边坡控制爆破技术

边坡爆破施工技术•概述•基本概念•爆破设计•爆破施工•质量评价主要内容边坡控制爆破技术预裂爆破和光面爆破技术都是20世纪50年代开始发展起来的一种现代爆破技术，属于定向成缝成面的特种控制爆破技术范畴。0概述边坡控制爆破技术0概述优点减少超欠挖，节约工程成本；开挖面平整、光滑，可减少边坡清理及支护工作量，有利于后期作业；对保留岩体破坏影响小，保持了边坡的稳定，有利于施工及营运安全。缺点钻孔工艺复杂，要求钻孔水平高，钻孔量大；对施工人员素质要求较高。边坡控制爆破技术因具有明显的优越性，所以自它问世以来，在一些重要的开挖工程中迅速得到推广应用，其规模也日益扩大。路堑边坡的预裂爆破边坡控制爆破技术目前可以做到一次预裂深度达38m以上，预裂面积已达数千m2。其理论和技术日趋完善，并在若干领域得到广泛应用。边坡控制爆破技术施工中的水黄公路石方边坡边坡控制爆破技术①定义：沿边坡线按照设计的边坡高度、坡度采用控制爆破技术进行边坡开挖的方法，称边坡控制爆破。边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要技术措施。②基本方法光面爆破预裂爆破1基本概念边坡控制爆破技术①定义：沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业称光面爆破。②基本作业方法A.预留光爆层法。先将主体石方进行爆破开挖，预留设计的光爆层厚度，然后再沿开挖边界钻密孔进行光面爆破。光爆层厚度是指周边孔与最外层主爆孔之间的距离B.一次分段延期起爆法。光面爆破孔和主爆孔用毫秒延期雷管同次分段起爆，光面爆破孔迟后主爆孔(150～200)ms起爆。主爆破孔光面爆破孔主爆区预留光爆层法1基本概念光面爆破边坡控制爆破技术①定义：沿开挖边界布置密集炮孔采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破之前起爆，在爆破和保留区之间形成一道有一定宽度的贯穿裂缝（预裂缝），以减弱主体爆破对保留岩体的破坏，并形成平整的轮廓面的爆破作业，称预裂爆破。②预裂缝的作用：防止主爆区的破裂缝伸向保留区；减小主爆区对保留区的振动影响；开挖边线形成平整轮廓面。1基本概念预裂爆破边坡控制爆破技术③基本作业方法A.预裂孔先行爆破法。在主体石方钻孔之前，先沿边坡钻密孔进行预裂爆破，然后再进行主体石方钻孔爆破。B.一次分段延期起爆法。预裂孔和主爆破孔用毫秒延期雷管同次分段起爆，预裂孔先于主爆孔(75～110)ms起爆。由于预裂孔距被保护的重要设施和待保留的岩体很近，且其夹制作用大，在装药量相同时，爆破时预裂孔比主爆孔所产生的爆破振动更大，所以应该限制预裂孔爆破的单响药量。1基本概念预裂爆破边坡控制爆破技术桂柳高速公路罗山光面爆破边坡控制爆破技术京沪高铁枣蚌段边坡控制爆破技术•两种方法都是对开挖周边进行控制的爆破技术，通过较密的钻孔和“弱装药”及“不耦合”来降低炸药爆破时对炮孔壁周围岩石的破坏程度，并取得平整光滑的轮廓面。•在相同的装药条件下，两者都是通过不耦合装药来降低爆破对岩体破坏的动效应，而光面爆破的静效应远小于预裂爆破，从爆破理论分析，光面爆破比预裂爆破对基岩损伤要小得多，更有利于保证围岩的稳定。•预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破，受夹制作用小。因此，光面爆破的壁面质量一般要优于预裂爆破壁面质量。1基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点边坡控制爆破技术•预裂爆破是在半无限介质中进行的，由于岩石的夹制作用，预裂爆破在裂开岩体的同时也对保留岩体产生了较强的震动影响。•光面爆破是在主爆破孔起爆后再起爆的，相当于在半无限介质中形成瞬间临空面后再进行周边孔爆破，由于自由面的存在，岩体的约束条件发生了变化，岩体受力状态与预裂爆破时有明显的不同。采用预留光爆层的光面爆破，使光爆孔的临空面形成得更充分。•预裂爆破钻孔数量较多，钻孔质量要求高，爆破参数不易控制；•光爆参数易控制，且参数在一定的范围内都能得到较好的爆破效果。1基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点边坡控制爆破技术(1)炮孔起爆顺序不同。光面爆破是主爆区先爆，光爆孔后爆；预裂爆破是预裂孔先爆，主爆区后爆。(2)自由面数目不同。光面爆破有两个自由面，预裂爆破只有一个自由面。(3)单位炸药消耗量不同。光面爆破单位炸药消耗量小；预裂爆破由于夹制性大炸药单耗大。1基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点边坡控制爆破技术（1）地质条件适应性。光面爆破和预裂爆破广泛地用于坚硬和完整的岩体中，效果明显；在不均质和构造发育岩体中，采用光面爆破效果虽然不明显，但它可减轻对保留岩体破坏，减少超欠挖，有利于边坡稳定。（2）爆破方法适应性。光面爆破和预裂爆破适应于孔深大于1.0m的浅孔爆破，露天及地下深孔爆破。（3）工程适应性。光面爆破和预裂爆破适应于铁路、公路、水利、矿山、场坪等石方边坡开挖工程。1基本概念光面爆破与预裂爆破的适应性边坡控制爆破技术•应力波叠加理论•以高压气体为主要作用的理论1基本概念光面爆破与预裂爆破的成缝机理AB炮孔炮孔σTσTσTσT应力波叠加示意图σrσr边坡控制爆破技术•爆炸应力波和高压气体联合作用理论1基本概念光面爆破与预裂爆破的成缝机理科特(H.K.Kotter)等人提出,认为应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，继之，在爆炸高压气体准静态应力的作用下，使径向裂缝进一步扩展。当相邻的两个炮孔爆炸时，不论是同时起爆，或是存在着不同程度的时差，由于应力集中的缘故，沿炮孔的连心线方向首先出现裂缝，并且发展也最快。在爆炸气体压力的作用下，由于最长的径向裂隙扩展所需的能量最小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。因此，连心线方向也就成为裂缝继续扩展的最优方向，而其它方向的裂缝发展甚微。从而保证了裂缝沿着连心线将岩体裂开。尽量缩小预裂炮孔之间的起爆时差，有利于预裂缝的形成。边坡控制爆破技术（1）钻孔直径d：深孔爆破时公路、铁路与水电取d=(80～100)mm，大直径多用于矿山d=(150～310)mm；浅孔爆破，取d=(42～50)mm。（2）台阶高度H：与主体石方爆破台阶相同，一般情况，深孔取H≤15m，浅孔取1.5m≤H5m为宜。（3）最小抵抗线W光：W光=Kd或W光=K1a光式中：K——计算系数，一般取K=15～25，硬岩取小值；K1——计算系数，一般取K1=1.5～2.0，孔径大取小值；d——炮孔直径，mm；a光——光面爆破孔距，m。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择边坡控制爆破技术（4）炮孔超深h：h=(0.5～1.5)m，孔深大和岩石坚硬完整者取大值，反之取小值。（5）孔距a光：a光=mW光式中：m——炮孔密集系数，一般取m=0.6～0.8。（6）炮孔长度L：L=（H+h）/sinα式中：α——边坡钻孔角度。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择边坡控制爆破技术（7）装药量计算光面爆破装药量计算分为线装药密度和单孔装药量的计算。线装药密度q光的计算：q光=K光a光W光单孔装药量：Q光=q光L式中：Q光——单孔装药量，g；q光——线装药密度，g/m，其值参见相应表所示值确定。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择边坡控制爆破技术（1）对于拉槽路堑或坡面前方开挖层比较宽的路堑，以及需要设置隔振带的爆破区，边坡开挖宜采用预裂爆破。（2）预裂爆破炮孔应沿设计开挖边界布置，炮孔倾斜角度应与设计边坡坡度一致，炮孔底应处在同一高程上。（3）炮孔直径可根据预裂爆破的台阶高度、地质条件和钻机设备确定。（4）预裂孔与主炮孔之间应符合下列关系：①两者应有一定距离，该距离与主炮孔药包直径及单段最大起爆药量有关，可根据相关经验值选取。②预裂孔的布孔界限应超出主体爆破区，宜向主体爆破区两侧各延伸L=5～10m。缓冲孔位于预裂孔和主炮孔之间，设1～2排。③预裂爆破和主体爆破同次起爆时，预裂爆破的炮孔应在主体爆破前起爆，超前时间不宜小于75ms。2爆破设计-预裂爆破一般规定边坡控制爆破技术预裂缝的超深（Δh）及超长（L）示意图（间距为主炮孔的0.7倍左右）2爆破设计-预裂爆破一般规定边坡控制爆破技术（1）炮眼间距：一般以钻孔直径的倍数表示孔距：a=n×d永久边坡：n=7~10；临时边坡：n=10~20；（2）装药量（线装药密度）：经验公式计算法深孔爆破：地下隧道爆破：0.50.6线压0.042Qa6.06.0034.0aQ压线2爆破设计-预裂爆破参数选择边坡控制爆破技术工程类比法根据完成的工程实际经验资料，结合地形地质条件、钻孔机械、爆破要求及爆破规模等进行类比，是预裂爆破参数选择行之有效的方法。附：更简单的经验公式：孔距：a=n×d预裂爆破：n=8~12光面爆破：n=12~162爆破设计-预裂爆破参数选择边坡控制爆破技术预裂爆破参数经验数值表岩石性质岩石抗压强度/MPa钻孔直径/mm钻孔间距/m线装药量/g·m-1软弱岩石＜50800.6～0.8100～1801000.8～1.0150～250中硬岩石50～80800.6～0.8180～3001000.8～1.0250～350次坚石80～120900.8～0.9250～4001000.8～1.0300～450坚石＞12090～1000.8～1.0300～700预裂爆破的线装药密度与岩石的抗压强度成正比抗压强度/MPa1020257080150线装药密度/kg·m-10.150.20.250.350.400.60边坡控制爆破技术（1）炸药性能。不同品种的炸药，应进行必要的换算。（2）线装药密度。应根据不同装药结构进行处理。采用分段装药时，在保证填塞长度条件下，取底部加强装药段长度L3=0.2L，中部正常装药段长度L2=0.5L，顶部为减弱装药和填塞段L1=0.3L。（3）炮孔直径与孔深关系。一般条件下，孔深浅，孔径小；孔深大，孔径大。浅孔爆破取孔径=(45～50)mm，深孔爆破取d=(80～100)mm，或者更大值，d=250mm和d=310mm。2爆破设计-预裂爆破注意事项边坡控制爆破技术（4）孔径和孔距的关系。预裂爆破一般采用不耦合装药，不耦合系数大于2为佳。一般取孔距a预=(8～12)d，计算时，应使a预符合上述关系。（5）预裂爆破台阶高度。以H≤15m为宜，当挖深大于15m时，宜分层爆破。层间应设平台，平台宽度B=(1.5～2.0)m。2爆破设计-预裂爆破注意事项边坡控制爆破技术（6）装药量与孔径的关系装药量与孔径的关系体现为不耦合系数。不耦合系数是指炮孔直径d和药卷直径d1之比值：D=d/d1预裂爆破的不耦合系数在2～4之间均能取得良好效果，其中小孔径取小值，大孔径取大值。采用岩石硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药、水胶炸药进行预裂爆破时，当不耦合系数小于2时，往往会使孔壁受到损坏。适当加大不耦合系数可取得满意的预裂爆破效果。2爆破设计-预裂爆破注意事项边坡控制爆破技术（7）钻孔间距与装药量和孔径的关系钻孔间距a与钻孔直径d的比值n称为孔径比。n值是一个重要的指标，它的大小决定钻孔的数量。从施工角度上讲，n值大一些好，因为可减少钻孔量。但是，过大的n值往往不能保证预裂壁面的质量。n值小时，炮孔数目多，药量相对比较分散，预裂壁面质量比较好。一般n值宜在8～12范围选取。2爆破设计-预裂爆破注意事项边坡控制爆破技术（8）预裂爆破炮孔与前排药包之间的水平距离距离太小，主炮孔爆破会伤害坡面；距离太大，预裂孔与主炮孔之间岩体不能爆落，形成所谓“贴饼”现象。经验指出：合适的主爆破孔至预裂面的距离应当是其炮眼间距的一半，装药量为正常深孔爆破药量的l/2，最多不超过2/3。主炮孔药包直径/mm3232≤d15050≤d18080≤d1100100≤d1150主炮孔单段起爆药量/kg20501003001000预裂孔与主炮孔间距/m0.80.8~1.21.2~1.51.5~2.02.0~3.02爆破设计-预裂爆破注意事项边坡控制爆破技术（9）炸药特性对预裂爆破的影响根据预裂爆破的应力波与爆生气体联合作用理论，要求炸药具有一定的爆速和猛度，其爆炸生