光面爆破法在道路工程中的應(yīng)用

光面爆破法在道路施工中的應(yīng)用摘要：本文結(jié)合工程施工實(shí)例，對光面爆破工作原理和施工技術(shù)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：光面爆破爆破參數(shù)爆破網(wǎng)路ApplicationofTheSmoothBlastingforRoadConstructionAbstractThisarticlecombiningtheengineeringexample,expatiatingtheworkprincipleandtheconstructiontechniquefortheSmoothBlasting.Keywordssmoothblastingblastingparameterblastingcircuit1、概述光面爆破又稱修邊爆破，是控制爆破中的一種爆破方法，目的是使爆破后留下的圍巖具有光滑的表面，并保護(hù)它不受損傷，常用于斷面周邊一層巖石的爆破，在公路施工中可用于控制邊坡。使用光面爆破技術(shù)時，要求巖石較堅(jiān)固，否則不能取得令人滿意的效果。省道212線K4+899.80～K5+083.00段，是本公司施工的路段，表土層下是致密的石灰?guī)r層，巖石堅(jiān)固性系數(shù)達(dá)f=8（SC=800kg/cm2）。經(jīng)論證，本工程可以使用光面爆破技術(shù)來控制邊坡。2、光面爆破的原理和爆破參數(shù)計(jì)算光面爆破的質(zhì)量決定于周邊眼的爆破參數(shù)：裝藥量、炮眼間距和最小抵抗。在本工程施工中，全斷面采用藥壺爆破法爆破，炮眼參數(shù)另行設(shè)計(jì)，周邊光面爆破參數(shù)按下述方法確定。2.1、裝藥量計(jì)算：控制裝藥量的目的是為了降低對圍巖的破壞。要求周邊眼的裝藥爆炸后，圍巖面上應(yīng)留有炮眼痕跡。換言之，在爆破荷載作用下，炮眼壁上產(chǎn)生的沖擊壓力不大于處于體積應(yīng)力狀態(tài)下巖石的抗壓強(qiáng)度。即：P≤KbSc（式—1）式中：P—炮眼壁上的沖擊壓力，單位Kg/cm2；Sc—巖石單軸抗壓強(qiáng)度，單位Kg/cm2；Kb—在體積應(yīng)力狀態(tài)下巖石抗壓強(qiáng)度增大系數(shù)，K=10，為達(dá)到此目的，可采用空氣柱式間隔裝藥（見圖—1）?？諝庵介g隔裝藥的原理是：、降低了作用在炮眼壁上的沖擊壓力峰值。若沖擊壓力過高，在巖體內(nèi)激起沖擊波，產(chǎn)生壓碎圈，使炮眼附近巖石過度破碎，就會消耗大量能量，影響壓碎圈以外巖石的破碎效果。如果采用增大裝藥的不偶合系數(shù)的方法，雖然也能達(dá)到降低沖擊壓力的效果，但若裝藥直徑不變，由于增加了炮眼直徑，會給打眼帶來困難。在空氣柱式間隔裝藥條件下，炮眼壁上產(chǎn)生的沖擊壓力為：P=(PoD21/8)×(dc/db)6×[lc/(lc+la)](式-2)式中：la—空氣柱長度，單位米；lc—裝藥長度，單位米；Po—炸藥密度，單位g/cm2；D1—爆速，單位m/s；dc—裝藥直徑，單位mm；db—炮眼直徑，單位mm；n—?dú)怏w與炮眼壁碰撞時壓力增大系數(shù)，n=8～11。省道212線我公司施工的路段，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=8（SC=800kg/cm2），使用2#巖石銨梯炸藥，這種炸藥的藥卷直徑為dc=32mm，密度Po=1g/cm3，爆速D1=3600m/s，炮眼直徑db=42mm。施工中，由于圍巖較厚，全斷面分梯段爆破，每個梯段高度都達(dá)到4米，因此光面爆破孔的炮泥長度可以忽略不計(jì)（炮泥長度為20～30cm）。因此，上式中l(wèi)a+lc=lb，其中l(wèi)b為炮眼長度。由（式—1）和（式—2）可以推導(dǎo)出每米炮眼的裝藥長度lc。lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6（式—3）計(jì)算（式—3）：lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6=(8×10×800×9.8×104/10×1000×36002)×（42/32）6=0.25m則每米炮眼裝藥量為：qc≤(∏d2c/4)lcPo=(3.14×3.22/4)×25×1=205g、增大了應(yīng)力波作用時間。原因有兩個：其一，由于降低了沖擊壓力，減小或消除了沖擊波作用，相應(yīng)地增大了應(yīng)力波能量，從而能夠增加應(yīng)力波的作用時間；其二，當(dāng)兩段裝藥間存有空氣柱時，裝藥爆炸后，首先在空氣柱內(nèi)激起相向傳播的空氣沖擊波，并在空氣柱中心發(fā)生碰撞，使壓力增高，同時產(chǎn)生反射沖擊波于相反方向傳播，其后又發(fā)生反射和碰撞。炮眼內(nèi)空氣沖擊波往返傳播，發(fā)生多次碰撞，增加了沖擊波及其激起的應(yīng)力波的作用時間。圖—2是在相同條件下的連續(xù)裝藥和空氣柱間隔裝藥的應(yīng)力波形。圖中，空氣柱式間隔裝藥激起的應(yīng)力波，其峰值應(yīng)力減小，應(yīng)力波作用時間增大，又由于空氣沖擊波碰撞，在應(yīng)力波波形上可以看到兩個峰值應(yīng)力，但總的來看，應(yīng)力變化比較緩和。(a）（b）圖—2連續(xù)裝藥和空氣柱式間隔裝藥激起應(yīng)力波波形的比較a—連續(xù)裝藥b—空氣柱間隔裝藥、增大了應(yīng)力波傳給巖石的能量，而且比沖量I（是指應(yīng)力波通過時經(jīng)單位面積傳給巖石的沖量稱為比沖量。）其計(jì)算式為I=∫tsojx(t)dt,式中ts—應(yīng)力波作用時間；jx（t）—應(yīng)力隨時間變化的函數(shù)即應(yīng)力波波形。沿炮眼分布較均勻，這是以上兩點(diǎn)原因帶來的結(jié)果。由于空氣柱式間隔裝藥有以上三個方面的作用，因此，在一定的巖石和炸藥條件下，合理確定空氣柱與裝藥長度比值（見表一1），就能提高炸藥能量的有效利用和改善爆破效果。合理空氣柱長度表—1巖石性質(zhì)空氣柱長度與裝藥藥長度的比值值軟石0.35～0.44中等堅(jiān)固性多裂隙隙巖石（f=8～11）0.3～0.322中等堅(jiān)固性塊體巖巖石（f=8～11）0.21～0.227多裂隙的堅(jiān)固巖石石0.15～0.22堅(jiān)固、韌性具有多多裂隙的巖石石0.15～0.22由已知條件，本工程的空氣柱長度與裝藥長度的比值可定為0.25：1。2.2、炮眼間距的計(jì)算確定炮眼間距是為了沿周邊眼布置線形成貫穿裂縫，確保壁面光滑。裂隙形成的機(jī)理有以下兩點(diǎn)：、應(yīng)力波的干涉。當(dāng)相鄰兩裝藥同時爆炸時，應(yīng)力波在裝藥連線上疊加的情況見圖—3。從圖中可以看出，當(dāng)兩個裝藥同時爆炸時，各自產(chǎn)生的應(yīng)力波沿裝藥連線相向傳播，經(jīng)一定時間后，孔壁處應(yīng)力達(dá)到峰值，其后，由于應(yīng)力波的相互干涉，裝藥連線中點(diǎn)處的應(yīng)力開始增大，達(dá)到峰值后再逐漸減小。為形成貫穿裂縫，在相鄰裝藥連線中點(diǎn)上產(chǎn)生圖—3相鄰兩裝藥同時爆炸時，裝藥連線上應(yīng)力的變化（圖上數(shù)字為經(jīng)歷時間，微秒）的拉應(yīng)力等于巖石的抗拉強(qiáng)度。設(shè)若作用在炮眼壁上的初始應(yīng)力峰值為P，則在相鄰裝藥連線中點(diǎn)上產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為：σo=2bp/re（式—4）式中：r—對比距離，r=a/db（a為炮眼間距）e—應(yīng)力波衰減指數(shù)，e=2－[v/(1-v)]（v為巖石泊松比，本工程圍巖泊松比v=0.25）b—切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力的比值，b=v/(1-v)將r=a/db,σo=ST（ST為巖石的抗拉強(qiáng)度，本工程ST=67kg/cm2）代換后，由（式—4）可以求得炮眼間距：a=(2bP/re)1/edb（式—5）計(jì)算上式：e=2－[v/(1-v)]=2－[0.25/(1-0.25)]=1.67b=v/(1-v)=0.25/(1-0.25)=0.33P=KbSc=10×800=8000Kg/cm2則a=(2bP/re)1/edb=(2×0.33×8000/67)1/1.67×4.2=57cm、應(yīng)力波與爆炸氣體的綜合作用，只有在相鄰兩裝藥同時爆炸的條件下，才有可能產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加。為保證這樣的條件，光爆層裝藥須待主體爆破結(jié)束后，采用時差最小的瞬發(fā)雷管起爆。如果采用的雷管時差較大，就難以保證應(yīng)力波在裝藥連線上發(fā)生相互作用。在這種情況下，相鄰裝藥的貫穿裂縫通常不是靠應(yīng)力波的疊加形成的，而是各裝藥激起的應(yīng)力波先在各自炮眼壁上產(chǎn)生初始裂縫，然后，在爆炸氣體靜壓作用下，使之?dāng)U展貫穿。2.3、最小抵抗線的計(jì)算為了使光爆層脫離原巖體，并防止在反射波作用下產(chǎn)生超挖，必須合理確定周邊眼的最小抵抗，即光爆層的厚度。最小抵抗過大，光爆層巖石將得不到適當(dāng)?shù)钠扑椤Ｉ踔敛荒苁蛊溲嘏谘鄣撞孔钚〉挚骨懈钕聛?；反之，最小抵抗過小，在反射波作用下，圍巖內(nèi)將產(chǎn)生較多、較長的裂隙，影響邊坡的穩(wěn)定性，甚至造成圍巖片落、超挖和邊坡表面凹凸不平。確定周邊眼的最小抵抗在于合理選擇裝藥臨近系數(shù)m。為了獲得良好的光爆效果，m值應(yīng)根據(jù)圍巖的性質(zhì)來選擇。光爆層巖石的崩落類似于露天臺階爆破，可用下式來確定最小抵抗W：W=qb/calb（式—6）式中qb—炮眼內(nèi)的裝藥量，Kg；Ib—炮眼長度，m；a—炮眼間距，m；c—爆破系數(shù)，相當(dāng)于單位耗藥量，取c=0.5Kg/m3計(jì)算上式：qb=Ibqc=4×0.205=0.82Kga=0.57mW=qb/calb=0.87/0.5×0.57×5=0.74m光爆層炮眼的鄰近系數(shù)為：m=a/W=0.57/0.74=0.773、爆破器材和電爆網(wǎng)路計(jì)算3.1、爆破器材、炸藥：選用2#巖石銨梯炸藥。、雷管：選用8號紙殼瞬發(fā)電雷管，腳線是鐵質(zhì)的，橋絲為康銅橋絲，雷管的全電阻為2.95～3.40Ω。敷設(shè)網(wǎng)路前，要逐個測定每個雷管的電阻，檢查有無斷路、短路或電阻特大、特小的雷管，并選出電阻值相近的雷管來使用，以保證可靠起爆。、起爆電源：本工程使用照明線作為起爆電源。此時，須在安全地點(diǎn)設(shè)置放炮開關(guān)。放炮開關(guān)包括動力電源開關(guān)盒、放炮電源開關(guān)盒和放炮刀閘盒三部份。（見圖—4）。圖—4放炮開關(guān)示意圖a—動力電源開關(guān)b—放炮電源開關(guān)c—放炮刀閘盒1—動力線2—雙刀雙擲刀閘3—保險絲4—插座5—短路桿6—指示燈7—插頭8—放炮母線放炮前，刀閘處于短路狀態(tài)，防止外部電源（如雜散電流）進(jìn)入雷管。放炮時，按順序合閘。每次合閘均需發(fā)出信號，以保證安全。3.2、電爆網(wǎng)路計(jì)算電爆網(wǎng)路由電雷管、端線（加長電雷管腳線，使之能引出炮孔口）、放炮母線組成。本工程采用串并聯(lián)方式連接電雷管，其電路圖見圖—5由圖—5可以看出，當(dāng)若干發(fā)電雷管連成一個電爆網(wǎng)路，用同一電源起爆時，由于各發(fā)電雷管對電能作用表現(xiàn)出的敏感程度不同，最敏感的雷管將最先被引爆并切斷電路，這時，若不敏感的電雷管的引火頭還未點(diǎn)燃，就會產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象。圖—5電雷管連接方式示意圖雷管的拒爆直接影響著爆破效果，而且處理起來既麻煩又危險。因此，爆破設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)力求網(wǎng)路中的所有雷管都能可靠起爆。實(shí)踐證明，要保證電爆網(wǎng)路中的所有電雷管都能可靠起爆，必須滿足以下兩個條件：、同一電爆網(wǎng)路中使用的電雷管應(yīng)是同一廠家同批生產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)品，電雷管在使用前須經(jīng)測試合格；、電源分配給網(wǎng)路中任一發(fā)雷管的電流都不得小于規(guī)定的準(zhǔn)爆電流。對大爆破，直流電起爆時電流不小于2.5A，交流電不小于4A。對一般爆破，直流電不小于2A，交流電不小于2.5A。根據(jù)施工進(jìn)度要求，本工程每循環(huán)進(jìn)尺為5m，即每邊的修邊炮孔有9個，共有2組并聯(lián)。經(jīng)實(shí)測，母線電阻為5.3Ω，每發(fā)電雷管電阻為3.1Ω，可用下式計(jì)算通過每發(fā)電雷管的電流。I=u/(mRm+nRd)式—7式中u—電源電壓；m—分支數(shù)目；Rm—母線電阻；n—個分支電路內(nèi)的雷管數(shù)；Rd—雷管電阻。計(jì)算上式：I=u/(mRm+nRd)=220/(2×5.3+9×3.1)=5.7A＞I準(zhǔn)=2.5A符合準(zhǔn)爆條件，電雷管能安全起爆。4、爆破圖表4.1、炮眼布置方法原則上，周邊眼應(yīng)布置在設(shè)計(jì)輪廓線上，但為便于打眼，可以向外偏斜一定角度。偏斜角的角度根據(jù)炮眼深度來調(diào)整，眼底落在設(shè)計(jì)輪廓線外不超過100mm，最小抵抗從眼底算起，炮眼布置圖見圖—6。4.2、炮眼布置參數(shù)表炮眼參數(shù)在上面已經(jīng)計(jì)算過。炮眼布置參數(shù)和裝藥量參數(shù)表表—2炮眼名稱炮眼長度m傾角每眼裝藥量Kg炮泥長度m起爆方向炮眼間距m抵抗線w雷管個數(shù)垂直方向水平方向周邊眼415.7o74.3o0.820.3反向0.570.7418主要爆破條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表—3項(xiàng)目名稱單位數(shù)量巖石堅(jiān)固性系數(shù)8鑿巖機(jī)（型號）臺YT—23氣腿式2