光面爆破法在道路工程中的应用

光面爆破法在道路施工中的应用摘要：本文结合工程施工实例，对光面爆破工作原理和施工技术进行探讨。关键词：光面爆破爆破参数爆破网路ApplicationofTheSmoothBlastingforRoadConstructionAbstractThisarticlecombiningtheengineeringexample,expatiatingtheworkprincipleandtheconstructiontechniquefortheSmoothBlasting.Keywordssmoothblastingblastingparameterblastingcircuit1、概述光面爆破又称修边爆破，是控制爆破中的一种爆破方法，目的是使爆破后留下的围岩具有光滑的表面，并保护它不受损伤，常用于断面周边一层岩石的爆破，在公路施工中可用于控制边坡。使用光面爆破技术时，要求岩石较坚固，否则不能取得令人满意的效果。省道212线K4+899.80～K5+083.00段，是本公司施工的路段，表土层下是致密的石灰岩层，岩石坚固性系数达f=8（SC=800kg/cm2）。经论证，本工程可以使用光面爆破技术来控制边坡。2、光面爆破的原理和爆破参数计算光面爆破的质量决定于周边眼的爆破参数：装药量、炮眼间距和最小抵抗。在本工程施工中，全断面采用药壶爆破法爆破，炮眼参数另行设计，周边光面爆破参数按下述方法确定。2.1、装药量计算：控制装药量的目的是为了降低对围岩的破坏。要求周边眼的装药爆炸后，围岩面上应留有炮眼痕迹。换言之，在爆破荷载作用下，炮眼壁上产生的冲击压力不大于处于体积应力状态下岩石的抗压强度。即：P≤KbSc（式—1）式中：P—炮眼壁上的冲击压力，单位Kg/cm2；Sc—岩石单轴抗压强度，单位Kg/cm2；Kb—在体积应力状态下岩石抗压强度增大系数，K=10，为达到此目的，可采用空气柱式间隔装药（见图—1）。空气柱式间隔装药的原理是：、降低了作用在炮眼壁上的冲击压力峰值。若冲击压力过高，在岩体内激起冲击波，产生压碎圈，使炮眼附近岩石过度破碎，就会消耗大量能量，影响压碎圈以外岩石的破碎效果。如果采用增大装药的不偶合系数的方法，虽然也能达到降低冲击压力的效果，但若装药直径不变，由于增加了炮眼直径，会给打眼带来困难。在空气柱式间隔装药条件下，炮眼壁上产生的冲击压力为：P=(PoD21/8)×(dc/db)6×[lc/(lc+la)](式-2)式中：la—空气柱长度，单位米；lc—装药长度，单位米；Po—炸药密度，单位g/cm2；D1—爆速，单位m/s；dc—装药直径，单位mm；db—炮眼直径，单位mm；n—气体与炮眼壁碰撞时压力增大系数，n=8～11。省道212线我公司施工的路段，岩石坚固性系数f=8（SC=800kg/cm2），使用2#岩石铵梯炸药，这种炸药的药卷直径为dc=32mm，密度Po=1g/cm3，爆速D1=3600m/s，炮眼直径db=42mm。施工中，由于围岩较厚，全断面分梯段爆破，每个梯段高度都达到4米，因此光面爆破孔的炮泥长度可以忽略不计（炮泥长度为20～30cm）。因此，上式中la+lc=lb，其中lb为炮眼长度。由（式—1）和（式—2）可以推导出每米炮眼的装药长度lc。lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6（式—3）计算（式—3）：lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6=(8×10×800×9.8×104/10×1000×36002)×（42/32）6=0.25m则每米炮眼装药量为：qc≤(∏d2c/4)lcPo=(3.14×3.22/4)×25×1=205g、增大了应力波作用时间。原因有两个：其一，由于降低了冲击压力，减小或消除了冲击波作用，相应地增大了应力波能量，从而能够增加应力波的作用时间；其二，当两段装药间存有空气柱时，装药爆炸后，首先在空气柱内激起相向传播的空气冲击波，并在空气柱中心发生碰撞，使压力增高，同时产生反射冲击波于相反方向传播，其后又发生反射和碰撞。炮眼内空气冲击波往返传播，发生多次碰撞，增加了冲击波及其激起的应力波的作用时间。图—2是在相同条件下的连续装药和空气柱间隔装药的应力波形。图中，空气柱式间隔装药激起的应力波，其峰值应力减小，应力波作用时间增大，又由于空气冲击波碰撞，在应力波波形上可以看到两个峰值应力，但总的来看，应力变化比较缓和。(a）（b）图—2连续装药和空气柱式间隔装药激起应力波波形的比较a—连续装药b—空气柱间隔装药、增大了应力波传给岩石的能量，而且比冲量I（是指应力波通过时经单位面积传给岩石的冲量称为比冲量。）其计算式为I=∫tsojx(t)dt,式中ts—应力波作用时间；jx（t）—应力随时间变化的函数即应力波波形。沿炮眼分布较均匀，这是以上两点原因带来的结果。由于空气柱式间隔装药有以上三个方面的作用，因此，在一定的岩石和炸药条件下，合理确定空气柱与装药长度比值（见表一1），就能提高炸药能量的有效利用和改善爆破效果。合理空气柱长度表—1岩石性质空气柱长度与装药药长度的比值值软石0.35～0.44中等坚固性多裂隙隙岩石（f=8～11）0.3～0.322中等坚固性块体岩岩石（f=8～11）0.21～0.227多裂隙的坚固岩石石0.15～0.22坚固、韧性具有多多裂隙的岩石石0.15～0.22由已知条件，本工程的空气柱长度与装药长度的比值可定为0.25：1。2.2、炮眼间距的计算确定炮眼间距是为了沿周边眼布置线形成贯穿裂缝，确保壁面光滑。裂隙形成的机理有以下两点：、应力波的干涉。当相邻两装药同时爆炸时，应力波在装药连线上叠加的情况见图—3。从图中可以看出，当两个装药同时爆炸时，各自产生的应力波沿装药连线相向传播，经一定时间后，孔壁处应力达到峰值，其后，由于应力波的相互干涉，装药连线中点处的应力开始增大，达到峰值后再逐渐减小。为形成贯穿裂缝，在相邻装药连线中点上产生图—3相邻两装药同时爆炸时，装药连线上应力的变化（图上数字为经历时间，微秒）的拉应力等于岩石的抗拉强度。设若作用在炮眼壁上的初始应力峰值为P，则在相邻装药连线中点上产生的最大拉应力为：σo=2bp/re（式—4）式中：r—对比距离，r=a/db（a为炮眼间距）e—应力波衰减指数，e=2－[v/(1-v)]（v为岩石泊松比，本工程围岩泊松比v=0.25）b—切向应力与径向应力的比值，b=v/(1-v)将r=a/db,σo=ST（ST为岩石的抗拉强度，本工程ST=67kg/cm2）代换后，由（式—4）可以求得炮眼间距：a=(2bP/re)1/edb（式—5）计算上式：e=2－[v/(1-v)]=2－[0.25/(1-0.25)]=1.67b=v/(1-v)=0.25/(1-0.25)=0.33P=KbSc=10×800=8000Kg/cm2则a=(2bP/re)1/edb=(2×0.33×8000/67)1/1.67×4.2=57cm、应力波与爆炸气体的综合作用，只有在相邻两装药同时爆炸的条件下，才有可能产生应力波的叠加。为保证这样的条件，光爆层装药须待主体爆破结束后，采用时差最小的瞬发雷管起爆。如果采用的雷管时差较大，就难以保证应力波在装药连线上发生相互作用。在这种情况下，相邻装药的贯穿裂缝通常不是靠应力波的叠加形成的，而是各装药激起的应力波先在各自炮眼壁上产生初始裂缝，然后，在爆炸气体静压作用下，使之扩展贯穿。2.3、最小抵抗线的计算为了使光爆层脱离原岩体，并防止在反射波作用下产生超挖，必须合理确定周边眼的最小抵抗，即光爆层的厚度。最小抵抗过大，光爆层岩石将得不到适当的破碎。甚至不能使其沿炮眼底部最小抵抗切割下来；反之，最小抵抗过小，在反射波作用下，围岩内将产生较多、较长的裂隙，影响边坡的稳定性，甚至造成围岩片落、超挖和边坡表面凹凸不平。确定周边眼的最小抵抗在于合理选择装药临近系数m。为了获得良好的光爆效果，m值应根据围岩的性质来选择。光爆层岩石的崩落类似于露天台阶爆破，可用下式来确定最小抵抗W：W=qb/calb（式—6）式中qb—炮眼内的装药量，Kg；Ib—炮眼长度，m；a—炮眼间距，m；c—爆破系数，相当于单位耗药量，取c=0.5Kg/m3计算上式：qb=Ibqc=4×0.205=0.82Kga=0.57mW=qb/calb=0.87/0.5×0.57×5=0.74m光爆层炮眼的邻近系数为：m=a/W=0.57/0.74=0.773、爆破器材和电爆网路计算3.1、爆破器材、炸药：选用2#岩石铵梯炸药。、雷管：选用8号纸壳瞬发电雷管，脚线是铁质的，桥丝为康铜桥丝，雷管的全电阻为2.95～3.40Ω。敷设网路前，要逐个测定每个雷管的电阻，检查有无断路、短路或电阻特大、特小的雷管，并选出电阻值相近的雷管来使用，以保证可靠起爆。、起爆电源：本工程使用照明线作为起爆电源。此时，须在安全地点设置放炮开关。放炮开关包括动力电源开关盒、放炮电源开关盒和放炮刀闸盒三部份。（见图—4）。图—4放炮开关示意图a—动力电源开关b—放炮电源开关c—放炮刀闸盒1—动力线2—双刀双掷刀闸3—保险丝4—插座5—短路杆6—指示灯7—插头8—放炮母线放炮前，刀闸处于短路状态，防止外部电源（如杂散电流）进入雷管。放炮时，按顺序合闸。每次合闸均需发出信号，以保证安全。3.2、电爆网路计算电爆网路由电雷管、端线（加长电雷管脚线，使之能引出炮孔口）、放炮母线组成。本工程采用串并联方式连接电雷管，其电路图见图—5由图—5可以看出，当若干发电雷管连成一个电爆网路，用同一电源起爆时，由于各发电雷管对电能作用表现出的敏感程度不同，最敏感的雷管将最先被引爆并切断电路，这时，若不敏感的电雷管的引火头还未点燃，就会产生拒爆现象。图—5电雷管连接方式示意图雷管的拒爆直接影响着爆破效果，而且处理起来既麻烦又危险。因此，爆破设计和施工中应力求网路中的所有雷管都能可靠起爆。实践证明，要保证电爆网路中的所有电雷管都能可靠起爆，必须满足以下两个条件：、同一电爆网路中使用的电雷管应是同一厂家同批生产的同规格产品，电雷管在使用前须经测试合格；、电源分配给网路中任一发雷管的电流都不得小于规定的准爆电流。对大爆破，直流电起爆时电流不小于2.5A，交流电不小于4A。对一般爆破，直流电不小于2A，交流电不小于2.5A。根据施工进度要求，本工程每循环进尺为5m，即每边的修边炮孔有9个，共有2组并联。经实测，母线电阻为5.3Ω，每发电雷管电阻为3.1Ω，可用下式计算通过每发电雷管的电流。I=u/(mRm+nRd)式—7式中u—电源电压；m—分支数目；Rm—母线电阻；n—个分支电路内的雷管数；Rd—雷管电阻。计算上式：I=u/(mRm+nRd)=220/(2×5.3+9×3.1)=5.7A＞I准=2.5A符合准爆条件，电雷管能安全起爆。4、爆破图表4.1、炮眼布置方法原则上，周边眼应布置在设计轮廓线上，但为便于打眼，可以向外偏斜一定角度。偏斜角的角度根据炮眼深度来调整，眼底落在设计轮廓线外不超过100mm，最小抵抗从眼底算起，炮眼布置图见图—6。4.2、炮眼布置参数表炮眼参数在上面已经计算过。炮眼布置参数和装药量参数表表—2炮眼名称炮眼长度m倾角每眼装药量Kg炮泥长度m起爆方向炮眼间距m抵抗线w雷管个数垂直方向水平方向周边眼415.7o74.3o0.820.3反向0.570.7418主要爆破条件和技术经济指标表—3项目名称单位数量岩石坚固性系数8凿岩机（型号）台YT—23气腿式2