光面及预裂爆破

1、根据《公路路基设计规范》，为进一步分析高边坡变形特点，掌握治理工程在实施过程中受诸如降雨、开挖等的影响程度，保证施工安全和施工质量，确保公路营运期间高边坡的稳定，验证治理工程的效果，进行必要的边坡监测工作十分重要。除防治工程外，相配套的监测工作是高边坡治理工程的重要组成部分。2、监测内容：对边坡的不稳定范围、移动方向和速度以及地下水、爆破振动等取得定量数据，供设计分析，验证边坡锚固系统是否达到预期作用，并指导施工。3、监测项目：主要包括地表监测、地下位移监测、地下水位监测等。⑴地表监测项目、方法及目的监测项目监测方法监测目的地表监测水平位移监测全站仪、光电测距仪观测地表位移、变形发展情况。垂直变形监测水准仪裂缝监测标桩、直尺或裂缝计观测裂缝发展情况⑵地下位移监测项目、方法及目的监测项目监测方法监测目的地下位移监测测斜仪探测相对于稳定的地下岩体位移，证实和确定正在发生位移的构造特征，确定潜在滑动面深度，判断主滑方向，定量分析评价边坡的稳定状况，评判边坡加固工程效果。⑶地下水位监测项目、方法及目的监测项目监测方法监测目的地下水位监测人工测量（可结合地下位移监测进行）观测地下水位变化于降雨关系，评判边坡排水措施的有效性。4、监测时间及频度边坡监测工作时间主要为施工期和公路营运初期，总的监测时间应为边坡开挖至公路建成营运不少于一年。监测频度应与施工和降雨量相适应，在雨季、边坡开挖（放炮）期间和已出现变形破坏时应加密观测。连续3日降雨量大于50mm/日时，应连续观测3次，间隔时间不大于2天。竣工后监测次数可减少。监测时间和频度表（一般情况）序号监测项目测试元件监测周期施工期间竣工后1年1地表位移位移桩每周1次头6个月为每月观测1次，以后每3个月观测1次。2深层位移侧斜管每周一次（注：当边坡变形速率加大或出现异常变化，应缩短观测时间间隔，加密观测次数）光面爆破一、 基本概念1、 定义在主体石方爆破后，沿设计轮廓线将光爆层崩落，获得光滑、平整的壁面，达到控制轮廓线的目的，称光面爆破。2、 光面爆破有点减少超欠挖，节约工程成本。开挖面平整、光滑，可减少支护工作量，有利于后期作业，露天光面爆破有很好的环保效果。对保留岩体破坏影响小，有利于巷道围岩和边坡的稳定。3、 光面爆破缺点钻孔工艺复杂，要求钻孔水平高，钻孔量大。对施工人员素质要求较高。二、 光面爆破适应条件1、 地址条件适应性广泛地应用于坚硬岩石及岩体较完整的软岩，效果明显；同时，在不均岩体和构造发育的岩体中采用光面爆破效果虽然不明显，但它对减轻围岩的破坏、减少超欠挖作用很大，因此更需要光面爆破。2、 爆破方法适应性适应于孔深大于1.5m的浅孔爆破、露天及地下深孔爆破。3、 工程适应性隧道、水工隧道及地下石方开挖工程，铁路，公路，场坪等露天开挖工程。三、 光面爆破的参数选择1、 地下工程光面爆破参数选择孔径d光面爆破孔径随钻孔机械变化而变化，一般为：d=(38~48)mm孔距EE=(10~15)d，一般取E=(40~70)cm。最小抵抗线W光(光爆层厚度)式中：E一光爆孔孔距，cm；光K一光爆孔密集系数，一般取K=0.8。线装药密度q一般取q=(120~180)g/m。2、 露天光面爆破的参数选择钻孔直径d深孔光面爆破，取 d=(80~100)mm；浅孔光面爆破，取d=(38~42)mm。台阶高度H台阶高度H和主体石方爆破梯段高度相对应，一般情况，深孔取5mVHV15m为好，浅孔取2mVHV4m为佳。⑶钻孔深度h炮孔超深h，可在h=(0.5~1.5)m间选取，孔深和岩石坚硬完整者取大值，反之取小值。最小抵抗线W光W=Kd式中：K—计算系数，一般取K=15〜25，软岩取大值，硬岩取小值。孔距a光a=mW(m)式中：m一炮孔密集系数，一般取m=0.6〜0.8。(6)炮孔长度LL=H/sina+h式中：a一边坡坡度，即钻孔角度。(7)光面爆破装药量计算线装药密度q光的计算：炮孔装药量Q光的计算K光&光叩光血/”光Q=qL(g)式中：K一光面爆破的单位是药量(g/m3)o四、光面爆破设计步骤1、 收集基本资料包括巷道开挖断面的大小，一次循环的进尺，岩体的种类、构造发育程度以及岩石物理力学性质等方面的资料。2、 确定光面爆破的施工顺序是采用预留光爆层分布开挖，还是全断面开挖。3、 确定光爆层的厚度根据钻孔机械的性能及每一循环的进尺，求出周边孔的外插量，然后根据开挖断面的大小及地质条件等，选定光爆层的厚度。4、 选择合理的光爆参数，包括孔距、装药集中度等。5、 确定炮孔的装药结构。6、 确定起爆方法即网路的连接形式。预裂爆破一、 基本概念1、 定义在主体石方开挖爆破之前，预先在设计的轮廓线上爆破一条有一定宽度的贯穿裂缝，称预裂爆破。2、 预裂爆破的有点可以减少超欠挖量，节省工程投资开挖面光洁平整，有利后期的作业对保留的岩体的破坏影响小，有利于巷道围岩及边坡的稳定。由于预裂缝的存在，极大地降低了爆破振动对周边建筑的影响，可以放宽对开挖区爆破规模的限制，提高工效。二、 预裂爆破的参数选择影响预裂爆破效果的因素很多，有钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、地质构造、炸药品种、装药结构以及施工因素等等。凡此种种又都是相互影响的，想要完全从理论上说清楚他们之间的关系是困难的。就目前的状况来说，对预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也很不完善，多半需要通过实地的现场试验，才能获得较为满意的结果。目前，确定预裂爆破主要参数的方法，大致有下列三种：理论计算发、经验公式计算法、经验类比法。1、理论计算法前苏联A.A.费先柯和B.C.艾里斯托夫提出的计算方法，是以预裂孔同时起爆为基础，根据爆炸应力波的动力作用推导出来的。为了保证形成理想的预裂面，且孔壁不受或少受破坏，必须满足下面的力学方程：or^a压— 、一*…/T*拉式中：ar—预裂孔壁受到的最大径向压实力；aT一预裂孔连心线上岩体受到的切向最大拉应力；a压一岩石的极限抗压强度；根据炮孔内冲击应力波的作用理论，在保证孔壁岩体不被压碎的条件下，可求得最佳的装药密度值：△=1.6[(a压/10)(2.5+"[6.25+1400/(。压/10)])]/100Q式中：△一最佳装药密度，g/m3； 厂a一岩石的极限抗压强度，kPa；Q一炸药的爆热，kJ/kg。求出孔内的装药密度后，只要给定一个孔径，就可以直接求出炮孔的线装药密度。当相邻两孔连心线上的切向拉应力超过岩石的抗拉强度时，那么形成裂缝将是可能的。为此炮孔内的装药满足按上式计算的最佳装药密度时，可求得炮孔间距为a=1.6[(a/a拉川/(1—p)]2/3d式中：a一炮孔间距，cm；a一岩石的极限抗拉强度，kPa；p一岩石的泊松比；d一炮孔直径，cm。2、经验公式计算法预裂爆破经验计算式通式：q=K(a)aapdY式中：q、一炮孔的线装药密度，kg/m；厂a线一岩石的极限抗压强度，MPa；2圣炮孔间距，m；d-炮孔直径，m；K、a、p、丫一均为系数。具体的计算式有长办长江科学院计算式⑵葛洲坝工程局计算式q线=0.034("a0.”(3)武汉水利电力学院计算式1线0.367(a压)dq线=0.127(a压)0.5a0.84(d/2)0.24根据完成的工程实际经验资料，结合工地地形地质条件、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。见下表。

兰格弗尔斯的预裂爆破参数炮孔直径(mm)线装药密度①(kg/m)炸药种类药卷直径(mm)炮孔间距(m)炮孔直径(mm)线装药密度①(kg/m)炸药种类药卷直径(mm)炮孔间距(m)30古力特0.25〜0.4870.70代纳米特250.7〜1.0370.12古力特0.3〜0.51000.90代纳米特250.8〜1.2440.17古力特0.3〜0.51251.40纳比特401.0〜1.5500.25古力特0.45〜0.71502.00纳比特501.2〜1.8620.35纳比特220.55〜0.82003.00代纳米特521.5〜2.1750.50纳比特250.6〜0.9注：①此匕处的线装药密度为全孔的平均当它装药密度。古斯塔夫松的预裂爆破参数炮孔直径(mm)线装药密度(kg/m)炸药种类炮孔间距(m)25〜320.07中11mm古力特0.2〜0.325〜430.16中17mm古力特0.35〜0.6400.16中17mm古力特0.35〜0.5510.32半个炮孔0.16半个炮孔2X^11mm古力特中11mm古力特0.4〜0.5640.36中22mm纳比特0.6〜0.84、计算中注意事项炸药性能不同品种的炸药，它的爆破效果不一样，在进行药量计算时，应根据工地实际使用的炸药品种进行必要的换算。线装药密度线装药密度是指炮孔每延长米长度内的炸药装填量，在实际装药过程中，应根据不同的情况进行处理。一般可将装药分成三段，即底部加强装药段、中不正常装药段、顶部为减弱装药段和填塞段。其基本原则是在保证堵塞条件下，取底部长度L3=0.2L，中部长度L2=0.5L，顶部长度L]=(0.2〜0.3)L，就能够获得满意结果。炮孔直径与孔深的关系在计算中，应密切注意孔深和孔径的关系。一般情况下，孔径小，炮孔深度浅；孔径大，炮孔深度深。当孔深增加时，底部将增大装药量，小直径炮孔会造成耦合装药，从而引起孔壁破坏，因此，在设计中应注意其合理性。孔径和孔距的关系在预裂爆破设计中，为了满足部耦合系数大于2的要求，钻孔孔径不宜太大。这就决定了孔径和孔距的比例关系。预裂孔孔距往往以多少倍的孔径作为衡量指标，一般取a=(8~12)d。三、预裂爆破设计原则1、 对于拉槽或开挖层比较厚的路堑，为减少爆破对边坡岩体及其上部建筑物的震动破坏，并达到开挖边坡光滑平整稳定的目的，可采用边坡预裂爆破。2、 对于垂直和倾斜边坡的预裂爆破，边坡的倾角大于60o，或坡比陡于1：0.5为宜。3、 预裂孔应沿设计开挖边界面布置，炮孔倾斜角度应与设计边坡坡度等同。4、 预裂爆破的炮孔直径d，可根据钻机设备条件和石质情况选定，以d=(40~100)mm为宜。硬岩可选用大孔径，但对于软弱破碎的岩石则宜选择小的孔径。5、 预裂爆破的台阶高度(一次开挖的深度)H，当d=(60~100)mm时，可取H=(5~15)m，当d=40mm时，则以H=(2~4)m为好。6、 挖深大于15m时，宜分层钻爆。层间应设平台，对d=(60~100)mm的炮孔，可取平台宽度B=(1.0~2.0)m；小炮预裂则可取B=(0.2〜0.5)m，也可不设平台。7、 预裂炮孔的超钻h，可在h=(0.5〜2.0)m间取值，钻孔深及岩石坚硬完整者取大值，反之取小值。8、 炮孔深度L，按公式L=H/sina+h计算。9、 预裂爆破的孔距a裂的计算：a=nd(m)式中：n一孔距计算系数，通常n=8〜12裂孔径小、岩石坚硬完整者取大值，反之取小值。10、 预裂孔于相邻主炮孔之间应符合下列关系两者应有一定距离，距离值于主炮孔药包直径及单段最大起爆药量有关，可依照下表取值。预裂孔、主炮孔间距于主炮孔药径药量关系表主炮孔药包直径(mm)<32<55<70<100<130主炮孔单段起爆药量(kg)<20<50<100<300<1000预裂孔与主炮孔间距(m)0.80.8~1.21.2~1.51.5~3.53.5~6.0预裂孔的深度不应浅于主炮孔爆破的破坏深度。预裂孔向两端的延伸长度应超出主孔爆破时地表的破坏深度。预裂孔超前主炮孔起爆的时间，弱岩不少于150ms，硬岩不少于75ms。11、若相邻主炮孔药量过大，与预裂孔的关系不符合第10条规定时，可在主炮孔与预裂孔之间设置一排缓冲孔，其关系以不超出第10条规定为限。12、预裂爆破炮孔的线装药密度q裂(g/m)和炮孔装药量Q裂(g)可按下式计算:q：=、a裂 奏Q裂=q裂L式中：K一预裂爆破单位面积耗药量(g/m2)。裂四、预裂爆破的设计步骤预裂爆破的设计，一般包括六个方面。1、 收集基本资料开挖轮廓设计的基本情况台阶开挖深度，开挖轮廓的形态，保留面的倾斜度，钻孔深度，地下水位及周围的建筑物情况等。爆破岩体的基本情况岩石的种类、抗压和抗拉强度，泊松比，岩石的层理、节理裂隙，风化程度，断裂构造和软弱带的分布，等等。炸药性能使用炸药的种类、爆力、猛度、殉爆距离、爆热、炸药密度以及临界直径等。2、 确定钻孔直径应当根据工地的机具条件，预裂孔的深度，以及当地的地质条件等综合考虑。在确定钻孔直径时，一方面要从技术的可靠性方面进行论证，同时应尽量简化施工，降低成本。3、 确定炮孔间距根据选定的孔径，按一定的比值选取炮孔间距，一般可取a=(8〜12)d，孔径大时取小值，孔径小时取大值；完整坚硬的岩石取大值，软弱破碎的岩石取小值。孔距也按a二顷(。压/。拉川/(H)W。注：a 炮眼间距，cm；。——岩石的极限抗压强度，kPa；。拉——岩石的极限抗拉强度，kpa；M——岩石的泊松比；d——炮孔直径，cm。4、 计算药量按理论公式或经验公式计算药量，求出线装药密度，同时也应参考已成工程的一些经验数据，作进一步的调整，然后根据所采用的炸药品种，这算成实际的装药量。5、 确定装药结构首先药根据地质条件、钻孔、孔深、炸药品种、装药量等因素确定堵塞段的长度和底部的装药量及其范围，然后根据钻孔和炸药的供应情况，决定是采用间隔装药还采用药卷连续装药。6、 确定起爆网路选定起爆方式并惊醒起爆网路设计和计算，提出起爆网路图。五、光面、预裂爆破施工工艺每次爆破均应进行施工技术设计一、 施工技术内容炮孔编号、位置(里程及位于线路中心的左、右与距离)、钻孔方向及倾斜角度与深度。炮孔的技术参数表。炮孔装药结构及堵塞方法。起爆方法、起爆网路图。炸药、雷管、导爆索、导爆管、导火线及其他所需器材用量。安全防护措施及所需防护材数量。施工技术要求及注意事项。二、 光面、预裂爆破施工工艺流程光面、预裂爆破施工工艺流程图如下：光面、预裂爆破施工工艺流程图三、光面、预裂爆破的钻孔施工1、 孔前的施工准备边坡测量放线边坡测量是边坡按设计轮廓线开挖的重要保证。施工前药严格作好测量放线工作。边坡测量应分两次进行，第一次测量主要为钻机操作的平台定位，在钻机平台修好后，进行第二次边坡定位测量。其测量方法可用全站仪一次完成，边桩点10m设一个，边桩点连线为钻孔轮廓线。钻机平台修建钻机平台是钻机位移和架设的场地。钻机平台的宽度原则上越宽越好，一般根据钻孔机械类型而确定，但最小不少于1.5m。平台应尽量做到横向平整、纵向平缓。2、 钻孔对位与架设钻孔精度是光面、预裂爆破成败的关键，除提高钻孔技术水平外，必须按“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机。钻机对位药准为了保证钻机在同一平面上对位开孔，在钻机平台上利用钢管作为钻机移动轨道。钢管一般架设在边坡线外30cm处，连接并固定垫实，再根据设计的孔距用油漆在钢管上标明孔位，以确保对位准确。钻孔方向要正钻孔方机架机架向正就是要使炮孔垂直于边坡 i线，并保证相邻孔相互平行并处左在同一边坡面上。一般做法是沿侧边坡开挖线拉一条测线，量测机距架两侧至测线距离，当S1=S2离时，则钻机没有发生扭曲现象， J见右图。同时还应注意，由于边坡高测绳 1右亨 w侧■距/钻机下部槽钢 离'】钻机调整方向示意图低不平，为了保证机身不倾斜，在机架顶部焊接20cm角钢或半圆钢，并将其垫平以保证方向正确，见下图。钻机调平小意图钻孔角度要精钻孔角度是爆破坡面平整、光滑的保证。一般的做法是在钻机机架上吊一垂球，以调整钻孔角度。3、钻孔工艺1)钻孔作业的基本要求必须熟悉岩石性质，摸清不同岩层的凿岩规律；凿岩的操作要领：空口要完整，孔壁要光滑，湿式凿岩时要调整好水量，掌握好岩浆浓度，保证排碴顺利；（3）凿岩的基本操作方法：软岩慢打，硬岩快打。2）钻机司机要求要求司机掌握操作要领，合理使用机具，熟悉和了解设备的性能、构造原理；提高钻孔技术水平，保证钻孔准确性。四、 光面、预裂爆破装药与堵塞严格作好药包、药串加工。装药量、装药结构和堵塞质量均符合设计要求，这是搞好光面、预裂爆破的重要技术措施。1、 装药结构光面、预裂爆破的装药结构，应能使其爆破后达到理想的爆破效果，即形成一个光滑、平整的壁面。常采用不耦合装药。2、 药包加工用于预裂爆破的药包，最好能在钻孔内均匀连续分布。此时，对于不同的线装药密度，就应有不同的药卷直径。为适应这一情况，国外已生产有不同直径的药卷供施工者选用，例如古力特炸药，小直径有中11、中13和中22等。我国今年虽然也生产这类药卷，但规格品种少，因此，在实际施工中，大多需要在现场加工制备。通常采用两种方法，一是将炸药装填于一定直径的硬塑料管内连续装药，为了顺利地引爆和传爆，在整个管内贯穿一根导爆索。这种方法多半用于小直径的钻孔，施工比较方便。另一种方法是采用间隔装药，即按照设计的装药量和各段的药量分配，将药卷绑扎在导爆索上，形成一个断续的炸药串。由于每个钻孔的深度不一致，装药量也不同，因此，对于每一个钻孔应当分别准备各自的炸药串，不能混淆，每一炸药串加工好后，应立即编上该孔的孔号，然后包好扎好待用。3、 装药与堵塞一般采用人工装药。为使炸药爆炸时能获得良好的不耦合效应，药柱（或者药卷串）应置于炮孔的中心。为达到目的，可采用一种塑料制的膨胀联结套管将药柱固定在炮孔的中央。在我国的预裂爆破中，多半将药卷串绑扎在竹片上，再插入孔内。对于垂直的孔，竹片应置于靠保留区的一侧，对于倾斜的孔，竹片应置于孔的下侧面。对于深度较小二直径较大的孔，也可以不用竹片，直接将药卷串装填于炮孔中。炸药装填好后，孔口的不装药段应使用干沙等松散材料堵塞。在装填之前，先要用纸团等松软的物质盖在炸药柱上。在堵塞过程中，应注意使药卷串保持在孔中央的位置上，不要因堵塞而将药卷串推向孔边。堵塞应密实，以防止爆炸气体冲出，影响预裂效果。五、 起爆网路起爆网路是爆破成败的关键，因此必须做好设计和施工工作。1、 导爆索连接起爆，连接方法如图所示。2、 用符合设计要求的相应段数的同段电或非电毫秒雷管绑于孔内药串起爆。3、 当光面、预裂规模大时，为了减轻爆破过程中的振动影响，可以采用分段起爆。在同一时段内采用导爆索起爆，各段之间分别用毫秒电雷管引爆。光面、预裂爆破质量评价1、光面、预裂爆破，爆破后都要在边坡壁上留下足够的半边钻孔痕迹，称为半孔率。不同岩性残留半孔率的质量标准，可按下表评估。按半孔率评价质量标准质量等级岩性半孔率(％