路基路面工程第九章石方路基爆破施工

1山区公路土石方工程中，爆破是应用最为广泛、最为有效的一种破岩手段。为了优化爆破参数，必须了解岩石在爆破作用下的破碎机理、装药量的计算原理以及各种相关因素对爆破效果的影响。第九章石质路基爆破施工施工人员正在钻孔2录像资料由武汉理工大学爆破研究所提供武汉理工大学爆破研究所在山东博莱进行高速公路边坡光面爆破3钻孔工人正在进行光面爆破的钻孔4某经过光面爆破的岩石5某待爆破的山体6某山体爆破7某土石方爆破后形成的爆堆8由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，因此研究岩石爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。9.1爆破作用机理9岩石爆破破碎原因的几种学说爆轰气体压力作用学说(explosiongasfailuretheory)这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体（explosiongas）的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中冲击波和应力波（stresswave）的破坏作用，10应力波作用学说（shockwavefailuretheory）这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用，其基本观点如下：11应力波和爆轰气体压力共同作用学说这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。12一、药包在无限介质内的爆破作用为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质，并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。13R0R2R1图4-2爆破的内部作用R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径1415某土石方爆破后形成的爆堆16二、爆破漏斗（crater）当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗，如图9-4所示。17（一）爆破漏斗的几何要素自由面（freeface）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。最小抵抗线（minimumburden）是指药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。183.爆破漏斗半径（craterradius）是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。4.爆破漏斗破裂半径，又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。图9-4中的R表示爆破漏斗破裂半径。5.爆破漏斗深度。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏斗深度。图9-4中的H表示爆破漏斗深度。19HhRWθr图4-4爆破漏斗的几何要素206.爆破漏斗可见深度。爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度。，如图9-4中h所示。7.爆破漏斗张开角，即爆破漏斗的顶角，如图9-4中的θ所示。21（二）爆破作用指数（craterindex）。爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，用n表示，即：（4-1）爆破作用指数n在工程爆破中是一个极重要的参数。爆破作用指数n值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎程度和抛掷效果。nrW22（三）爆破漏斗的分类。根据爆破作用指数n值的不同，将爆破漏斗分为以下四种。1.标准抛掷爆破漏斗。所示，当r=W，即n=1时，爆破漏斗为标准抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ=90°。形成标准抛掷爆破漏斗的药包叫做标准抛掷爆破药包。232.加强抛掷爆破漏斗。当r＞W，即n＞1时，爆破漏斗为加强抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＞90°。形成加强抛掷爆破漏斗的药包，叫做加强抛掷爆破药包。243.减弱抛掷爆破漏斗。当0.75＜n＜1时，爆破漏斗为减弱抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＜90°。形成减弱抛掷爆破漏斗的药包，叫做减弱抛掷爆破药包，减弱抛掷爆破漏斗又叫加强松动爆破漏斗。254.松动爆破漏斗。当0＜n＜0.75时，爆破漏斗为松动爆破漏斗，这时爆破漏斗内的岩石只产生破裂、破碎而没有向外抛掷的现象。从外表看，没有明显的可见漏斗出现。26工程中常用二三个以上炮孔或峒室的群药包进行爆破。群药包爆破是单个药包爆破的组合，通过调整群药包的药包间距和起爆时间顺序，采用诸如光面爆破、预裂爆破、微差爆破、挤压爆破等爆破技术，可以充分发挥单个药包的爆破作用，达到单个药包分次起爆所不能达到的爆破效果。27某土石方爆破工程28(c)(a)θrWθW°45°45rW(d)(b)θrWθr爆破漏斗分类29三、炸药的种类起爆炸药－用来做作雷管，使主要炸药起爆主要炸药黑色炸药梯恩梯胶质炸药硝铵炸药铵油炸药浆状炸药乳化油炸药30四、起爆材料及其起爆方法雷管及电力起爆方法导火索及火花起爆方法传爆线及传爆线起爆方法塑料导爆管非电起爆方法31第二节药包量计算原理目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量(chargequantity)的问题尚未得到十分圆满的解决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。32一、体积公式的计算原理在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。体积公式的形式为：Q=k·V（4-2）式中：Q—装药量，kg;k—单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3;V—被爆落的岩石体积，m3。33二、集中药包的药量计算1.集中药包（concentratedcharge）的标准抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用单个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按照下式来计算：Qb＝kb·V＝kb·W334式（4-3）中V值的大小为：式中：r—爆破漏斗底圆半径，m；W—最小抵抗线；m。对于标准抛掷爆破漏斗，，即r＝W，所以VrW132nrW1V3310472333.352.集中药包的非标准抛掷爆破Q=f(n)·kb·W3式中：f(n)—爆破作用指数函数36第三节爆破参数的意义和选择一、单位用药量k值（表9－2）单位耗药量也是一个经济指标，可用来衡量爆破工程的经济效益，是爆破工程预算的重要指标之一。k是指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n＝1）时，爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。37k’则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般0n0.75），爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作松动爆破单位用药量系数。38二、最小抵抗线W最小抵抗线W的确定方法根据爆破方法的不同而有所区别。对于硐室爆破、药壶法爆破以及其它采用集中药包的爆破方法，最小抵抗线W是从药包中心到地面或临空面的的最短距离；采用延长药包爆破的炮眼法爆破（浅眼爆破、深孔爆破），最小抵抗线W则是从药包长度的中心到距该中心最近临空面的最短距离。39(a)Wo(b)WW图4-8各种爆破方法的最小抵抗线40三、爆破作用指数n值n值是表示爆破漏斗大小的一个重要指标，是一个无量纲参数。通过n值，我们可以判断爆破工程的性质。同时，也是分析爆破的效果和经济效益的重要依据。为了获得良好的爆破效果，在选择n值时，可参考以下原则：411．对于抛掷爆破，n值的大小可根据地面坡度的大小选取：≤20°时n=1.75～2.0＝20°～30°时n=1.5～1.75＝30°～45°时n=1.25～1.5＝45°～60°时n=1.0～1.25＞60°时n=0.75～1.0422．松动爆破的n值。在工程中一般只是借用爆破作用指数函数f(n)的形式来计算松动爆破的装药量。43下面是不同类型松动爆破的f(n)值最大的内部作用药包f(n)=0.125～0.2；减弱松动药包f(n)=0.2～0.44正常松动药包f(n)=0.44加强松动药包f(n)=0.44～0.64；为了达到松动爆破的爆破目的，对于上述取值范围，f(n)一般不宜超过上限0.25，即使在岩石坚硬完整的情况下也应遵守这个原则。44第四节影响爆破效果的因素影响爆破效果的因素很多，本节就炸药性能、地质条件、装药结构、堵塞以及起爆方式等爆破工程中影响爆破效果的共性问题进行阐述。45一、炸药性能对爆破效果的影响炸药的密度、爆热、爆速、作功能力和猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。增大炸药的密度和爆热，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功能力。46煤矿许用铵梯炸药472号岩石炸药48岩石膨化硝铵炸药49二、地质条件对爆破效果的影响露天工程爆破的实践证明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏以及爆破设计是否充分考虑到地质条件与爆破作用之间的的关系。国内外爆破专业人员越来越多地认识到爆破与地质结合的重要性。爆破工程地质正在朝着形成一个新学科的方向发展。50爆破工程地质着重研究地形地质条件对爆破效果、爆破安全及爆破后岩体稳定性的影响，涉及地形、岩性、地质构造和水文地质诸方面。511.自由面对爆破效果的影响(a)WRR(b)WWRRR52F1R1R2R`1R`2RR`F图4-10药包布置在断层中图4-11药包布置在断层下1-药室；F-断层；R1-实际下破裂线R2-设计下破裂线；R‘1-实际上破裂线R‘2-设计上破裂线2.断层对爆破效果的影响53三、装药结构对爆破效果的影响炸药在被爆介质内的安置方式称为装药结构。54温州阑尾楼装药结构一瞥55堵塞（tamping）就是针对不同的爆破方法采用相应的材料，将岩体中通向药室(chamber)的通道填实。堵塞的目的是：保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率。四、堵塞对爆破效果的影响56时间0b炮孔压力a图4-16堵塞对爆破作用的影响a-有堵塞；b-无堵塞57第五节综合爆破方法小炮钢钎炮：炮眼直径和深度分别小于7cm和5m.深孔爆破:孔径大于75mm，深度5m以上，采用延长药包。药壶炮猫洞炮；洞室炮用药量1t以上为大炮；1t以下为中小炮585960武汉饭店拆除爆破录像资料由武汉理工大学爆破研究所提供61爆破的不良影响：地震、飞石、空气冲击波、噪音、毒气、粉尘、盲炮、粉碎性破坏、不定向裂隙、超欠挖。62概念及特点一、微差爆破（milliseconddelayblasting）1．（1）定义：以毫秒数量级来控制相邻炮孔或炮排之间的起爆间隔时间，这样的顺序起爆技术称为微差爆破，又称毫秒爆破。15～75ms63宁宿徐高速公路路基爆破录像资料由滁州爆破公司提供64（2）特点（优）（1）地震效应低（指在等药量的前提下）（2）一次爆破量大（同震级条件下）（3）单耗低，节省炸药25％。（4）爆破块度均匀，大块率低（5）爆堆整齐、集中（6）能将飞石、空气冲击波危害减少65图4-17微差爆破自由面产生微差爆破自由面的产生66二、挤压爆破（留渣多排孔微差爆破）定义：在W自由面前方留有一定厚度的爆堆，增加第一排炮孔装药量（增加单耗）和相对延长微差时间（第一排响后与第二排之间的时间），从而提高炸药能量利用率和改善爆破效果，称为多排孔微差挤压爆破。67堆渣图4-18挤压爆破原理炮孔地面68优点：1.爆堆集中整齐，根底少；2.块度较小，爆破质量好；3.个别飞石飞散距离小；4.能贮存大量已爆矿岩，有利于均衡生产。6950年代出现三、光面爆破柳州一桂林高速公路山石质路爆破70光面爆破（smoothblasting）是一种使爆出的新壁面保持平整，而不受明显破坏的爆破技术，其特点是在设计开挖轮廓线上钻凿一排孔距与最小抵抗线相匹配的光爆孔，在开挖主体的装药响炮之后，光爆孔内的装药同时起爆，从而形成一个贯