施工技术3-石方工程

第三三章章石石方方工工程程在水水利利工工程程施施工工中中，，石石方方工工程程常常采采用用爆爆破破方方法法，，如如开开挖挖基基坑坑和和地地下下建建筑筑物物，，开开采采石石料料以以及及完完成成某某些些特特定定的的施施工工任任务务等等。。探探索索爆爆破破机机理理，，正正确确掌掌握握各各种种爆爆破破技技术术，，对对石石方方工工程程的的顺顺利利进进行行有有十十分分重重要要的的意意义义。。第一一节节爆爆破破基基本本原原理理及及药药量量计计算算一、、爆爆破破作作用用原原理理爆破破：：炸药药爆爆炸炸属属于于化化学学爆爆炸炸。。炸炸药药在在一一定定起起爆爆能能的的作作用用下下，，在在瞬瞬时时内内发发生生化化学学分分解解，，产产生生强强烈烈的的冲冲击击波波和和高高温温高高压压的的气气体体，，冲冲击击波波作作用用于于周周围围的的介介质质，，使使介介质质产产生生应应力力波波，，若若应应力力波波的的压压应应力力或或拉拉应应力力超超过过介介质质的的抗抗拉拉或或抗抗压压极极限限强强度度，，介介质质就就破破裂裂，，产产生生径径向向裂裂缝缝，，而而高高压压气气体体膨膨胀胀挤挤压压介介质质，，扩扩大大裂裂缝缝，，使使介介质质破破碎碎，，这这就就是是爆爆破破。。(a)无限限介介质质内内(b)有限限介介质质内内1－药药包包；；2－压压缩缩圈圈；；3－抛抛掷掷圈圈；；4－松松动动圈圈；；5－震震动动圈圈；；6－表表面面环环向向裂裂缝缝；；7－内内部部径径向向裂裂缝缝；；8－内部环环向裂缝缝；9－爆破漏漏斗；10－临空面面；11－临空面面裂缝图3-1爆破作用用示意图图1)压缩圈Rc（粉碎圈））紧邻邻药包的的介质若若为塑性性体，将将受到压压缩，形形成一空空腔；若若为脆性性体，将将遭粉碎碎，形成成粉碎圈圈，相应应半径为为压缩半半径或粉粉碎半径径。2)抛掷圈R0除了使介介质破坏坏，介质质中尚有有余裕的的抛掷势势能。有有临空面面时，这这部分介介质将发发生抛掷掷，这个个范围称称为抛掷掷圈，相相应的半半径称为为抛掷半半径。3)松动圈Rp（破裂圈））抛抛掷圈外外的部分分介质，，爆炸作作用只能能使其松松动破裂裂，这一一范围称称为松动动圈或破破裂圈，，相应的的半径称称为松动动半径或或破裂半半径。4)震动圈Rz动圈外的的部分介介质，随随着冲击击波作用用的进一一步衰减减，只能能使这部部分介质质产生震震动，称称为震动动圈，相相应的半半径称为为震动半半径。二、爆破破漏斗爆破漏斗斗：有限介介质中的的爆破，，当药包包的爆破破作用具具有使部部分介质质抛向临临空面的的能量时时，往往往形成一一个倒立立圆锥形形的爆破破坑，形形如漏斗斗。几何特征征参数：：最小抵抗抗线长度度W爆破漏斗斗底半径径r爆破作用用半径R可见漏斗斗深度P抛掷距离离L1－药包；；2－飞碴回回落充填填体；3－坑外堆堆积体图3-2爆破漏斗斗示意图图爆破漏斗斗的几何何特征反反映了药药包重量量和埋深深的关系系，反映映了爆破破作用的的影响范范围。爆破作用用指数：：n＝r/W当n=l即r=W时，称为为标准抛抛掷爆破破；当n>1即r>W时，称为为加强抛抛掷爆破破；当0.75<n<l时，称为为减弱抛抛掷爆破破；当0.33<n≤0.75时，称为为松动爆爆破；当n≤0.33时，称为为隐藏式式爆破。。隐藏式爆爆破只在在介质内内部引起起破坏，，不产生生爆破坑坑，故又又称内部部爆破，，可用于于炸胀药药壶。三、药包包种类及及药包重重量按形状，，药包分分为集中中药包和和延长药药包。用药包的的最长边边L与最短边边a的比值进进行划分分：当L／a≤4时，为集集中药包包；当L／a＞4时，为延延长药包包。集中系数数Ф：式中V—药包中心心至药包包最远点点的距离离，m；b—药包的体体积，m3。药包重量量计算，，对单个个集中药药包可按按下式计计算：式中K—单位耗药药量，kg／m3；W—最小抵抗抗线长度度，m；f(n)—爆破作用用指数函函数。标准抛掷掷爆破：：f(n)=1加强抛掷掷爆破：：f(n)=0.4+0.6n3减弱抛掷掷爆破：：对于松动动爆破：：f(n)=n3；第二节爆破的基基本方法法一、孔眼眼爆破（一）炮炮孔布置置原则布孔时，，宜使炮炮孔与岩岩石层面面和节理理面正交交，不宜宜穿过与与地面贯贯穿的裂裂缝，以以防漏气气，影响响爆破效效果。图3-3梯段爆破破布孔示示意图(二)布孔的技技术参数数1．计算抵抵抗线长长度WP(m)浅孔Wp=KWd深孔Wp=HDηηd/150式中KW—岩石性质质对抵抗抗线的影影响系数数d—炮孔直径径H—阶梯高度度D—岩石硬度度影响系系数η—阶梯高度度系数2．阶梯高度度H(m)浅孔H=KHWp深孔根据据具体情情况而定定。KH为防止爆爆破顶面面逸出的的系数3．炮孔孔深度L(m)浅孔(竖竖直钻孔孔)L=KLH深孔(竖竖直钻孔孔)L=H+△H式中KL—岩性对孔孔深的影影响系数数；△H—超钻深度度。4．炮孔孔间距浅孔a=KaWp深孔a=(0.7~1.4)Wp式中Ka—起爆方式式对孔距距的影响响系数。。5．炮孔排距距双排布孔孔呈等边边三角形形，多排排呈梅花花形。排距：b=asin60°=0.87a6．炮孔的最最小堵塞塞长度浅孔Lmin≮L/2深孔Lmin≮Wp孔眼梯段段爆破多多采用群群孔松动动爆破，，考虑孔孔间联合合作用，，其单孔孔装药量量按下式式计算：：Q=0.33KHWpa(三)孔眼爆破破的药量量计算二、洞室室爆破法法(a)竖井布置置(b)平洞布置置(c)条形药包包布置1－平洞；2－竖井；3－药室图3-4洞室布置置示意图图集中装药药的药室室以接近近立方体体为好。。药室容积积V(m3)：式中C—炸药的装装填系数数；Q—装药量，，t；△—炸药密实实度，t／m3。药室间距距a(m)：式中Wp—相邻药室室的平均均最小抵抵抗线长长度，m。药室排距距b(m)：三、改善善爆破效效果的方方法和措措施(1)合理利用用或创造造人工自自由面；；(2)采用毫秒秒微差挤挤压爆破破；(3)分段装药药爆破；；(4)采用不耦耦合装药药；(5)保证堵塞塞长度和和堵塞质质量。(a)竹节炮(b)竹节坛子子炮1-药包2-空穴3-药壶4-堵塞段5－底部药药包图3-5分段装药药药包第三节特种爆破破技术一、定向向爆破假若在无无限介质质中有两两个空穴穴。A装有球形形药包，，B为空孔。。药孔A爆炸后，，由于空空孔B表面没有有阻力，，介质流流将向B孔集中，，犹如空空孔成了了吸引介介质流的的中心。。若将药药包视为为正极，，空孔视视为负极极，二者者相当于于静电学学中的电电偶，故故称爆炸炸偶极子子，如图图所示。。A-药包（+C实际药包包）B-空孔（-C虚拟药包包）图3-6爆炸偶极极子实际工程程中，药药包与临临空面的的关系，，相当于于爆炸偶偶极子。。设临空空面的曲曲率半径径为R0，药包中心心到临空空任意点点的距离离为R，其最短距距离为最最小抵抗抗线长度度W。当进行抛抛掷爆破破时，介介质从爆爆破漏斗斗中抛出出，其抛抛掷速度度V，由爆破流流体力学学推求可可得如下下关系式式：漏斗内介介质获得得的抛掷掷动能EK可表达为为：(二)定向爆破破筑坝(1)定向爆破破筑坝的的基本要要求(2)定向爆破破筑坝的的药包布布置(a)单岸爆破破(b)双岸爆破破1-药包包；2-爆破漏漏斗；3-爆堆堆顶部轮轮廓线；；4-鞍鞍点；5-坝顶顶高程；；6-导导流隧洞洞图3-7定定向爆破破筑坝的的药包布布置(3)定向爆破破筑坝参参数选择择1)爆破作用用指数n值的选择择2)最小抵抗抗线长度度W值3)药包的水水平间距距a(m)和层或垂垂直间距距b(m)；；应满足：：4)单个集中中药包药药量：条形药包包药量：：二、光面面爆破（（多用于于地下工工程开挖挖）定义：主主体工程程爆破之之后，利利用布置置在开挖挖轮廓线线上的炮炮孔准确确地把预预留的先先爆层在在岩石上上切下来来。施工方法法：沿设设计开挖挖线布置置小孔径径，密间间距的周周边孔，，不耦合合装药或或间隔装装药，弱弱震爆破破，炸除除沿洞周周留下的的厚度为为最小抵抵抗线的的光爆层层，形成成光面。。优点：①①超挖少少，减少少工程量量；②降降低开挖挖后的糙糙率；③③对围岩岩的破坏坏小。④④与预裂裂爆破相相比孔数数少，耗耗药低，，起爆时时间不象象预裂那那样先于于主爆破破孔而是是滞后于于主爆破破孔。图3-8三、预裂裂爆破（（多用于于明挖））定义：在在主体爆爆破前，，在设计计轮廓线线上预先先炸出一一定宽度度的裂缝缝。预预裂原原理：由由于不耦耦合装药药，空隙隙的存在在削减了了作用在在孔壁上上的爆压压峰值，，并为孔孔间彼此此提供了了聚能的的临空面面。削减减后的爆爆压峰值值不致使使孔壁产产生明显显的破坏坏，只切切向拉力力使炮孔孔四周产产生径向向裂纹，，临空面面聚能作作用使孔孔间连线线产生应应力集中中，孔间间裂纹发发展，而而滞后的的高压气气体沿缝缝产生““气刃””劈裂作作用，使使周边孔孔间连线线上裂纹纹全部贯贯通。明槽开挖挖布孔图图药包结构构图1-预裂线2－预裂孔孔3－开挖区区炮孔4－药包5－传爆线线6－堵塞段段图3-9预裂爆破破布孔与与装药图3-14温州中银银大厦拆拆除爆破破工程图3-15广州石化化造粒塔塔爆破工工程第四节钻孔机具具和爆破破器材一、钻孔孔机具钻爆作业业中，钻钻孔消耗耗的时间间占爆破破工程各各工序时时间一半半以上，，而其费费用则占占爆破工工程总费费用70%以上。浅孔作业业多用轻轻型手提提式风钻钻。采石、削削坡和基基础开挖挖作业多多用大型型钻机进进行深孔孔作业。1．回转式式钻机(a)平刃钻头头(b)弧形刃钻钻头(c)普通刃““十”字字形钻头头(d)凸刃“十十”字形形钻头图3-16钻头型式式（单位:mm）图3-17回回转式式钻机2.冲击式钻钻机1－绞车车；2－－偏心轮轮；3－－连杆；；4、5、6－－滑轮7－钢索索；8－－钻具；；9－钻钻架；10－履履带；11－支支承千斤斤顶图3-18冲冲击式钻钻机3.潜孔钻1－钻杆杆；2－－滑架；；3－履履带行走走机构；；4－拉拉杆；5－电动动机；6－减速速箱7－冲击击器；8－钻头头；9－－推压气气缸；10－卷卷扬机；；11－－托架；；12－－滑板；；13－－副钻杆杆图3-19潜潜孔钻二、炸药药和起爆爆器材1．炸药的的性能指指标(1)威力(2)最佳密度度(3)氧平衡(4)安定性(5)敏感度(6)殉爆距2．常用的的工程炸炸药(1)TNT(三硝基甲甲苯)(2)胶质炸药药(硝化甘油油炸药)(3)铵梯炸药药(4)浆状炸药药(5)乳化炸药药3．起爆器器材(1)雷管(2)非电起爆爆器材导火索传传爆爆线导导爆管管雷管(a)火雷管(b)即发电雷雷管(c)延发电雷管(d)安全电雷管1-聚能能穴2-副起起爆线3-正起起爆线4-缓燃剂剂5-点火火桥丝6-雷管外外壳7-密封封胶8-脚线线9-加强强帽10-帽帽孔11-微微型安全全电路图3-20雷雷管三、起爆爆和起爆爆网路1．起爆方方式无论是孔孔眼爆破破还是洞洞室爆破破，当采采用群体体药包时时，都可可采用同同时、延延期，或或组内同同时、组组间延期期的起爆爆方式。。2．起爆方方法(1)非电起爆爆图3-21电气和传传爆线混混合起爆爆网络1－电爆网网络；2－传爆线线网络；；3－起爆传传爆线电电雷管；；4－起爆药药包电雷雷管(2)电气起爆爆(a)串连法；；(b)并联法；；(c)串并联法法；(d)并串联法法；(e)并－串－－并联法法1－电源源；2－－输电线线路；3－药包包；4－－支路图3-22电电爆网路路连接示示例3．电爆网路路设计计算算(1)网路路的总电阻阻:(2)网路路准爆的总总电流:(3)网路路所需的总总电压:(4)通过过每个雷管的的电流强度度I(A)通过每个雷雷管的电流流强度大于于等于最小小准爆电流流[i]式中R1、R2—分别为主线线和电源内内的电阻，，Ω；Rm—最大支路电电阻，Ω；N—支路总数；；n—每个药包并并联雷管个个数。第五节爆破安全控控制一、安全距距离1．飞石安全全距离式中W——最小抵抗线线，m；n——爆破作用指指数；KA——与地形、风风向、风速速和爆破类类型有关的安全全系数；2．爆破地震震作用的安安全距离式中——药包形形状系数，，一般取1/3或1/2；——次同时时起爆药量量，kg；——爆心距测点点的距离，，m；——与地形、地地质和装药药条件有关关的系数；；——震动衰衰减指数。。3．空气冲击击波影响的的安全距离离式中KB—一次同时起起爆药包重重量，kg；Q—与装药情况况和限制破破坏程度有有关的系数数。破坏程度安全级别KB裸露药包埋入药包安全无破坏Ⅰ50~15010~50玻璃窗偶然破坏Ⅰ10~505~10玻璃窗全毁、门窗局部破坏Ⅱ5~102~5隔墙、门窗、板棚破坏Ⅳ2~51~2砖石木结构破坏Ⅴ1.5~20.5~1全部破坏Ⅵ1.5/4．殉爆的的安全距离离(1)炸药药与炸药间间的殉爆安安全距离rs1式中i——储存炸药的的品种编号号；Qi——i种炸药包的的重量，kg；Ksi——i种炸药殉爆爆安全距离离系数。(2)雷管管对炸药的的殉爆安全全距离rs2式中n——贮存雷管个个数。5．有害气体体扩散安全全距离炸药爆炸生生成的各种种有害气体体，如一氧氧化碳、二二氧化碳、、二氧化硫硫和硫化氢氢等，在空空气中的含含量超过一一定数量就就会危及人人身安全。。式中Q——爆破炸药总总重量，t；VB——爆破时可能能出现的最最大风速，，m／s。二、瞎炮及及其处理通过引爆而而未能爆炸炸的药包称