施工技术石方工程

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，如开挖基坑和地下建筑物，开采石料以及完成某些特定的施工任务等。探索爆破机理，正确掌握各种爆破技术，对石方工程的顺利进行有十分重要的意义。第一节爆破基本原理及药量计算

一、爆破作用原理

爆破：炸药爆炸属于化学爆炸。炸药在一定起爆能的作用下，在瞬时内发生化学分解，产生强烈的冲击波和高温高压的气体，冲击波作用于周围的介质，使介质产生应力波，若应力波的压应力或拉应力超过介质的抗拉或抗压极限强度，介质就破裂，产生径向裂缝，而高压气体膨胀挤压介质，扩大裂缝，使介质破碎，这就是爆破。

(a)无限介质内(b)有限介质内

1－药包；2－压缩圈；3－抛掷圈；4－松动圈；5－震动圈；6－表面环向裂缝；7－内部径向裂缝；8－内部环向裂缝；9－爆破漏斗；10－临空面；11－临空面裂缝图3-1爆破作用示意图1)压缩圈Rc（粉碎圈）紧邻药包的介质若为塑性体，将受到压缩，形成一空腔；若为脆性体，将遭粉碎，形成粉碎圈，相应半径为压缩半径或粉碎半径。2)抛掷圈R0

除了使介质破坏，介质中尚有余裕的抛掷势能。有临空面时，这部分介质将发生抛掷，这个范围称为抛掷圈，相应的半径称为抛掷半径。3)松动圈Rp（破裂圈）抛掷圈外的部分介质，爆炸作用只能使其松动破裂，这一范围称为松动圈或破裂圈，相应的半径称为松动半径或破裂半径。4)震动圈Rz动圈外的部分介质，随着冲击波作用的进一步衰减，只能使这部分介质产生震动，称为震动圈，相应的半径称为震动半径。二、爆破漏斗

爆破漏斗：有限介质中的爆破，当药包的爆破作用具有使部分介质抛向临空面的能量时，往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑，形如漏斗。几何特征参数：最小抵抗线长度W爆破漏斗底半径r

爆破作用半径R可见漏斗深度P

抛掷距离L1－药包；2－飞碴回落充填体；3－坑外堆积体图3-2爆破漏斗示意图爆破漏斗的几何特征反映了药包重量和埋深的关系，反映了爆破作用的影响范围。

爆破作用指数：

n＝r/W

当n=l即r=W时，称为标准抛掷爆破；当n>1即r>W时，称为加强抛掷爆破；当0.75<n<l时，称为减弱抛掷爆破；当0.33<n≤0.75时，称为松动爆破；当n≤0.33时，称为隐藏式爆破。

隐藏式爆破只在介质内部引起破坏，不产生爆破坑，故又称内部爆破，可用于炸胀药壶。

三、药包种类及药包重量

按形状，药包分为集中药包和延长药包。用药包的最长边L与最短边a的比值进行划分：当L／a≤4时，为集中药包；当L／a＞4时，为延长药包。集中系数Ф：式中V—药包中心至药包最远点的距离，m；

b—药包的体积，m3。

药包重量计算，对单个集中药包可按下式计算：

式中

K—单位耗药量，kg／m3；

W—最小抵抗线长度，m；

f(n)—爆破作用指数函数。标准抛掷爆破：f(n)=1加强抛掷爆破：f(n)=0.4+0.6n3减弱抛掷爆破：对于松动爆破：

f(n)=n3；

第二节

爆破的基本方法一、孔眼爆破

（一）炮孔布置原则布孔时，宜使炮孔与岩石层面和节理面正交，不宜穿过与地面贯穿的裂缝，以防漏气，影响爆破效果。图3-3梯段爆破布孔示意图

(二)布孔的技术参数1．计算抵抗线长度WP(m)

浅孔Wp=KWd

深孔Wp=HDηd/150

式中

KW—岩石性质对抵抗线的影响系数

d—炮孔直径

H—阶梯高度

D—岩石硬度影响系数

η—阶梯高度系数2．阶梯高度H(m)

浅孔H=KHWp深孔根据具体情况而定。

KH为防止爆破顶面逸出的系数

3．炮孔深度L(m)浅孔(竖直钻孔)L=KLH深孔(竖直钻孔)L=H+△H

式中KL—岩性对孔深的影响系数；△H—超钻深度。

4．炮孔间距浅孔a=KaWp

深孔a=(0.7~1.4)Wp

式中Ka—起爆方式对孔距的影响系数。5．炮孔排距双排布孔呈等边三角形，多排呈梅花形。排距：b=asin60°=0.87a6．炮孔的最小堵塞长度浅孔Lmin≮L/2

深孔Lmin≮Wp孔眼梯段爆破多采用群孔松动爆破，考虑孔间联合作用，其单孔装药量按下式计算：Q=0.33KHWpa(三)孔眼爆破的药量计算二、洞室爆破法

(a)竖井布置(b)平洞布置(c)条形药包布置1－平洞；2－竖井；3－药室图3-4洞室布置示意图集中装药的药室以接近立方体为好。药室容积V(m3)：式中C—炸药的装填系数；

Q—装药量，t；△—炸药密实度，t／m3。

药室间距a(m)

：式中Wp—相邻药室的平均最小抵抗线长度，m。

药室排距b(m)：

三、改善爆破效果的方法和措施

(1)合理利用或创造人工自由面；(2)采用毫秒微差挤压爆破；(3)分段装药爆破；(4)采用不耦合装药；(5)保证堵塞长度和堵塞质量。(a)竹节炮(b)竹节坛子炮1-药包2-空穴3-药壶4-堵塞段5－底部药包图3-5分段装药药包第三节

特种爆破技术

一、定向爆破假若在无限介质中有两个空穴。A装有球形药包，B为空孔。药孔A爆炸后，由于空孔B表面没有阻力，介质流将向B孔集中，犹如空孔成了吸引介质流的中心。若将药包视为正极，空孔视为负极，二者相当于静电学中的电偶，故称爆炸偶极子，如图所示。

A-药包（+C实际药包）B-空孔（-C虚拟药包）图3-6爆炸偶极子实际工程中，药包与临空面的关系，相当于爆炸偶极子。设临空面的曲率半径为R0，药包中心到临空任意点的距离为R，其最短距离为最小抵抗线长度W。当进行抛掷爆破时，介质从爆破漏斗中抛出，其抛掷速度V，由爆破流体力学推求可得如下关系式：漏斗内介质获得的抛掷动能EK可表达为：

(二)定向爆破筑坝(1)定向爆破筑坝的基本要求(2)定向爆破筑坝的药包布置(a)单岸爆破(b)双岸爆破1-药包；2-爆破漏斗；3-爆堆顶部轮廓线；4-鞍点；5-坝顶高程；6-导流隧洞图3-7定向爆破筑坝的药包布置(3三)定向三爆破三筑坝三参数三选择1)爆破三作用三指数n值的三选择2)最小三抵抗三线长三度W值3)药包三的水三平间三距a(m三)和层三或垂三直间三距b(m三)；应满三足：4)单个三集中三药包三药量三：条形三药包三药量三：二、三光面三爆破三（多三用于三地下三工程三开挖三）定义三：主三体工三程爆三破之三后，三利用三布置三在开三挖轮三廓线三上的三炮孔三准确三地把三预留三的先三爆层三在岩三石上三切下三来。施工三方法三：沿三设计三开挖三线布三置小三孔径三，密三间距三的周三边孔三，不三耦合三装药三或间三隔装三药，三弱震三爆破三，炸三除沿三洞周三留下三的厚三度为三最小三抵抗三线的三光爆三层，三形成三光面三。优点三：①三超挖三少，三减少三工程三量；三②降三低开三挖后三的糙三率；三③对三围岩三的破三坏小三。④三与预三裂爆三破相三比孔三数少三，耗三药低三，起三爆时三间不三象预三裂那三样先三于主三爆破三孔而三是滞三后于三主爆三破孔三。图3-三8三、三预裂三爆破三（多三用于三明挖三）定义三：在三主体三爆破三前，三在设三计轮三廓线三上预三先炸三出一三定宽三度的三裂缝三。三预裂三原理三：由三于不三耦合三装药三，空三隙的三存在三削减三了作三用在三孔壁三上的三爆压三峰值三，并三为孔三间彼三此提三供了三聚能三的临三空面三。削三减后三的爆三压峰三值不三致使三孔壁三产生三明显三的破三坏，三只切三向拉三力使三炮孔三四周三产生三径向三裂纹三，临三空面三聚能三作用三使孔三间连三线产三生应三力集三中，三孔间三裂纹三发展三，而三滞后三的高三压气三体沿三缝产三生“三气刃三”劈三裂作三用，三使周三边孔三间连三线上三裂纹三全部三贯通三。明槽三开挖三布孔三图药包三结构三图1-预裂三线2－预三裂孔3－开三挖区三炮孔4－药三包5－传三爆线6－堵三塞段图3-三9预裂三爆破三布孔三与装三药图3三-1三4温州三中银三大厦三拆除三爆破三工程图3三-1三5广州三石化三造粒三塔爆三破工三程第四三节钻孔三机具三和爆三破器三材一、三钻孔三机具钻爆三作业三中，三钻孔三消耗三的时三间占三爆破三工程三各工三序时三间一三半以三上，三而其三费用三则占三爆破三工程三总费三用70三%以上三。浅孔三作业三多用三轻型三手提三式风三钻。采石三、削三坡和三基础三开挖三作业三多用三大型三钻机三进行三深孔三作业。1．回三转式三钻机(a)平刃三钻头三(b)弧形三刃钻三头三(c)普通三刃“三十”三字形三钻头三(d)凸刃三“十三”字三形钻三头图3三-1三6钻头三型式（单三位:mm三）图3三-1三7三回三转式三钻机2.冲击三式钻三机1－三绞车三；2三－偏三心轮三；3三－连三杆；三4、三5、三6－三滑轮7－三钢索三；8三－钻三具；三9－三钻架三；1三0－三履带三；1三1－三支承三千斤三顶图3三-1三8三冲击三式钻三机3.潜孔三钻1－三钻杆三；2三－滑三架；三3－三履带三行走三机构三；4三－拉三杆；三5－三电动三机；三6－三减速三箱7－三冲击三器；三8－三钻头三；9三－推三压气三缸；三10三－卷三扬机三；1三1－三托架三；1三2－三滑板三；1三3－三副钻三杆图3三-1三9三潜孔三钻二、三炸药三和起三爆器三材1．炸三药的三性能三指标(1三)威力(2三)最佳三密度(3三)氧平三衡(4三)安定三性(5三)敏感三度(6三)殉爆三距2．常三用的三工程三炸药(1三)T三NT三(三硝三基甲三苯)三(2三)胶质三炸药(硝化三甘油三炸药)(3三)铵梯三炸药(4三)浆状三炸药(5三)乳化三炸药3．起三爆器三材(1三)雷管(2三)非电三起爆三器材导火三索三传三爆线三导爆三管雷管(a)火雷三管(b)即发三电雷三管(c)延发三电雷管(d)安全电雷管1-三聚能三穴三2三-副三起爆三线3-三正起三爆线三4三-缓三燃剂5-三点火三桥丝三6-三雷管三外壳7-三密封三胶三8-三脚线9-三加强三帽三1三0-三帽孔11三-微三型安三全电三路图3三-2三0三雷管三、三起爆三和起三爆网三路1．起三爆方三式无论三是孔三眼爆三破还三是洞三室爆三破，三当采三用群三体药三包时三，都三可采三用同三时、三延期三，或三组内三同时三、组三间延三期的三起爆三方式三。2．起三爆方三法(1三)非电三起爆图3-三21电气三和传三爆线三混合三起爆三网络1－电三爆网三络；2－传三爆线三网络三；3－起三爆传三爆线三电雷三管；4－起三爆药三包电三雷管(2三)电气三起爆(a)串连三法；三(b)并联三法；三(c)串并三联法三；(d)并串三联法三；(e)并－三串－三并联三法1－三电源三；2三－输三电线三路；三3－三药包三；4三－支三路图3三-2三2三电爆三网路三连接三示例3．电三爆网三路设三计计三算(1三)网三路的三总电三阻:(2三)网三路准三爆的三总电三流:(3三)网三路所三需的三总电三压:(4三)通三过每个三雷管三的电三流强三度I(A)通过三每个三雷管三的电三流强三度大三于等三于最三小准三爆电三流[i]式中R1、R2—分别三为主三线和三电源三内的三电阻三，Ω；Rm—最大三支路三电阻三，Ω；N—支路三总数三；n—每个三药包三并联三雷管三个数三。第五三节爆破三安全三控制一、三安全三距离1．飞三石安三全距三离式中W—三—最小三抵抗三线，m；n三——爆破三作用三指数三；KA——与地三形、三风向三、风三速和三爆破三类型有关三的安三全系三数；2．爆三破地三震作三用的三安全三距离式中——三药包三形状三系数三，一三般取三1/三3或三1/三2；——三次同三时起三爆药三量，kg三；——爆心三距测三点的三距离三，m；——与地三形、三地质三和装三药条三件有三关的三系数三；——三震动三衰减三指数三。3．空三气冲三击波三影响三的安三全距三离式中KB—一次三同时三起爆三药包三重量三，kg三；Q—与装三药情三况和三限制三破坏三程度三有关三的系三数。破坏程度安全级别KB裸露药包埋入药包安全无破坏Ⅰ50~15010~50玻璃窗偶然破坏Ⅰ10~505~10玻璃窗全毁、门窗局部破坏Ⅱ5~102~5隔墙、门窗、板棚破坏Ⅳ2~51~2砖石木结构破坏Ⅴ1.5~20.5~1全部破坏Ⅵ1.5/4．三殉爆三的安三全距三离(1三)炸三药与三炸药三间的三殉爆三安全三距离rs1式中i——储存三炸药三的品三种编三号；Qi——i种炸三药包三的重三量，kg三；Ksi——三i种炸三药殉三爆安三全距三离系三数。(2三)雷三管对三炸药三的殉三爆安三全距三离rs2式中n——贮存三雷管三个数三。5．有三害气三体扩三散安三全距三离炸药三爆炸三生成三的各三种有三害气三体，三如一三氧化三碳、三二氧三化碳三、二三氧化三硫和三硫化三氢等三，在三空气三中的三含量三超过三一定三数量三就会三危及三人身三安全三。式中Q——爆破三炸药三总重三量，t；VB——爆破三时可三能出三现的三最大三风速三，m／s。二、三瞎炮三及其三处理通过三引爆三而未三能爆三炸的三药包三称为瞎炮。产生三瞎炮三的原三因主三要是三爆破三器材三失效三或损三伤，三为避三免瞎三炮，三关键三在于三做好三预防三检查三工作三。瞎炮三的处三理方三法:1)距瞎三炮炮三孔30三-6三0c三m，钻平三行炮三孔装三药爆三破，三但切三勿与三瞎炮三炮孔三斜交三钻孔三。2)若通三过检三查证三实雷三管电三阻正三常，三炸药三未失三效，三则宜三接线三重新三起爆三。3)若证三实炸三药已三失效三，且三其敏三感度三不高三，则三可将三炮泥三掏出三，再三