水里工程爆破工程

第二章】爆破基础〖本章内容导航〗「“态一、爆破与爆炸杠.二、基本概念「“态•一、无限均匀介质的爆破作用T二、有限介质的爆破作用I 三、药包量计算「强一、孔眼爆破「强•二、洞室爆破T三、改善爆破效果方法及措施「找一、炸药的基本性能I ■二、爆破的安全控制〖概述〗〖第一节〗爆破的基本原理及药量计算〖第二节〗爆破的基本方法〖第三节〗特种爆破技术〖第四节〗炸药的性能及爆破的安全控制概述一．爆破与爆炸请看爆破动画1（爆破漏斗的形成）、爆破动画2爆破：爆炸作用于周围介质的破坏效应结果。爆炸：物质内能的高速释放过程，分化学爆炸和物理爆炸炸药爆炸属于化学爆炸，指炸药在一定的起爆能的作用下，在瞬时内发生化学分解产生高温和高压的气体。二．基本概念1．冲击波：炸药爆炸后对相邻介质的冲击压力以波的形式向四周传播，使介质受到一定程度的破坏。2．炸轰波：炸药在局部引爆后迅速扩展到全体，从引爆到爆炸全部结束在炸药中传播的化学反应能的波的形式。二者的关系:1、 炸轰波是介质中冲击波的激发源，即介质中的冲击波是由炸药爆炸时产生炸轰波引起的。2、 炸轰波是与炸药同时发生反应的冲击波，它是在炸药中传播的冲击波而冲击波是指在岩体介质中传播的波。3、炸轰波与冲击波在炸药中以同一速度传播，但炸轰波总比冲击波滞后一个时段。第一节爆破的基本原理及药量计算插图一爆破作用示意图一．无限均匀介质的爆破作用1．基本假定药包是球形药包是放在无限介质中介质是均匀的各向同性2．爆破作用范围压缩圈（粉碎圈）Rc抛掷圈 R松动圈（破裂圈）Rp震动圈 Rz二．有限介质的爆破作用1．基本概念：临空面：爆破介质与空气的交界面自由面：不同介质的交界面声抗阻系数：pc（p为介质的密度kg/",c为纵波传播速度m/s）2．临空面发射拉应力的破坏作用透射波产生的应力口=纭（1-啄反射波产生的应力'N=皿/S为爆破冲击波产生的应力， ，两介质的声抗阻系数之比。临空面的作用可见：当药包在介质1中爆破N=1时，S=o即：不会形成反射应力波N<1时,66均为压缩波不同N=0（即在空气中爆破，岩石面受到加倍的压缩作用）N>1时，勺透射压缩波碍反射拉伸波不同"Teo（即在岩石中爆破，应力波向临空面发射，全部生成反射拉伸波，可能引起岩石的破坏）可看出充分利用自由面的存在对爆炸应力波的作用，一般地，每增加一个自由面，单位耗药量减少10%〜20%，即提高爆破能量利用率具有十分重要的意义。3．爆破漏斗插图二爆破漏斗：在有限介质中的爆破，当药包中心距离自由面较小时，药室周围的岩石发生压缩粉碎破坏和径向与环向裂缝的交错破裂，同时自由面处的岩石发生落片破裂，若爆轰气体还有一定的膨胀压力时会把一部分已破裂的岩石抛掷出去，形成爆破坑称爆破漏斗。爆破漏斗的几何参数：最小抵抗线长W：药包中心至自由面的最短距离爆破漏斗半径r爆破漏斗的底圆半径爆破作用半径R：药包中心至爆破漏斗底圆圆周上任一点距离可见漏斗深度L爆破漏斗底部到自由面的最短距离爆破作用指数n：n=r/W爆破的分类：标准抛掷爆破n=1加强抛掷爆破n>1减弱抛掷爆破0.75<n<1松动爆破0.33<nW0.75隐藏式爆破（临空面不会破坏）nW0.33三．药包量计算药包的分类：按形状分类①集中药包②延长药包集中药包：药包的最长边与最短边的比值小于等于4延长药包：药包的最长边与最短边的比值大于4单个集中药包的药包量计算一般公式：根据实践证明在单一的水平自由面条件下，自由面附近（抵抗线小于25m）岩体内单个集中药包爆破形成的爆破漏斗，其爆落的岩石方量与装药量成正比。Q二K/V标准抛掷爆破药包量计算卩=1看喩=1加3 3其他爆破的药包量计算e=加强抛掷爆破了⑹=04+G亦减弱抛掷爆破减弱抛掷爆破松动爆破畑=记或0.33〜0.55若采用非标准炸药药包量计算eK~Ke二eb/eiK为标准情况下单位耗药量（kg/m3）eb为标准炸药的爆力值（cm3）,2号岩石铵锑炸药的暴力320cm3ei为采用炸药的爆力值（cm3）标准情况：标准抛掷爆破，标准炸药，在一个临空面的平地上爆破药包量计算的总公式：临空面的影响若临空面2个以上单位耗药量会减少2个临空面K—0.83K3个临空面K—0.67K4个临空面K—0.50K3．垂直于临空面的延长药包量计算最小抵抗线长：W=LW+LZ/2=2L/3+L/6=5L/6LW为药包顶面与自由面的距离LZ为药包埋藏深度,O=125^7W/药包量的计算：它选择适当的炮孔直径来容纳这些炸药量：Q装二LZA©2n/4二L△口2n/12△为装药密度t/m3第二节爆破的基本方法插图一阶梯爆破布孔示意图．孔眼爆破浅孔爆破法：孔径小于75mm，孔深小于5m深孔爆破法：孔径大于75mm，孔深大于5m1．炮孔布置原则：I充分利用临空面或创造临空面，形成阶梯II炮孔与岩石层面和节理面正交，不宜穿过与地面贯穿的裂缝2．布孔的技术参数：计算抵抗线长Wp（m）浅孔：Wp=KWd深孔：Wp=HDnd/150KW为岩石性质对抵抗线的影响系数，通常采用15〜30,岩性越软取值越大，d为炮孔直径，浅孔以m计，深孔以mm计H为阶梯高度，mD为岩石硬度影响系数，一般取0.46〜0.56，n为阶梯高度系数，阶梯高度H（m）浅孔H=KHWpKH为防止爆破顶面逸出的系数，通常1.2〜2.0深孔的阶梯高度H主要根据总挖深、地层岩石情况以及挖掘机对掌子高度要求等综合确定。炮孔深度L（m）浅孔（竖直钻孔）L=KLH深孔（竖直钻孔）L=H+^HKL为岩性对孔深的影响系数，通常，对坚硬岩石取1.1〜1.15,中等坚硬岩石取1.0，松软岩石取0.85〜0.95△H为超钻深度，山，取（0.12〜0.3）Wp炮孔间距a（m）浅孔a=KaWp深孔a=（0.7〜1.4）WpKa为起爆方式对孔距的影响系数，火花起爆取1.0〜1.5,电气起爆取1.2〜2.0。炮孔排距b（m）b=asin60o=0.87a炮孔的最小堵塞长度Lmin（m）防止爆生气体逸出，有利于提高爆破效果。浅孔：Lmin《L/2深孔：Lmin《Wp3．孔眼爆破的药量计算：单孔装药量：Q=0.33KHWpa各种布孔参数用上式确定装药量后应根据孔径及最小堵塞长度复核是否满足允许最大装药量的要求，否则应调整布孔参数。二．洞室爆破插图二洞室爆破洞室布置示意图1．适用情况：用于大量爆破采料、截流或定向爆破筑坝等2．导洞和洞室的布置：导洞可选择平洞或竖井，当开挖工作量相近时选择平洞更方便施工、节约投资。平洞截面一般1.2mX1.8m，不宜过长，竖井一般1.5m见方，深度不宜超过30m。连接药室的洞井宜布置成T型或倒T型。对条形布药可利用与自由面平行的平洞，集中药包的药室接近立方体为好。药室布置：集中布药a=（1.1〜1.2）Wpb=（1.3〜1.4）Wp，条形布药根据装药量和不耦合系数大小定。其中a为药室间距，b为药室排距，Wp为相邻药室的平均最小抵抗线长。药量计算:V=CQ/AC为炸药的装填系数，有支护时1.5〜1.8，无支护取1.1〜1.25,散装取小值，袋装取大值。Q为装药量，t△为炸药密实度，t/m3施工要点：装药:装药前，洞内松石须处理；装药时，导洞和药室应采用12〜36V的低压电灯照明。装药程序为先在药室周围装填炸药一再放置猛度较高性能稳定的炸药f最后于中部放置起爆体。堵塞：先用木板封闭药室一再用粘壤土堵塞3〜5m-最后用石渣料堵塞。总长不应小于（1.2〜1.5）Wp三．改善爆破效果方法及措施提高爆破的有效能量利用率1．合理利用或创造人工自由面2．采用毫秒微差挤压爆破3．分段装药爆破4．采用不耦合装药5．保证堵塞长度和堵塞质量第三节特种爆破技术类型：定向爆破、光面爆破、预裂爆破、岩塞爆破、建筑物拆除爆破一．定向爆破原理及其筑坝技术插图一定向爆破筑坝药包布置示意图1．原理：根据爆破流体力学可推求得同时实验也证明，抛掷速度与介质质点距药包中心R的三次方成反比，该介质获得的抛掷动能EK与R的六次方成反比。同时说明临空面对抛掷速度的影响，临空面越向内弯曲，即R0越小，则V越大，EK越大，抛掷越集中，表现了临空面的聚能作用。结论：介质流主要沿药包中心至临空面的最短距离，即沿最小抵抗线W方向抛射是必然结果。2．定向爆破筑坝（1973年石砭峪定向爆破筑坝，总药量1589T,上坝堆石143.7万方，为我国规模最大的一次定向爆破筑坝工程）要求：地形上要求河谷狭窄，岸坡陡峻（40度以上）山高山厚应为设计坝高的两倍以上。地质上要求爆区岩性均匀、强度高、构造简单等水工上要求，（对坝体有防渗要求的采用斜墙防渗）施工上要求爆前完成导流建筑物、布药岸的交通、药室的施工及引爆系统敷设。药包布置：可一岸布药，或两岸布药。药包布置在安全前提下尽量提高抛掷上坝方量。药包位于正常高水位以上大于垂直破坏半径，药包与坝肩的水平距离应大于水平破坏半径药包布置应尽量利用天然凹岸技术参数：定向爆破多用加强抛掷爆破，爆破作用指数n采用1.0〜1.75，岸坡陡、河谷窄取小值，反之，取大值。n值的确定有以下几种方法。I按抛掷距离：n=5X/W，其中X为药包中心起至最远水平抛距II平坦地面可按抛掷介质的百分率：n=E/55+0.5，其中E为设计介质抛掷的百分率

Ill斜坡地可按爆破区的坡度0:当0=70度〜45度时，n=1.0〜1.25当0=45度〜30度时，n=1.25〜1.5当0=30度〜20度时，n=1.5〜1.75最小抵抗线长W值主要取决于抛掷方向和抛距的要求，同时应满足爆落和抛掷方量。W与药包埋深之比应在0.6〜0.8斜坡地面爆破漏斗的几何参数计算:插图二斜坡地爆破示意图22V=AW/3"1+乞IIIE瓊丄Kr对土质、松软岩石及中硬岩石取0.04,V=AW/3"1+乞IIIE瓊丄Kr对土质、松软岩石及中硬岩石取0.04,对于坚硬岩石取0.016③药包的水平间距（a）和层或垂直间距（b）应满足0.5W（n+1）WaWnWWnWbW药量计算:集中药包W>25mWW25mWW25m请看秭归旧城图、秭归旧城爆破、秭归爆破后二．预裂爆破（多用于明挖）插图三预裂爆破布孔和装药1．定义：在主体爆破前，在设计轮廓线上预先炸出一条一定宽度的裂缝。2．预裂原理：由于不耦合装药（即药包和孔壁间有环状空隙），空隙的存在削减了作用在孔壁上的爆压峰值，并为孔间彼此提供了聚能的临空面。削减后的爆压峰值不致使孔壁产生明显的压缩破坏，只切向拉力使炮孔四周产生径向裂纹，加之临空面聚能作用使孔间连线产生应力集中，孔间裂纹发展，而滞后的高压气体沿缝产生“气刃”劈裂作用，使周边孔间连线上裂纹全部贯通。3．施工技术参数：选择适当的炮孔直径，不耦合系数（即炮孔直径与药卷直径比值）一般2〜4,（经验数据及公式炮孔直径通常50〜200mm多取于葛洲坝工程炮孔孔距一般为孔径的8〜12倍，炮孔孔距与岩石特性、炸药性质、装药情况、缝壁平整度、孔径大小有关。线性分散装药,，预裂炮孔内间隔装药，线装药密度取200〜400g/m。钻孔轴线与设计开挖边线的偏离值控制在15cm内。预裂炮孔孔口应用不小于10mm的砾石堵塞。起爆可用传爆线或毫秒微差雷管，起爆时差控制在10ms内。其他经验可补充如下：钻孔质量影响效果，尤其是岩壁的不平整度；小直径、密间距与低线装药密度，成型效果好；在孔深较大时，为克服夹制作用保证裂缝面的形成，孔底药量酌情适当增加，顶部除了预留不装药的堵塞段外，上部一定长度内线装药密度适当减少；所有药包应绑在导爆索上用雷管施行成组起爆。我国《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（SDJ212-83）附录提供预裂爆破参数。三．光面爆破（多用于地下工程开挖）插图四光爆洞挖布孔1．定义：主体工程爆破之后，利用布置在开挖轮廓线上的炮孔准确地把预留的先爆层在岩石上切下来。2．施工方法：沿设计开挖线布置小孔径，密间距的周边孔，采用低密度、低爆速、低猛度和高爆力的光爆炸药，不耦合装药或间隔装药，进行弱震爆破，炸除沿洞周留下的厚度为最小抵抗线的光爆层，形成光面。3．施工技术参数：炮孔直径50mm以下。当炮眼较深时从经济角度考虑应选用60〜100mm。孔距（12〜16）d，若轮廓线为曲线则加密20cm。控制装药量Q=KaWLL为炮眼长度。控制孔距与最小抵抗线之比a/W=0.8〜1.0,岩石坚韧取大值，岩石松软可取小，甚至达0.5〜0.6。周边孔要同时起爆，钻孔准确度高。光面爆破常用参数可见下表：插图五光爆常用爆破参数值4．光面爆破的优点：超挖少，减少工程量降低开挖后的糙率对围岩的破坏小与预裂爆破相比孔数少，耗药低，起爆时间不象预裂那样先于主爆破孔而是滞后于主爆破孔。四．岩塞爆破（1971年辽宁清河取水工程首次使用并获成功）插图六岩塞爆破示意图1．定义：岩塞爆破是一种水下控制爆破，施工时，先从隧洞出口逆水流向开挖，待掌子面到达水库库底或湖底附近，预留一定厚度的岩塞，当隧洞和进口闸门井全部完建后，再一次将岩塞炸除。2．爆破后的岩渣处理：聚渣爆破：爆前在洞内正对岩塞的下方挖一容积与岩塞体积相当的集渣坑，让爆落的石渣大部分抛入坑内，且保证运行期中坑内石渣不被带走。泄渣爆破：对于灌溉、供水、防洪隧洞取水口岩塞爆破，爆破时闸门开启，借助高速水流将石渣冲出洞口。3．施工技术参数：装药量：° 耳疋沪（CH+0冷）其中n取1〜1.5药室布置及炮孔形式：药室呈“王”字型，药室开挖采用浅孔小炮。岩塞周边宜采用预裂爆破，预裂孔距30cm，孔径45〜55mm，孔深3〜8m。线装药密度220〜270g/m。起爆方式：起爆网路采用复式并一一串一一并，或增补一套传爆线，起爆体可放在塑料袋中，封口涂上黄油，炸