9谈谈光面爆破和预裂爆破

谈谈光面爆破和预裂爆破湖南省路桥集团道路九公司赵海彬一、光面爆破和预裂爆破的区别二、光面爆破和预裂爆破的用途三、石质路堑光面爆破操作规程附：各类岩石光面爆破炸药单耗表目录一、光面爆破和预裂爆破的区别在岩石开挖工程中，常采用光面爆破或预裂爆破。传统的岩石爆破往往超挖、欠挖问题比较突出，开挖界面粗糙不平，常造成工程的外观质量缺陷，甚至影响开挖界面的稳定，诱发塌方、滑坡等工程病害。究其原因，是由于设在岩石开挖区内的装药爆炸所产生的粉碎、松动作用范围侵入了非开挖区，使开挖界面另一侧的岩石受到了局部破坏。运用光面爆破或预裂爆破能较好地解决上述问题。光面爆破和预裂爆破具有相同的工程目的，它们在理念上强调的都是合理地利用炸药爆炸的能量，减轻非开挖区岩石受到的爆破扰动，使开挖工作完成后形成的最终界面（即设计轮廓面）比较平整、光滑、稳定。因此，光面爆破和预裂爆破实质上均属于现代控制爆破技术的分支。运用光面爆破和预裂爆破，能较好地实现工程质量的内实外美，预防工程病害的发生，保障施工安全。光面爆破和预裂爆破的区别主要体现在工艺方面。1.光面爆破：光面爆破通常有两种基本方法：(1)空孔法：先在工程设计轮廓面（例如公路路堑边坡坡面）上钻出一列紧密排列的空孔，将岩石开挖区和岩石保留区隔开，然后从远离空孔的自由面开始在岩石的开挖区逐列进行钻孔、爆破。如果没有自然形成的自由面，可运用浅孔爆破法创造一个倾斜角度（即斜坡坡面与水平面之间的夹角）为65－900的自由面。空孔之间应相互平行，孔距（即相邻两孔圆心之间的距离）为孔径的1－4倍。该列空孔的作用可从以下三方面解释：首先，紧密排列的空孔可阻断爆炸产生的岩石裂隙由开挖区向非开挖区延伸和发展；其二，当岩石中的爆炸应力波经过空孔时，因孔内存在着与岩石性质不同的空气介质，必然会在这两种介质的交接面（即孔壁内表面）上发生一系列复杂的反射和折射，结果只有部分应力波能够传入空孔另一侧的岩石介质中；其三，孔内的空气层也会消耗波所携带的部分能量，使通过的应力波强度大为衰减。总之，空孔可减轻非开挖区岩石所受到的爆炸作用影响，将岩石的破坏、松动范围基本上限定在开挖区内。孔距越小其效果越显著。当爆破最后一层岩石时，岩层会沿空孔断裂。(2)光爆孔法：先对需要开挖的岩石进行钻孔和爆破，在接近设计轮廓面时预留一定厚度的岩石作为保护层，最后再沿设计轮廓面钻出一列炮孔，通常称谓“光爆孔”，孔内装入适量炸药并同时或分组起爆，将预留岩石保护层炸掉，从而形成比较平整、光滑的轮廓面。以上两种方法，前一种需要在爆破之前沿着设计轮廓面钻一列紧密排列的空孔，钻孔量大且质量要求高，一般的爆破钻孔机械难以达到需要的钻孔密度，需要配备特殊的空孔钻机，通常难以实现，因而应用较少；后一种方法所要求的“光爆孔”孔距不必那么小，和传统的台阶爆破法相比钻孔量略有增加，不需要特殊的钻机，因而在实践中应用较多。但不管那种方法，爆破后在设计轮廓面上均保留有大量残留的光面孔痕迹（痕迹的保存率通常不低于50％）。界面比较平整、光滑、稳定，是光面爆破的显著特点。换言之，光面爆破可以将超挖和欠挖均限定在较小的范围（十余厘米至数十厘米）之内。2．预裂爆破：首先在设计轮廓面上钻成一列预裂炮孔，装入所谓的“不耦合”装药，按照一定的要求进行起爆，沿设计轮廓面可形成一条深度和需开挖深度相等、宽约数毫米至数十毫米的裂缝，然后再对岩石挖方区进行钻孔爆破的方法叫做“预裂爆破”。这条预裂缝的作用和光面爆破所钻空孔的作用相同且效果更佳。所谓“不耦合”装药，就是装入孔内的炸药卷和孔壁之间留有一定的空隙，炮孔直径与装药直径之比约为2－3。通常将孔口用泥土堵塞一定的长度。这种结构的装药爆炸时，产生的爆轰波将首先传入炮孔间隙的空气介质之中，将其强烈压缩，温度急剧升高，亦即对空气做了工。由于这种做工的过程是不可逆的，爆轰波所携带的能量就有一部分消耗在空气当中，削弱了爆轰波的峰值压力。这样，传入孔壁周围岩石介质中的爆炸应力波的强度会相应地降低，从而减轻对岩石的直接粉碎作用。但是，受到削弱的应力波和孔内的高压气团仍将在炮孔周围形成一个爆炸应力场。当多个“不耦合”装药在相邻炮孔中同时爆炸时，应力场相互叠加，岩石就会沿着炮孔的连心线产生一条裂缝，同时炮孔内壁的岩石并不会被强烈粉碎。要得到比较理想的预裂缝，必须采用“不耦合”装药，并且所有的预裂孔都必须被置于设计的轮廓面上，不能产生过大的偏离。而“不耦合”装药的结构特殊，不易实现工厂化生产。因此，预裂爆破比光面爆破的成本投入要大，而作业效率要低。二、光面爆破和预裂爆破的用途1．预裂爆破的用途除以上所述因素之外，预裂爆破对岩石的自身条件（例如风化程度等）也有一定的要求，并非所有的岩石都适合预裂爆破。所以，预裂爆破的应用在客观上受到多方面条件的限制。目前它主要被运用于工程质量标准高并且岩石条件较好的场合，例如在水利工程中开挖大坝、船闸基础等。对于风化比较严重或裂隙发育的岩体，不适于进行预裂爆破。1998年我司就曾成功地将预裂爆破技术运用于宜昌长江公路悬索大桥北岸桥塔承台基坑和北岸锚碇基坑的爆破工程中。2．光面爆破的用途光面爆破在公路工程中主要适用于：（1）公路石质路堑的爆破开挖可有效地提高路堑边坡的稳定性，降低路堑边坡的防护成本，实现内实外美，有着良好的环保效应。（2）岩石介质中公路隧道的爆破掘进可有效地保护围岩的自稳能力，保障安全施工，使隧道轮廓面平整、光滑，从而大幅度地降低施工过程中的安全防护成本和隧道的建造成本。预留保护层光爆孔隧道光面爆破示意图（3）公路构造物基坑的开挖。（4）其它方面（例如公路附属工程等）。我司已在国外的睦巴公路和国内的永连公路二期、张罗公路以及常吉高速公路吉首段等工程中将光面爆破技术运用于岩石路堑的开挖、高边坡的修整和隧道的掘进，并积累了较为丰富的经验。三、石质路堑光面爆破操作规程石质路堑分为单边路堑和双边路堑，均可进行光面爆破。基本要求如下：1.是按设计的坡比和台阶高度开挖；2.是必须满足路基的设计宽度，一般情况下不可欠挖，允许略有超挖；3.是达到规范要求的边坡平整度。此外，当需要利用石料填方时，还应考虑对岩石破碎的块度要求，必要时对大石块需进行二次破碎。石质路堑光面爆破操作规程如下:（供管理者参考）：1.首先在边坡坡口线放样。在路堑爆破开挖前，测量组必须先行放样，在现地明确标示出路堑边坡坡口线。光爆孔坡口预留保护层单边路堑光面爆破示意图2.对岩石开挖区进行爆破开挖:一般宜采用深孔或浅孔台阶法松动爆破（单孔装药量按公式3计算），不宜采用峒室大爆破或药壶法（后者俗称“药坛子”法）。一般地，台阶高度为2－15m。浅孔用手持或气腿式风动凿岩机钻孔，主要用于爆破孤立岩石、平整场地以及边坡修整；深孔用履带式或轻便潜孔钻机钻孔，主要用于对岩石方量集中的路堑进行爆破。台阶爆破法所需要的自由面，可从远离路堑边坡的挖填交接处创造；如为双边路堑，可从道路的设计轴线处爆破“拉槽”。自由面可与公路轴线平行、斜交或垂直.3.预留边坡保护层。爆破挖方区的岩石，必须预留边坡保护层，其作用是保护边坡不受爆炸作用的破坏，其厚度可根据石质和钻孔直径与深度等条件而定，以最后一列药孔爆破时不破坏边坡为准。一般地，浅孔爆破（孔径为42mm）时，保护层厚度一般为0.5－1.5m；深孔爆破（孔径为80－100mm）时，保护层厚度为3－4m。4.精确放样并标示坡口线。当开挖到预留边坡保护层的附近，在钻凿光面孔之前，应再次精确测量放样，在设计的路堑边坡位置准确地标出边坡坡口线。如地表面为岩石，坡口线用灰线标示；如地表面有覆盖土层，则沿边坡坡口线根据地形每相隔5m左右植一小木桩并挂线。5.按设计的爆破参数沿坡口线钻“光爆孔”。“光爆孔”间距（a）如下：使用手持式钻机（孔径约为42mm）钻孔且孔深为2.0－4.0m时，a约为1m（孔深小于2m时孔距应减小）；使用孔径为80－100mm潜孔钻机钻孔且孔深为5－10m时，a约为2m。也可按下式计算：a=(15－25)d（1）式中：a－边坡两相邻光爆孔间的距离（m）；D－光爆孔直径（m）。式中系数的选取应根据要求的平整、光滑程度以及石质情况，经爆破试验确定。如果地表面有覆盖土层，应先用人工或机械修整，待切至岩石表面后再钻孔、爆破。钻孔和修整边坡之前，应预备好坡度尺。6.“光爆孔”的倾斜度应与路堑边坡的设计坡度一致，孔深按下式计算：L=H/sinɑ+h（2）式中：L－孔深（m）；H－爆破台阶高度（m）；ɑ－钻孔角度（倾斜度）；h－超钻深度（m），通常h＝0.5－1.5m。使用轻便潜孔钻机钻“光爆孔”时，应预先设置钢管架固定钻机，以确保钻机工作时孔的方向和倾斜度不会改变。钢管架应便于钻机平行移动到下一个炮孔位置。如果使用浅孔爆破法对边坡进行修整且钻机操作人员富有经验，也可不搭设钢管架。7.光面爆破理论计算目前还不完善，单孔装药量的计算可参考下式：Q=KaWL（3）式中：Q－单孔装药量（kg）；K－单位耗药量（kg/m3），见表1；a－光面孔距（m）；W－光面孔的最小抵抗线（m）；L－光面孔深（m）。8.“光爆孔”可采取孔内分段装药结构。“光爆孔”的起爆，在环境许可时宜一列齐爆，当附近有需要保护的建筑物时可分组起爆或采取毫秒延期起爆。9．起爆后，应及时清理险石、松石。附：各类岩石光面爆破炸药单耗表岩石名称岩石特征岩石坚固系数f值台阶松动爆破K松(g/m3)光面爆破K光(g/m3)页岩千枚岩风化破碎2－4330－480140－280完整、微风化4－6400－520150－310板岩泥灰岩泥质、薄层、层面张开、较破碎3－5370－520150－300较完整、层面闭合5－8400－560160－320砂岩泥质胶结、中薄层或风化破碎4－6330－480130－270钙质胶结、中厚层、裂隙不发育7－8430－560160－330硅质胶结、石英质砂岩、未风化9－14470－680190－390砾岩胶结性差、以较不坚硬岩石为主5－8400－560160－320胶结好、以较坚硬岩石为主9－12470－640180－370白云岩大理岩节理发育、较疏松破碎5－8400－560160－320完整、坚硬的9－12500－640190－380石灰岩中薄层或含泥质、裂隙发育6－8430－560160－330厚层、完整或含硅质、致密9－15470－680190－380花岗岩风化严重、节理裂隙很发育4－6370－520150－300风化轻、节理裂隙不发育7－12430－640180－360细晶均质结构、未风化、致密的12－20530－720210－420石英岩风化破碎的5－7370－520150－300中等坚硬、较完整的8－14470－640190－370很坚硬完整、致密的14－20570－800230－460安山岩玄武岩受节理裂隙切割的7－12430－600170－340完整坚硬致密的12－20530－800220－440辉长岩辉绿岩受节理切割的8－14470－680190－380很完整、很坚硬致密的14－25600－840240－480流纹岩粗面岩较破碎的6－8400－560160－320完整的9－12500－680200－400片麻岩片理或节理发育的5－8400－560160－320完整坚硬的9－14500－680200－400正长岩闪长岩较风化、整体性较差的8－12430－600170－340未风化、完整致密的12－18530－700200－410谢谢大家！二00五年四月