隧道掘进光面爆破施工过程中,部分现场作业人员常因导爆索成本过高、装药工艺复杂等原因,直接对周边孔采用孔底连续装药结构,导致长进尺掘进时孔底超挖和孔口欠挖现象严重。论文以云南《水平层状Ⅲ级围岩隧道控制爆破技术研究》项目为依托,在现有的几种空气间隔装药结构基础上,着重研究空气柱长度的确定及其在光面爆破参数设计中的应用,从理论分析、模型实验、数值模拟和现场工业试验四个方面展开研究,以期找到切合现场实际、尽可能节约成本并基本保证光爆效果的空气间隔装药结构并确定其关键参数——空气柱长度。理论分析包括三个方面。首先,分析了空气间隔装药的作用机理,得出其相对于连续装药结构具有降低孔壁初始冲击压力、延长爆炸应力波作用时间、增强相邻炮孔的导向作用以及减弱对保留岩体的破坏作用等优势,从而定性地分析其有利于改善爆破效果的原因,为后续研究奠定理论基础。其次,不同于现有理论将空气间隔装药炮孔初始冲击压力都按均压处理,论文考虑孔内压力沿炮孔轴向的衰减,引入Satisfied迭加法,分析了空气柱较长时的炮孔初始冲击压力,并在此基础上分析了不同空气间隔装药条件下的爆炸应力场,为理论计算解决了爆源压力问题。第三,运用断裂力学理论,综合考虑避免孔壁产生粉碎区、裂缝起裂条件以及裂缝最终扩展长度与周边孔间距的关系三个条件,得到空气柱长度的理论计算表达式,并根据实例计算得到的空气柱长度,分析了不同炮孔深度下合适的空气间隔装药结构选取标准。模型实验方面,为验证上部空气间隔装药及中部空气间隔装药爆炸应力场理论分析的合理性,以爆炸相似理论为基础,制作了混凝土实验模型,对模型分别用这两种装药结构进行爆破,并运用高速多路动态应力测试系统测定炮孔近区的爆炸应力场。结果表明,所测应力分布特征与理论分析结果相吻合。数值模拟方面,运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件建立了不同空气间隔装药结构及不同空气柱长度的数值模型,并进行了应力云图及有效应力时程曲线分析比较,进一步验证了空气柱长度理论计算表达式以及不同炮孔深度下合适的空气间隔装药结构选取标准的合理性。现场工业试验方面,根据得到的空气柱长度理论计算表达式,结合成昆铁路永广段扩能工程现场实际,进行光面爆破参数设计,并在此基础上对周边孔不同空气间隔装药开展现场工业试验。最终得出:综合考虑爆破效果及装药工艺,现场Ⅲ级围岩宜采用中部空气间隔装药结构以及相应的空气柱长度为2.7m。