施工技術(shù)3-石方工程

1、第三章 石方工程 在水利工程施工中，石方工程常采用爆破方法，如開挖基坑和地下建筑物，開采石料以及完成某些特定的施工任務等。探索爆破機理，正確掌握各種爆破技術(shù)，對石方工程的順利進行有十分重要的意義。 第一節(jié) 爆破基本原理及藥量計算 一、爆破作用原理 爆破：炸藥爆炸屬于化學爆炸。炸藥在一定起爆能的作用下，在瞬時內(nèi)發(fā)生化學分解，產(chǎn)生強烈的沖擊波和高溫高壓的氣體，沖擊波作用于周圍的介質(zhì)，使介質(zhì)產(chǎn)生應力波，若應力波的壓應力或拉應力超過介質(zhì)的抗拉或抗壓極限強度，介質(zhì)就破裂，產(chǎn)生徑向裂縫，而高壓氣體膨脹擠壓介質(zhì)，擴大裂縫，使介質(zhì)破碎，這就是爆破。 (a)無限介質(zhì)內(nèi) (b)有限介質(zhì)內(nèi) 1藥包；2壓縮圈；3拋擲

2、圈；4松動圈；5震動圈；6表面環(huán)向裂縫；7內(nèi)部徑向裂縫；8內(nèi)部環(huán)向裂縫；9爆破漏斗；10臨空面；11臨空面裂縫圖3-1 爆破作用示意圖 1)壓縮圈Rc（粉碎圈） 緊鄰藥包的介質(zhì)若為塑性體，將受到壓縮，形成一空腔；若為脆性體，將遭粉碎，形成粉碎圈，相應半徑為壓縮半徑或粉碎半徑。 2)拋擲圈R0 除了使介質(zhì)破壞，介質(zhì)中尚有余裕的拋擲勢能。有臨空面時，這部分介質(zhì)將發(fā)生拋擲，這個范圍稱為拋擲圈，相應的半徑稱為拋擲半徑。 3)松動圈Rp（破裂圈） 拋擲圈外的部分介質(zhì)，爆炸作用只能使其松動破裂，這一范圍稱為松動圈或破裂圈，相應的半徑稱為松動半徑或破裂半徑。 4)震動圈Rz 動圈外的部分介質(zhì)，隨著沖擊波作用

3、的進一步衰減，只能使這部分介質(zhì)產(chǎn)生震動，稱為震動圈，相應的半徑稱為震動半徑。 二、爆破漏斗 爆破漏斗：有限介質(zhì)中的爆破，當藥包的爆破作用具有使部分介質(zhì)拋向臨空面的能量時，往往形成一個倒立圓錐形的爆破坑，形如漏斗。幾何特征參數(shù)： 最小抵抗線長度W 爆破漏斗底半徑r 爆破作用半徑R 可見漏斗深度P 拋擲距離L1藥包；2飛碴回落充填體；3坑外堆積體圖3-2 爆破漏斗示意圖 爆破漏斗的幾何特征反映了藥包重量和埋深的關(guān)系，反映了爆破作用的影響范圍。 爆破作用指數(shù)： nr/W 當n=l 即r=W時，稱為標準拋擲爆破； 當n1即rW時，稱為加強拋擲爆破； 當 0.75nl 時，稱為減弱拋擲爆破； 當0.33

4、n0.75時，稱為松動爆破； 當 n0.33 時，稱為隱藏式爆破。 隱藏式爆破只在介質(zhì)內(nèi)部引起破壞，不產(chǎn)生爆破坑，故又稱內(nèi)部爆破，可用于炸脹藥壺。 三、藥包種類及藥包重量 按形狀，藥包分為集中藥包和延長藥包。 用藥包的最長邊L與最短邊a的比值進行劃分： 當La4時，為集中藥包； 當La4時，為延長藥包。 集中系數(shù)： 式中 V 藥包中心至藥包最遠點的距離，m； b 藥包的體積，m3。 藥包重量計算，對單個集中藥包可按下式計算： 式中 K單位耗藥量，kgm3； W最小抵抗線長度，m； f(n)爆破作用指數(shù)函數(shù)。 標準拋擲爆破： f(n) = 1 加強拋擲爆破： f(n) = 0.4+0.6n3 減

5、弱拋擲爆破： 對于松動爆破： f(n) = n3； 第二節(jié) 爆破的基本方法一、孔眼爆破 （一）炮孔布置原則 布孔時，宜使炮孔與巖石層面和節(jié)理面正交，不宜穿過與地面貫穿的裂縫，以防漏氣，影響爆破效果。圖3-3 梯段爆破布孔示意圖 (二)布孔的技術(shù)參數(shù)1計算抵抗線長度WP(m) 淺孔 Wp=KWd 深孔 Wp=HDd/150 式中 KW巖石性質(zhì)對抵抗線的影響系數(shù) d炮孔直徑 H階梯高度 D巖石硬度影響系數(shù) 階梯高度系數(shù)2階梯高度 H(m) 淺孔 H=KHWp 深孔根據(jù)具體情況而定。 KH為防止爆破頂面逸出的系數(shù) 3炮孔深度L(m) 淺孔(豎直鉆孔) L=KLH 深孔(豎直鉆孔) L=H+H 式中

6、KL巖性對孔深的影響系數(shù)； H超鉆深度。 4炮孔間距 淺孔 a=KaWp 深孔 a=(0.71.4)Wp 式中 Ka起爆方式對孔距的影響系數(shù)。5炮孔排距 雙排布孔呈等邊三角形，多排呈梅花形。 排距： b=asin60=0.87a6炮孔的最小堵塞長度 淺孔 LminL/2 深孔 LminWp 孔眼梯段爆破多采用群孔松動爆破，考慮孔間聯(lián)合作用，其單孔裝藥量按下式計算： Q=0.33KHWpa(三)孔眼爆破的藥量計算二、洞室爆破法 (a)豎井布置 (b)平洞布置 (c)條形藥包布置1平洞；2豎井；3藥室圖3-4 洞室布置示意圖集中裝藥的藥室以接近立方體為好。藥室容積V(m3) ： 式中 C炸藥的裝填

7、系數(shù)； Q裝藥量，t； 炸藥密實度，tm3。 藥室間距a(m) ： 式中 Wp相鄰藥室的平均最小抵抗線長度，m。 藥室排距 b(m)： 三、改善爆破效果的方法和措施 (1)合理利用或創(chuàng)造人工自由面； (2)采用毫秒微差擠壓爆破； (3)分段裝藥爆破； (4)采用不耦合裝藥； (5)保證堵塞長度和堵塞質(zhì)量。 (a)竹節(jié)炮 (b)竹節(jié)壇子炮1-藥包 2-空穴 3-藥壺 4-堵塞段 5底部藥包圖3-5 分段裝藥藥包第三節(jié) 特種爆破技術(shù) 一、定向爆破 假若在無限介質(zhì)中有兩個空穴。 A裝有球形藥包，B為空孔。藥孔A爆炸后，由于空孔B表面沒有阻力，介質(zhì)流將向B孔集中，猶如空孔成了吸引介質(zhì)流的中心。若將藥包

8、視為正極，空孔視為負極，二者相當于靜電學中的電偶，故稱爆炸偶極子，如圖所示。 A-藥包（+C實際藥包）B-空孔（-C虛擬藥包）圖3-6 爆炸偶極子 實際工程中，藥包與臨空面的關(guān)系，相當于爆炸偶極子。設臨空面的曲率半徑為R0，藥包中心到臨空任意點的距離為R，其最短距離為最小抵抗線長度W。當進行拋擲爆破時，介質(zhì)從爆破漏斗中拋出，其拋擲速度V，由爆破流體力學推求可得如下關(guān)系式：漏斗內(nèi)介質(zhì)獲得的拋擲動能EK可表達為： (二)定向爆破筑壩 (1)定向爆破筑壩的基本要求 (2)定向爆破筑壩的藥包布置 (a)單岸爆破 (b)雙岸爆破 1-藥包；2-爆破漏斗；3-爆堆頂部輪廓線；4-鞍點；5-壩頂高程；6-導

9、流隧洞圖3-7 定向爆破筑壩的藥包布置 (3)定向爆破筑壩參數(shù)選擇1)爆破作用指數(shù)n值的選擇 2)最小抵抗線長度W值3)藥包的水平間距a(m)和層或垂直間距b(m)； 應滿足： 4)單個集中藥包藥量： 條形藥包藥量：二、光面爆破（多用于地下工程開挖） 定義：主體工程爆破之后，利用布置在開挖輪廓線上的炮孔準確地把預留的先爆層在巖石上切下來。 施工方法：沿設計開挖線布置小孔徑，密間距的周邊孔，不耦合裝藥或間隔裝藥，弱震爆破，炸除沿洞周留下的厚度為最小抵抗線的光爆層，形成光面。 優(yōu)點：超挖少，減少工程量；降低開挖后的糙率；對圍巖的破壞小。與預裂爆破相比孔數(shù)少，耗藥低，起爆時間不象預裂那樣先于主爆破孔

10、而是滯后于主爆破孔。 圖3-8三、預裂爆破（多用于明挖） 定義：在主體爆破前，在設計輪廓線上預先炸出一定寬度的裂縫。 預裂原理：由于不耦合裝藥，空隙的存在削減了作用在孔壁上的爆壓峰值，并為孔間彼此提供了聚能的臨空面。削減后的爆壓峰值不致使孔壁產(chǎn)生明顯的破壞，只切向拉力使炮孔四周產(chǎn)生徑向裂紋，臨空面聚能作用使孔間連線產(chǎn)生應力集中，孔間裂紋發(fā)展，而滯后的高壓氣體沿縫產(chǎn)生“氣刃”劈裂作用，使周邊孔間連線上裂紋全部貫通。明槽開挖布孔圖藥包結(jié)構(gòu)圖1-預裂線 2預裂孔 3開挖區(qū)炮孔 4藥包 5傳爆線 6堵塞段圖3-9 預裂爆破布孔與裝藥圖3-14溫州中銀大廈拆除爆破工程圖3-15 廣州石化造粒塔爆破工程第

11、四節(jié) 鉆孔機具和爆破器材 一、鉆孔機具 鉆爆作業(yè)中，鉆孔消耗的時間占爆破工程各工序時間一半以上，而其費用則占爆破工程總費用70%以上。 淺孔作業(yè)多用輕型手提式風鉆 。 采石、削坡和基礎開挖作業(yè)多用大型鉆機進行深孔作業(yè) 。1回轉(zhuǎn)式鉆機 (a)平刃鉆頭 (b)弧形刃鉆頭 (c)普通刃“十”字形鉆頭 (d)凸刃“十”字形鉆頭圖3-16 鉆頭型式（單位:mm）圖3-17 回轉(zhuǎn)式鉆機2.沖擊式鉆機 1絞車；2偏心輪；3連桿；4、5、6滑輪7鋼索；8鉆具；9鉆架；10履帶；11支承千斤頂圖3-18 沖擊式鉆機3.潛孔鉆 1鉆桿；2滑架；3履帶行走機構(gòu)；4拉桿；5電動機；6減速箱7沖擊器；8鉆頭；9推壓氣缸

12、；10卷揚機；11托架；12滑板；13副鉆桿圖3-19 潛孔鉆二、炸藥和起爆器材 1炸藥的性能指標 (1)威力 (2)最佳密度 (3)氧平衡 (4)安定性 (5)敏感度 (6)殉爆距 2常用的工程炸藥 (1)TNT(三硝基甲苯) (2)膠質(zhì)炸藥(硝化甘油炸藥) (3)銨梯炸藥 (4)漿狀炸藥 (5)乳化炸藥 3起爆器材 (1)雷管 (2)非電起爆器材 導火索 傳爆線 導爆管雷管 (a)火雷管(b)即發(fā)電雷管 (c)延發(fā)電雷管 (d)安全電雷管1-聚能穴 2-副起爆線 3-正起爆線 4-緩燃劑 5-點火橋絲 6-雷管外殼 7-密封膠 8-腳線 9-加強帽 10-帽孔 11-微型安全電路圖3-20

13、 雷管三、起爆和起爆網(wǎng)路 1起爆方式 無論是孔眼爆破還是洞室爆破，當采用群體藥包時，都可采用同時、延期，或組內(nèi)同時、組間延期的起爆方式。 2起爆方法(1)非電起爆 圖3-21 電氣和傳爆線混合起爆網(wǎng)絡1電爆網(wǎng)絡；2傳爆線網(wǎng)絡；3起爆傳爆線電雷管；4起爆藥包電雷管(2)電氣起爆 (a)串連法；(b)并聯(lián)法；(c)串并聯(lián)法；(d)并串聯(lián)法；(e)并串并聯(lián)法1電源；2輸電線路；3藥包；4支路圖3-22 電爆網(wǎng)路連接示例3電爆網(wǎng)路設計計算 (1)網(wǎng)路的總電阻:(2)網(wǎng)路準爆的總電流:(3)網(wǎng)路所需的總電壓:(4)通過每個雷管的電流強度I(A) 通過每個雷管的電流強度大于等于最小準爆電流i式中 R1、R

14、2分別為主線和電源內(nèi)的電阻，； Rm最大支路電阻，； N支路總數(shù)； n每個藥包并聯(lián)雷管個數(shù)。 第五節(jié) 爆破安全控制 一、安全距離 1飛石安全距離式中 W最小抵抗線，m； n 爆破作用指數(shù)； KA與地形、風向、風速和爆破類型 有關(guān)的安全系數(shù)； 2爆破地震作用的安全距離 式中 藥包形狀系數(shù)，一般取1/3或1/2； 次同時起爆藥量，kg； 爆心距測點的距離，m； 與地形、地質(zhì)和裝藥條件有關(guān)的系數(shù)； 震動衰減指數(shù)。 3空氣沖擊波影響的安全距離 式中 KB 一次同時起爆藥包重量，kg； Q 與裝藥情況和限制破壞程度有關(guān)的系數(shù)。 破壞程度安全級別KB裸露藥包埋入藥包安全無破壞501501050玻璃窗偶然破

15、壞1050510玻璃窗全毀、門窗局部破壞51025隔墻、門窗、板棚破壞2512磚石木結(jié)構(gòu)破壞1.520.51全部破壞1.5/4殉爆的安全距離 (1)炸藥與炸藥間的殉爆安全距離rs1 式中 i 儲存炸藥的品種編號； Qi i種炸藥包的重量，kg； Ksii種炸藥殉爆安全距離系數(shù)。(2)雷管對炸藥的殉爆安全距離rs2 式中 n貯存雷管個數(shù)。 5有害氣體擴散安全距離 炸藥爆炸生成的各種有害氣體，如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和硫化氫等，在空氣中的含量超過一定數(shù)量就會危及人身安全。 式中 Q 爆破炸藥總重量，t； VB爆破時可能出現(xiàn)的最大風速，ms。 二、瞎炮及其處理 通過引爆而未能爆炸的藥包稱為瞎炮

16、。 產(chǎn)生瞎炮的原因主要是爆破器材失效或損傷，為避免瞎炮，關(guān)鍵在于做好預防檢查工作。 瞎炮的處理方法: 1)距瞎炮炮孔30-60cm，鉆平行炮孔裝藥爆破，但切勿與瞎炮炮孔斜交鉆孔。 2)若通過檢查證實雷管電阻正常，炸藥未失效，則宜接線重新起爆。 3)若證實炸藥已失效，且其敏感度不高，則可將炮泥掏出，再裝起爆藥引爆。 4)對散裝的粉狀硝銨類炸藥可用水沖洗，沖出炮泥和炸藥，對于不防水的包裝炸藥也可浸水灌泡，使其失效再予以清除。 5)對于深孔或洞室爆破出現(xiàn)瞎炮，最好重新接線起爆。洞室爆破若屬起爆體內(nèi)的問題，應清除堵塞物，取出起爆體進行檢查處理，唯需注意鄰近藥包爆破后，引起藥量和導洞的變形和錯動，謹防洞