随着我国基础设施建设的不断发展,对岩巷及隧道掘进工程的要求也越来越高,主要有以下三方面要求:①爆破裂纹按照预定方向产生和发展,从而形成平整光滑的开裂面,达到定向断裂岩石的目的;②保护护壁侧岩石少受或免受爆破损伤的影响,提高围岩稳定性;③更好地破碎临空面岩石,减少后续工作量。当前的爆破技术无论在爆破效果、施工难度以及成本控制方面均存在明显不足,因此如何在现有的条件下选择合理的爆破方式并对其进行爆破参数的优化,以较低的施工难度和成本更好地实现上述“三方面要求”成为当前亟待解决的问题。针对上述问题,本文采用数值计算和现场试验相结合的研究方法,对光面护壁爆破进行了如下工作:(1)从理论上对岩石爆破破坏基本理论、光面护壁爆破原理以及爆炸应力波传播衰减规律等进行了分析,明确了光面护壁爆破的机理。(2)通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析单侧护壁管对光面爆破效果的影响,结果证明在单炮孔中添加半圆护壁套管既能定向断裂岩石,又能保护护壁侧岩石少受爆破损伤且更好破碎临空面岩石。(3)基于单炮孔试验结果,将研究推广到双炮孔中,通过在双炮孔中添加单侧护壁管的数值运算模拟实际工程中相邻两炮孔的护壁爆破过程,结果证明在双炮孔中添加半圆护壁套管同样能定向断裂岩石和保护护壁侧岩石少受爆破损伤且更好破碎临空面岩石。(4)针对双炮孔护壁爆破模拟中无用裂缝较多的问题,从设置双层护壁管、减少炸药用量以及增大炮孔间距等三个方面分别进行数值模拟优化并得出了各自的最佳参数。最后,综合考虑上述三个因素,选取各方案的最佳参数进行数值模拟验证,对双炮孔护壁爆破破岩损伤演化和炮孔贯穿过程进行了定性和定量化的分析,得出了当设置双层护壁管、炸药直径为1.5 cm且炮孔间距为40 cm时为最佳爆破方案。(5)通过合理设计现场六组试验证明,护壁套管的存在不仅能够保护护壁侧岩石少受或免受爆破损伤的影响,达到护壁的效果,还能够定向断裂岩石。另外,添加双层护壁管以及增大炮孔间距确实能够有效提高光面护壁爆破效果。试验结果与模拟结果基本一致,也证明了数值模拟结果的正确性。研究结果证明,光面护壁爆破不仅能取得良好的爆破效果,较好地实现上述“三方面要求”;而且其施工难度小、成本消耗低,能够显著提高经济效益,为实现岩巷及隧道工程快速掘进提供了较好的方案。