光面爆破原理分析及在工程中的应用.pdf

第 2 l 卷 Vo 1 ． 2l 第 8期 No． 8 重 庆 工 学 院 学 报 自然科学版 J o u r n a l o f C h o n g q i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n 2 0 0 7年 8月 Au g．2 0 0 7 【 电子与自动化】 光 面爆破原 理分 析及在 工程 中的应用 ‘ 赵 东田 天津大学 建工学院， 天津3 0 1 3 0 7 2 摘要 介绍了光面爆破的作用机理， 光面爆破技术参数的确定方法以及光面爆破效果的评估方 法， 并将上述方法应用于温福铁路的施工过程中， 取得了比较好的效果 ． 这些方法对光面爆破成 缝机理、 技术参数的选取以及工程实践有一定的借鉴作用 ． 关键词 光面爆破 ； 成缝机理； 技术参数； 工程应用 中图分类号 T D 2 3 5 ． 3 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 一 o 9 2 4 2 o o 7 08 0 0 3 3 0 3 An a l y s i s o n S mo o t h Bl a s t i n g P r i n c i p l e a n d I t s Ap p l i c a t i o n i n En g i ne e r i n g Z HAO Do n g t i a n S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n gA r c t e c t u r e ， T i i I 1 g U n i v e r s i t y ， T i i n g 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e w o r k i n g me c h a n i s ms o f s mo o th b l a s ti n g ，the i d e n t i f y i n g me tho d s f o r s mo o th b l a s t i n g t e c h n i c a l p a r a me t e r s ，and the e v alu a t i n g me tho d s for s mo o th b l a s ti n g e f f e c t s ．I n a d d i ti o n ，i t a p p l i e s the a b o v e m e tho d s i n the c o n s t r u c t i o n o f We nF u R a i l w a y and r e a c h e s g o o d r e s u l ts．R e s u l ts s h o w tha t the s e me tho d s a r e o f r e f e r e n t i al v alu e i n s e a mi n g me c h an i s m o f s mooth b l a s ti n g ， s e l e c t i o n o f t e c h n i c al p a r a m e t e r s ， and e n n e e fi n g p r a c t i c e ． Ke y wo r d ss mo o th b l a s t i n g；s e a mi n g mechan i s m ；t e c h n i c al p a r a me t e r ；e n g i n e e r i n g a pp l i c a t i o n 光面爆破是石方工程中控制边坡的最主要的 施工方法之一， 采用光面爆破， 可以形成稳定、 平 顺、 光滑平整、 符合设计要求的石质边坡． 关于爆 破设计中有关参数 的选取 ， 目前主要有 3 种方式 ① 理论公式法 根据一定的限制条件 ， 从理论上推 导出有关参数的计算公式 ． 这一方法， 实际工程中 很少采用 ． ② 经验 公式法 根据成功的工程实践 ， 进行归纳总结， 推出在一定条件下适用的经验公 式 ． ③ 工程类 比经验数据法 根据 以往的工程经验 数据 ， 并结合现场实际进行试验优化 ， 最后确定本 工程应选取的参数⋯ 1． 目前 ， 光面爆破 中设计参数 的确定 ， 施工现场 往往依靠现场试验． 在国内外相类似的工程参数 选取的基础上， 根据工程的具体特点， 采用经验公 - 收稿 日期 , 2 0 0 7 0 5 0 8 基金项 目 高速公路的光面爆破使用研究 中铁 l 1 局科研 一2 0 0 5 0 1 8 ． 作者简介 赵东田 1 9 r 7 2 一 ， 男， 山东临沂人， 博士研究生， 高级工程师， 主要从事结构工程研究 维普资讯 重 庆 工 学 院 学 报 式和工程类比经验数据法确定参数， 再通过现场 试验逐渐优化设计参数． 2 光面爆破技术参数的确定方法【 4 】 l 光面爆破的作用机理[ 2 3 】 对于光面爆破作用成缝机理问题， 到目前为 止， 科技工作者做了大量的研究工作， 也得出了许 多结论 ． 主要有 以下几种 观点 ① 应力波干涉 观 点， ② 高压气体准静态作用观点， ③ 应力波与高 压气体联合作用的观点． 但最经得起推敲而且又 和实际情况吻合最好的是应力波与高压气体联合 作用使岩石破裂的理论 ． 工程实践证明 ， 只有减弱 冲击波的动压作用 ， 使 高压 气体和 冲击波的准静 态作用成为主导 ， 才能获得较好 的光面效果 ． 炸药起爆完成后， 首先产生爆炸冲击波， 透过 装药间隙的气体作用于炮孔内壁上， 然后又由于 相继产生的高压气体作用于内壁上， 共同作用于 岩石， 光爆这个过程可以看作衰减后的冲击波和 高压气体对孔内壁的准静态作用过程． 由于装药 间隙中的空气层的缓 冲作 用 ， 使得 透过去的冲击波大大减弱 ， 从而保护 了孔内壁 ， 避 免产生破碎 圈 ， 同时衰减后 的冲击波作用于孔壁 后以应力波的形式在岩石中传播， 在和相邻孔中 爆炸加载的应力波相遇叠加后， 会在相邻 2孔的 连线上形成最大主拉应力 区， 且方 向垂直于连线， 为一个应力集中区， 同时高压气体作用于孔壁， 亦 会对此应力集中区起应力叠加的作用． 由于岩石一般是受 拉破坏 ． 从断裂力学 的观 点来看， 由于最大主拉应力的应力集中作用， 2 孔 连线上各点沿连线 方向最 易产生 断裂现象 此应 力集中现象同日常生活中撕开相连 2张邮票， 邮 票沿小孔连线断开现象类似 ． 炮孔起爆后， 在相邻 2 孔连线上， 炮孔近区先 达到最大主拉应力极值， 而炮孔连线中点区附近 后达到， 且到达时间永远迟于炮孔近区的时刻． 因 此， 由于炸药爆炸冲击波的作用， 炮孔边缘附近出 现裂纹后， 高压气体充填其内， 像楔子一样作用于 裂纹的内表面上 ， 即“ 气刀” 作用 ， 此作用加强边缘 裂缝向相邻 2孔连线 中点发展 ， 最终在高压气体 和冲击波的准静态主导作用下形成贯穿裂缝 ． 2 ． 1 钻孔孔径 d 对 于地 下开 挖 或露 天 小 台 阶开 挖 ， 一 般取 d 3 0 4 5 m m ；对 于 高 台 阶，多 取d 6 0 1 0 0 m m． 对硬岩可选用大孔径 ， 软岩应选用小 孔径 ． 2 ． 2 边坡坡度 口 边坡坡度的设计与地质条件有关 ， 一般在工 程设计图纸中已经给出． 对 于 口6 3 。 一9 0 。 约 1 0 ． 51 - 0 的较陡边坡 ， 有利于开展光面爆破 ； 对 于口4 5 。 一6 3 。 约为 1 - 1 1 0 ． 5 的较缓边坡 ， 也 可以进行光面爆破， 但进行钻孔和爆破作业较困 难 ， 爆破效果也相对差一些． 2 ． 3 梯段高度 梯段高度 与使用 的钻机大小 、 钻凿 能力有 关， 当 d 3 0 4 5 m m时， 多取 日 2 4 m ； 当 d 6 01 0 0 m m时 ， 可取 H51 5 1T I ， 一般 多取 1 0 m 左右 ， 以便提高挖装效率和便 于钻机移位 、 提 杆 ． 2 ． 4 超钻 h 超钻 h按经验公式 hCH计算， 其中 c 为计算系数， 一般取 C 0 ． 1 0 ． 2 5 ， h一般控制在 0 ． 21 ． 0 m 当孔较深及岩石坚硬时取较大值 ， 反 之取较小值 ． 2 ． 5 孔深 孔深由梯段高度和超钻值决定， h ／ s in 口 ， 其中口为钻孔倾斜角度． 2 ． 6 孔 距 口 孔距 a／／, x d ， 其中 ／7 , 为系数， n1 0 1 6 当岩石坚硬完整时取大值， 反之取小值 ． 2 ． 7 光爆层厚度 光爆抵抗线 抵抗线 的取值主要由钻孔直径d决定， 且 结合炮孔密集系数 m值选取， k d ， 其中 k 为 系数， 范围在 1 5 2 5 之间． 2 ． 8 光爆孔密集系数 m 炮孔密集系数 m是指孔距 a与最小抵抗线 的比值 ， 一般推荐 m≤0 ． 5 0 ． 8 当硬岩时取大 值 ，当 m1 ． 0 时， 光爆效果不理想． 维普资讯 赵 东田 光面爆破原理分析及在工程 中的应用 3 5 2 ． 9 不偶合系数 |j} 多数资料认为 |j } 取 24比较合适 ． 2 ． 1 0 起爆时差 当光爆孔 与主爆孔 一起施爆时 ， 光爆孔 要迟 后 主爆孔起爆 ， 迟后时差 AT5 0～1 5 0 m s 当硬岩 时取小值， 软岩时取大值 ． 2 ． 1 l 光爆孔线装药量 q G 和炮孔装药量 p G 光爆 孔线 装 药 量 q GKG O ,W，炮 孔 装 药 量 Q G g ， 其 中 t ／． 为孔距 ， 单位为 m； t O 为光爆抵 抗线 ， 单位为 m； L为孔深 ， 单位为 m； K c 为光面爆 破单位体积用药量， 单位为 m 3 ． 3 光面爆破效果评估 对光面爆破质量 的评价 ， 国 内外 普遍提 出以 存留在岩石 壁面上 的炮 孔半孔 率 为主要衡 量指 标， 但应结合岩石地质， 同时， 光面爆破钻孔角度 偏差不应大于 1 。 ， 爆后 边坡平 整度 超欠挖 应不 超过 1 5 c m， 壁面和壁面上的半f L Zf L 壁不应 出现 明显爆破裂纹【 ． 4 工程 实例 4 ． 1 光爆参数 温福铁路 K 1 4 3 0 2 3 一 K 1 4 3 1 6 0 段为高挖方 路堑， 边坡坡度为 1 0 ． 7 5 ， 岩性为砖红色泥岩， 采 用预留光爆层光面爆破， 爆破参数见表 1 ． 表 1 K 1 4 3 0 2 3一K 1 4 3 1 6 0段高挖 方边坡爆破主要参数表 孔径 孔距 光 爆抵 炸药 线装药 装药 备注 m m a ／ m 抗线 ／ m 规格 t ／ g ／ m 结构 中 3 2 硝 空气柱 空气 柱间 4 o O ．5 O ． 8 8 0 胺炸药 同隔 隔4 o C I I I 4 ． 2 效果分析 1 通过光面爆破， 获得了稳定、 规整、 美观的 路堑边坡； 2 光爆后 边坡壁上 留下 的半孔率达 9 5 ％ 以 上 ， 不平整度 超欠挖 ／ i x 于 1 5 c m； 3 取得 了泥岩地质条件下光面爆破基础技术 数据和施工经验． 4 ． 3 施工控制要点 4 ． 3 ． 1 钻眼 ． 泥岩硬度较小 ， 用普通 煤 电钻钻眼 速度较快 ， 缓解 了光爆钻 眼较 多、 进度慢 、 钻 眼成 本高的矛盾 ． 钻眼精度是光爆成功的首要条件 ， 钻 孔不仅要对位准确 ， 而且 需要炮孔钻 在同一平 面 上 ， 现场采取如下措施 ， 以保证钻孔精度 1 钻孔前作业平台修整到大致水平； 2 根据坡 面设计角度 ， 上下分别挂有适 当高 差张紧的 2条平行钢丝线 ， 钻孔 时按 2条钢丝线 确定的坡面来钻孔 ； 3 挑选钻眼技术水平 高、 责任心强的工人来 钻光爆孔 ； 4 对孔逐个进行验收， 不合格孔废弃重钻 ． 4 ． 3 ． 2 装药结构和装 药方法 ． 采用空气柱 间隔装 药结构 ， 将药卷用胶布间隔一定距 离绑扎在导爆 索上 ． 若施工现场无小直径的专用药卷， 购买或现 场加工将要影响工程进度， 造成施工成本增加， 并 且加工质量不易保证 ， 故采用空气 柱间隔装 药更 方便 ． 由于以整卷 药相间隔 、 装药 过于集 中， 易破 坏孔壁 ， 因此在现场将一整卷药倒 出 3 ／ 4后 ， 稍为 加工 ， 间隔 4 0 c m空气间隙装药 ， 可取得 比较好的 效果 ． 由于钻孔为倾斜孔 ， 药卷直径又相对较大 ， 加 上绑扎导爆索的厚度， 药串同孔壁间摩擦较大， 将 光爆药串直接按 自重落人孔内往往不能到位， 在 现场常采用事先加工好的长薄竹片抵住药串的第 一 节药 ， 将光爆药串顶人孔 内 ， 到位后可将竹片抽 出 ， 重复使用 ， 然后 进行 下一孔装药 ； 也可将药卷 连同导爆索一 同绑在竹片上装药 ， 但用此法竹片 将不能抽出重复利用 ． 4 ． 3 ． 3 辅助孔控制 ． 辅助孔是靠近周边 眼的一排 炮孔 ， 辅助孔起爆后 必须保证不 能破 坏后 爆光爆 孔 ， 同时保证光爆层 光爆孔 同辅助孔之 间部分 的完整性 ， 方可获得光滑 、 规整壁面 ． 现场对辅助孔采取的技术措施为 1 钻孔倾斜度同光爆孔相同， 即平行于光爆 孔 ； 2 孔 距 比主爆孔正常孔距减少 2 5 ％， 取 1 ． 0 m， 装药量减少 5 0 ％ 采用间隔装药 ； 下转第 8 0页 维普资讯 8 O 重 庆 工 学 院 学 报 上接第 3 5页 3 采用微差爆破技术， 辅助孔迟后于主爆孔 起爆 ． 4 ． 3 ． 4 其它． 对于光爆孔应尽可能同时起爆， 现场 证明预留光爆层效果较好， 对于光爆孔下部， 因夹 制作用较大， 必须加强装药， 上部应减弱装药， 本工 点岩石为水平分层， 为了防止表层岩石被抬开， 孔 口 不装 药长度应不 小于 1 ． 0 m， 同时孔 口只堵塞 2 0 c n 骷土， 现场爆破后无揭角现象． 5 结束语 对现场爆后的孔壁进行分析， 药卷附近的孔壁 上出现葫状扩腔， 孔壁上存在爆破裂纹， 除岩石较 软的原因外， 也证明爆炸能量没有均匀分布， 待减 小药卷直径使之沿全孔均匀分布， 适当调整装药 量， 效果明显改善． 光 面爆破应用的关键是将施工经验同现场具 体隋况紧密结合， 并根据试爆结果的分析数据、 石 质情况的变化， 不断优化光爆参数、 总结施工经验， 依照光爆成缝机理指导设计施工． 参考文献 [ 1 ] 蔡福广． 光面爆破新技术[ M ] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 9 4． [ 2 ] 黄绍均． 工程爆破设计[ M] ． j 匕 京 兵器工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 邱志春． 浅谈公路隧道的光面 爆破[ J ] ． 中国科技信息， 2 O O 6 1 9 2 1 2 2 ． [ 4 ] 蒲传金， 郭学彬， 张志呈， 等． 光面爆破对边坡保留岩体 损伤规律分析[ J ] ． 西南科技大学学报， 2 I D 0 6 2 5 7 ． [ 5 ] 王洪德． 如何提高光面爆破的效果[ J ] ． 矿业安全与 环保 ， 2 0 0 6 S 1 3 6 ． 责任编辑陈松 维普资讯