有效控制板岩隧道轮廓面成型的问题，以娄底市周家冲隧道工程为依托，通过对现场岩石取样测试，得到典型板岩的物理力学性能，运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件，研究层理面与炮孔连心线夹角、炮孔间距、不耦合系数对层状板岩光面爆破效果的影响。主要得到如下成果: （1）在原爆破参数下，使用数值模拟软件分析爆破后围岩的应力、裂纹扩展与损伤规律，得出:当炮孔连心线和层理面夹角φ在15°～60°时，对光面爆破效果成型影响显著。层理面改变了应力波的传递方式，导致围岩应力重新分布,层理面迎爆侧应力增强;根据双孔间贯通裂隙形成时间和围岩最大损伤范围，推出层理面会降低围岩整体强度，夹角 φ 越小影响越大;当φ=30°时，爆破成型的效果差，炮孔之间形成锯齿状的贯通裂隙，当φ=60°的工况，炮孔之间的围岩破碎较大，极易在外界扰动下脱落，增加超挖量，当φ=75°,贯通裂隙沿着炮孔连心线扩展，爆破效果变好。 （2）采用单一变量法建立不同炮孔间距、不耦合系数的层状板岩光面爆破模型，通过综合考虑不同工况最大损伤范围与贯通裂隙形态得出以下结论:增大炮孔间距可以减小夹角等于15°时贯通裂隙上最远点距离炮孔连心线的垂向长度，减小炮孔间距可以缩小夹角为30°、60°工况的垂向长度，减少超挖量。增大不耦合系数，会有效减小围岩最大损伤范围，提高预留岩体的稳定性，当夹角等于15°、45°，增大不耦合系数可以较明显缩小垂向长度，减少超挖量。 （3）结合工程经验与数值模拟的研究成果，确定一套适用于现场的爆破参数调整原则，采用不耦合系数2.1的空气间隔装药结构，根据隧道轮廓面上不同位置处炮孔连心线与层理夹角的变化合理调整炮孔间距，极大提高了的爆破后的半眼痕率，解决了超欠挖过大的问题，有效控制开挖轮廓面成型效果。
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