水电工程地下洞室开挖爆破技术对围岩扰动的控制研究

引言：

地下洞室开挖是水电工程建设中的关键环节，而爆破技术作为主要施工手段，在提高效率的对围岩稳定性造成了显著扰动。这种扰动可能导致围岩裂隙扩展、应力重分布甚至失稳，严重影响工程质量和安全。如何有效控制爆破对围岩的扰动成为亟待解决的技术难题。本文围绕地下洞室开挖爆破技术展开研究，重点探讨优化爆破参数、改进施工工艺及应用先进监测技术等方法，以减少围岩扰动并提升工程安全性。通过理论分析与工程实践相结合，旨在为类似工程提供科学依据和技术支持。

一、地下洞室开挖爆破技术现状及存在问题

地下洞室开挖作为水电工程建设中的核心环节，其施工质量直接影响工程整体的安全性和稳定性，爆破技术是实现地下洞室高效开挖的主要手段之一。由于地质条件复杂多变、爆破参数难以精准控制以及施工工艺存在局限性，传统爆破技术往往对围岩造成较大扰动。这种扰动不仅会改变围岩的应力分布，还可能引发裂隙扩展和岩体松弛等问题，从而降低围岩的整体稳定性。国内外学者已针对地下洞室爆破技术展开广泛研究，但在复杂地质条件下，如何平衡爆破效率与围岩保护仍是一个亟待解决的技术难题。现有爆破技术在应用过程中还面临诸多挑战，例如爆破荷载对围岩的动态影响机制尚不明确，以及监测技术精度不足导致数据偏差等问题。

地下洞室开挖爆破技术的优化需要综合考虑地质条件、施工需求及环境影响等多方面因素。在具体实施过程中，不同类型的围岩对爆破荷载的响应差异显著，这要求技术人员根据现场实际情况调整爆破参数，如孔网参数、装药量及起爆时序等。由于缺乏精确的数值模拟和试验验证，部分工程仍依赖经验公式进行设计，导致爆破效果难以达到预期目标。随着环保要求的不断提高，传统爆破技术对周边环境的影响也受到越来越多的关注。开发新型爆破技术和配套监测手段，以减少对围岩的扰动并提高施工效率，已成为当前研究的重点方向之一。

二、围岩扰动控制的关键技术与方法研究

围岩扰动控制是地下洞室开挖爆破技术研究中的核心内容，其关键在于通过优化爆破参数和改进施工工艺，最大限度地减少对围岩的动态损伤。围岩的稳定性直接受到爆破荷载的影响，而这种影响主要体现在应力波传播、裂隙扩展及岩体松动等方面。为了有效控制围岩扰动，必须深入研究爆破荷载作用下的岩体动力学响应机制，并结合数值模拟与现场试验，提出针对性的技术措施。采用分段延时起爆技术可以降低单次爆破的能量释放强度，从而减小围岩的振动效应；合理调整孔网参数和装药结构，能够进一步优化爆破效果，减少对围岩的破坏。

现代监测技术的应用为围岩扰动控制提供了重要支持。通过布置高精度的传感器网络，可以实时获取爆破过程中围岩的振动速度、频率及位移等关键参数，为后续分析提供可靠的数据支撑。基于这些监测数据，可利用有限元分析、离散元模拟等数值方法，构建围岩动态响应模型，进一步揭示爆破荷载作用下岩体的损伤演化规律。微震监测技术的引入也为围岩稳定性的评估提供了新的手段。通过对微震事件的空间分布和能量特征进行分析，可以准确识别围岩内部裂隙的扩展趋势，为优化爆破参数和调整施工方案提供科学依据。

从工程实践的角度来看，围岩扰动控制还需要注重施工工艺的改进与创新。采用光面爆破或预裂爆破技术，可以在爆破面上形成较为平整的轮廓线，从而减少对保留岩体的扰动。通过优化钻孔布置和装药结构，可以进一步提高爆破能量的利用率，降低对围岩的冲击效应。针对软弱围岩或破碎带区域，还可以结合锚喷支护等辅助措施，增强围岩的整体稳定性。围岩扰动控制是一个多因素耦合的过程，需要综合考虑地质条件、爆破技术及施工工艺等因素，才能实现对围岩扰动的有效抑制，进而保障地下洞室开挖的安全性和经济性。

三、优化方案实施效果评估与案例分析

优化方案的实施效果评估是验证围岩扰动控制策略可行性的关键环节。通过对实际工程案例的数据分析，可以全面了解优化方案在不同地质条件下的适应性与有效性。以某大型水电工程地下洞室开挖为例，在采用分段延时起爆和光面爆破技术后，围岩的振动速度显著降低，峰值振动速度从传统爆破的15cm/s 下降至 8cm/s 以下，有效减少了对保留岩体的动态损伤。通过微震监测系统的布设，发现优化方案实施后围岩内部裂隙扩展范围明显减小，表明该方案能够显著改善围岩稳定性。数值模拟结果与现场监测数据的高度一致性进一步验证了优化方案的科学性和可靠性。

在具体案例分析中，某软弱围岩区域的地下洞室开挖工程采用了预裂爆破与锚喷支护相结合的技术手段。通过调整孔网参数和装药结构，优化了爆破能量的分布，使得围岩表面的超欠挖现象得到了有效控制。优化方案实施后，围岩表面的平整度提高了约 30% ，且未出现明显的片帮或掉块现象。通过对爆破前后围岩应力场的对比分析，发现优化方案显著降低了爆破荷载对围岩的扰动程度，围岩应力集中区域的范围缩小了近 40‰ 。这些成果不仅为类似工程提供了宝贵经验，也为围岩扰动控制技术的推广应用奠定了坚实基础。

为了进一步提升优化方案的效果评估精度，还需要结合多源数据进行综合分析。利用三维激光扫描技术获取洞室开挖后的几何形态，结合高精度位移监测数据，可以全面评估围岩变形特性及其与爆破参数的关系。基于长期监测数据的统计分析，可以识别优化方案在不同工况下的适用范围及潜在改进方向。这种以数据驱动的方式不仅能提高评估结果的可信度，还能为后续工程设计提供重要参考。通过案例分析与效果评估，可以不断优化和完善围岩扰动控制技术，推动水电工程地下洞室开挖技术的发展。

结语：

本文针对水电工程地下洞室开挖爆破技术对围岩扰动的控制问题进行了系统研究。通过分析爆破参数优化、施工工艺改进及监测技术应用，提出了减少围岩扰动的有效策略。合理调整孔网参数、装药结构及起爆时序，结合光面爆破和预裂爆破技术，可显著降低围岩损伤程度。微震监测与数值模拟的引入为评估围岩稳定性提供了重要手段。研究成果不仅为类似工程提供了技术参考，也为进一步提升地下洞室开挖的安全性和经济性奠定了基础。未来可深化新型爆破技术与智能监测方法的研究，推动行业技术进步。

参考文献：

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