爆破工程教材132~144

从临空面对爆破效果的影响情况来看，若使冲击应力波发生反射，能引导和促进岩石的破裂发生。有几个临空面的情况下，作为冲击波的反射面，可以产生多次反射波的重复作用，因而增加岩石的破坏范围和效果，大体上临空面的数目与爆破单位体积岩石的耗药量成反比。在松动爆破与加强松动爆破中，主要是将岩体炸成一定块度的松散体，以便于装运。这种爆破方法可结合不同地形条件的自然状态和特征，采用适当的爆破方案便能获得良好的爆破效果。特别是在陡坡悬崖及多面临空的地形条件，其经济效果更为显著，爆破１m3岩石的炸药消耗量通常为０.３～０．６ｋｇ。在平坦地面的抛掷爆破，一般爆破每１m3岩石的炸药消耗量为1.5～2.0ｋｇ。而垭口凹地和沟谷地段，由于地形的限制，爆破夹制作用较大，采用大量爆破是极为不利的，因而应该尽量避免在这类地形条件下采用大量爆破的方法。在斜坡地面上进行抛掷爆破时，往往要求将岩块抛出爆破漏斗或路堑境界以外，以降低山体高度和减少装运工程量。这类爆破每13m岩石的炸药消耗量通常为0.8～1.5ｋｇ。其抛掷百分率与地形条件有关，即地形坡度愈陡，抛掷率愈高，最大可达７０％～８０％左右。定向爆破对地形条件的要求更高，因为它要求爆破岩块抛掷或滑移堆积到一定的方位和堆积成一定形状。定向的形式基本有三种：一是面定向；二是线定向；三是点定向。在平整场地建设中利用定向爆破抛掷堆积成平坦地形的叫做面定向；开挖各种路堑、沟渠、路堤等工程向一侧定向抛掷的叫线定向；在水利水电建设中，采用定向爆破筑坝以及矿山工程的定向爆破堆筑尾矿坝和铁路交通挖填交界处的移挖做填的爆破，都叫点定向。面定向与线定向对地形条件的要求都不及点定向高，坡度在４５°以上的地形定向效果最好，例如在路基土石方工程中，充分利用地形条件，采用定向爆破移挖做填或借土填方，便能同时完成挖、装、运、卸、散、夯等各种工序，得到极为有利的技术经济效果。还必须指出，天然的冲沟、单薄的山脊和孤山峰等多面临空的地形条件，对于定向爆破的方向和集中程度影响极大，在布置药包时都必须特别注意。如果由药包中心到第二临空面的距离小于药包破坏半径2n1WR的1.3～1.4倍时，便不能保证良好的定向效果；如果小于0.8～0.9倍破坏半径Ｒ值时，甚至爆破的方向也不能得到保证。可见，从地形条件上严格加以控制，以利爆破岩块向指定的方向和位置集中抛掷堆积，都是十分重要的。在深孔爆破和条形药包爆破设计中，第一排药包的布置和装药结构必须根据地形的变化加以调整，地形低凹处需减少炸药量或后移药包，而地形凸起处，最小抵抗线加大，需增加药量或前移药包，这样才能达到统一的爆破要求。４．４．３特殊地质条件对爆破影响（１）岩溶对爆破的影响在岩溶地区进行爆破工作时，由于地质物理现象的特殊性，往往遇到岩溶问题（即大小不同的溶洞或互相连接成暗河）。在矿山的爆破工程中，除遇有岩溶问题外，还存在旧洞（窿）或采空区对爆破工程的影响问题。它们对爆破作用的影响，在性质上基本上是一样的。１）溶洞对定向抛掷方向的影响如图４-1５所示，设计药包的抛掷方向是沿着最小抵抗线1W进行定向抛掷的。由于药包至溶洞的距离2W比1W小，因而岩块抛掷方向便沿着2W方向集中抛掷到溶洞中。２）溶洞对抛掷方量的影响如图４-１５所示，药包布置在溶洞上方进行抛掷大爆破，由于爆破的能量密度向溶洞方向集中，因而大大地降低了爆破抛掷方量的效果。图４—１５溶洞对爆破抛掷方向和方量的影响图４—１６溶洞对爆破安全技术的影响同样地，在一些溶蚀沟缝或岩溶中，由于充填的黏土常常造成吸收爆炸能量或漏气等情况而降低爆破威力，缩小爆破漏斗尺寸，减少爆破方量。３）溶洞对安全技术的影响如图４-１６所示溶洞位于药包前的最小抵抗线方向及其附近，由于爆炸能量向抛掷方向的溶洞集中，往往造成部分抛掷岩块堆积到设计范围以外，甚至引起“冲天炮”情况，造成严重的爆破安全事故。如果药室顶部有溶洞时，又会造成洞顶塌落的可能。由于岩溶的作用，常常造成爆破能量密度分布不均匀，有的位置爆破岩块过细，有的岩块过大，甚至出现特大岩块及爆后边坡稳定的问题。实践经验表明，为了避免溶洞对爆破效果的影响，对于一般岩溶，采用如下措施进行处理能取得良好效果：①在可能的条件下，利用溶洞作为导硐药室，既可避免对爆破的影响，又可减少导硐药室开挖工作量。②将药包附近的溶洞用土石方进行堵塞。堵塞的长度自药包中心至溶洞堵塞部分的距离应大于最小抵抗线。③调整药包位置，使药包中心至溶洞的距离接近或大于最小抵抗线的长度。④如果溶洞与线路方向接近垂直时，可在溶洞两侧布置两个同时起爆的药包；如果溶洞容积不大，可以不进行堵塞。⑤在岩溶发育地区，不宜采用定向抛掷大爆破，而应采用松动爆破。⑥在某些情况下，可以利用炸药处理空洞。即在洞中装入适量的炸药，与邻近药包同时爆炸，使洞中瞬间充满一定的爆炸气体压力，以平衡其附近药包爆炸作用的影响。⑦采取施工安全技术措施，爆破时加强安全警戒工作。（２）地下水对爆破的影响在硐室爆破中地下水对爆破的影响，主要是对爆破前的导硐、药室开挖、装药、堵塞等施工条件有直接的影响。如果导硐、药室处在地下水位以下，对药包的有效防水措施应特别注意，否则将造成盲炮或影响爆破效果。对地下水发育地区，应该考虑防水炸药，或在药室设计时采用有效的排水措施，消除地下水的危害性。在钻孔爆破中地下水对爆破的影响，主要是对钻孔和装药、堵塞施工作业的影响。当钻孔达到地下水位以下，孔内渗水，使得凿岩岩屑不易吹出孔外，容易发生卡钻；装药过程中，孔内有水，即使装入防水炸药，也因水的浮力，使药卷不易沉入孔底，有时装入药卷会因脱节不连续而发生不殉爆，影响爆破效果，造成安全隐患。在堵塞炮孔时，若孔口溢水，回填的砂土粒不能反向下沉，使得孔口堵塞不严实，常会发生冲炮，减弱爆破作用力。在这种情况下，及时排水和采取有效的装药、填塞措施是十分必要的。４．５爆破对工程地质条件影响在做爆破设计时，除按设计任务书的要求做出合理的设计外，尚应充分预测爆破作用对设计范围以外工程地质条件的不利影响。这种不利影响也许在爆后短时间内并不显现，但在以后外界的应力作用下会有所反映，因此必须充分重视。４．５．１爆破对保留岩体破坏根据爆破作用的基本原则，在有临空面的半无限介质中爆炸，从药包中心向外分成压缩区、爆破漏斗区、破裂区和振动区。压缩区和爆破漏斗区是爆破后需挖运的范围，而破裂区和振动区将是爆破对工程地质条件改变影响的区域。破裂区的裂缝大部分是由反射拉伸波和应力波作用沿岩体中原有节理裂隙扩展而成，底部基岩中的裂隙有一部分是岩体破裂出现的新裂隙。通常爆区后缘边坡地表破坏范围比深层垂直破坏范围大，地表破坏与深层垂直破坏有不同的特点。（１）后缘地表的破坏爆破对后缘地表的破坏是由后冲和反射拉伸波作用所形成的，裂缝常常沿着平行临空面的方向延展。地表裂隙距爆破区越近就越宽越密，地表裂缝宽度和延展长度则与爆破规模、爆破夹制作用和地形地质条件有关。爆破规模大、爆破夹制作用强，则地表裂缝破坏程度强。由于地表一般为风化破碎岩体，抗拉强度小，易形成裂缝。尽管地表裂缝破坏范围较大，但也不是没有办法减小其危害，不论是深孔爆破还是硐室大爆破，已有很多成功的实例。在爆破区的最后排或破裂线后缘预先钻一排预裂孔，首先进行预裂爆破后再进行主爆破，其后缘地表裂缝可大大减轻甚至不出现后缘拉裂缝，而且爆后边坡平直整齐。因此，目前预裂爆破已是提高边坡开挖质量的重要手段。（２）深层基岩的破坏爆破对深层基岩的破坏情况，根据工程性质不同，要求有所不同。一般开山采石不需要考虑基岩破坏；路堑开挖爆破仅考虑药包周围压缩圈产生的破坏范围，一般情况下路堑开挖需给路基和边坡预留保护层，保护层厚度为压缩圈半径；而在水工坝基开挖中，即使爆破作用下产生的微小裂缝也被视为对基岩的破坏。经验表明，药包以下出现裂缝的破坏半径不会超过它的最小抵抗线，因此在坝基开挖中一般上层采用深孔爆破，下层采用浅孔爆破，最底层采用人工凿除办法。为减小爆破对深层基岩破坏，也有人采用水平炮孔进行预裂爆破，形成预裂水平面，以阻止上层爆破裂缝向下扩展。根据实测，爆破质点振动速度与土岩破坏特征的关系如表４-１３所示。表４-１３爆破振动速度与土岩破坏特征表编号振动速度（ｃｍ·-1s）土岩破坏特征１０.８～２.２不受影响２１０隧洞顶部有个别落石，低强度岩石破坏３１１产生松石及小块震落４１３原有裂缝张开或产生新的细裂缝５１９大石滚落６２６边坡有较小的张开裂隙７５２大块浮石翻倒８５６地表有小裂缝９７６花岗岩露头上裂缝宽约３ｃｍ１０１１０花岗岩露头上裂缝宽约３ｃｍ，地表有裂缝超过１０ｃｍ，表土断裂成块１１１６０岩石崩裂，地形有明显变化１２２３４巷道顶壁及混凝土支座严重破坏４．５．２爆破对边坡稳定性影响爆破产生的边坡失稳灾害分为两类：一类为爆破振动引起的自然高边坡失稳；另一类为爆破开挖后残留边坡遭受破坏，日后风化作用引发不断的塌方失稳。一般情况下边坡失稳由药室法大爆破引起。药室法大爆破产生的振动强烈，对岩体破坏程度和范围较大，所以在药室法大爆破设计中应对边坡稳定性影响有足够重视。（１）爆破对自然边坡的稳定性影响爆破对自然边坡稳定性影响一方面取决于爆破振动强度，另一方面取决于坡体自身的地质条件。从统计资料来看，边坡坡角在３５°以上的容易发生失稳破坏。此外根据工程地质分析和实践经验证实，如下４种地质结构易发生爆破振动边坡失稳：①爆区附近的坡体内已有贯通的滑动面，或干脆为发育的古滑坡，爆前坡体靠滑动面的抗剪强度维持稳定，爆破时强烈的振动作用，使滑动面抗剪强度下降或损失，引起大方量的滑塌或古滑坡复活（见表４-１４中的示意图）。这类坡体失稳因滑方量大，一般造成危害也大。如石砭峪爆破筑坝时，导流洞进口处顶部岸边岩体滑塌就属这一类，滑塌方量达１０．４万ｍ3，将导流洞进口堵死，给坝体安全带来了严重威胁。表４-１４边坡振动失稳成因分类表类别第一类第二类第三类第四类示意图说明沿已有滑动面滑动结构面贯通而滑动柱状节理切割的岩柱散裂而坍塌危石振动滚落②坡体内虽然没有贯通的滑动面，但坡体内至少发育有一组倾向坡体外的节理裂隙，岩石强度较低，在爆破振动作用下，该组裂隙面进一步扩展，致使节理裂隙部分甚至全部贯通，产生滑移变形，日后在降雨的影响下经常滑动，最后完全失稳（参见表４-１４中第二类示意图）。这类坡体失稳由于需要一定的变形时间，所以如有必要可以在爆后作适当处理，不致造成较大危害。如南水电站爆破筑坝后，爆破漏斗壁和上、下游边坡经常发生掉块和小变形，其变形量与降雨量有关，终于在１９６２年３月２９日，一次滑动和坍塌几百方。③尽管坡体内没有贯通的滑动面，也没有倾向坡外的节理组发育，也就是说似乎不可能形成危险的滑动面，然而岩体内垂直柱状节理十分发育，而且边坡高陡，这在岩浆岩类的安山岩、玄武岩地区多见。这类边坡受到强烈的爆破振动时，尤其在坡缘处振动波叠加反射波使振动加强，当振动变形超过一定限度后，岩柱拉裂折断，整个岩体散裂导致边坡坍塌（见表4—14中第三类示意图）。这类边坡失稳产生塌方量一般也较大。如山西里册峪水库定向爆破筑坝工程，主爆区漏斗外围下游发生５２００2m面积的大滑塌就是这种类型的典型例子。该工程滑塌区岩性为安山岩，柱状节理发育，滑塌后的地面形状由参差不齐的节理面组成，并没有一个由“最危险的软弱结构面”形成的大溜光面。再如福溪水库，垂直柱状节理也发育，爆后岸边的散裂坍塌现象也较严重。④坡体内节理、裂隙不很发育，岩体较完整，只是坡缘局部发育成冲沟或陡倾张开性裂隙，将岩体完全分割成摇摇欲坠的危石，在爆破振动作用下，被分割的危石脱离母体翻滚而下，形成崩塌；或爆破时还没崩落，但稳定性进一步降低，日后在暴雨冲刷作用下仍可发生崩塌（见表４—１４中第四类示意图）。这类破坏视崩塌岩块的大小和数量不等，造成危害的程度也不同，一般来说因塌落方量比前三类少，造成危害性也相对减轻。通常这种崩塌岩块易将交通道路阻断，或将电源线路砸断，给工程带来困难。柴石滩爆区多见这类危岩。另外太钢峨口铁矿定向爆破筑坝时，也发生了这类边坡失稳现象，主要是其中一个药室顶部有一岩石峭壁，岩石节理比较发育，爆破时该峭壁沿节理面