施工技術(shù)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)：

n＝r/W

當n=l即r=W時，稱為標準拋擲爆破；當n>1即r>W時，稱為加強拋擲爆破；當0.75<n<l時，稱為減弱拋擲爆破；當0.33<n≤0.75時，稱為松動爆破；當n≤0.33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L／a≤4時，為集中藥包；當L／a＞4時，為延長藥包。集中系數(shù)Ф：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，kg／m3；

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=HDηd/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)

η—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=(0.7~1.4)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Lmin≮L/2

深孔Lmin≮Wp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—炸藥的裝填系數(shù)；

Q—裝藥量，t；△—炸藥密實度，t／m3。

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-導流隧洞圖3-7定向爆破筑壩的藥包布置(3三)定向三爆破三筑壩三參數(shù)三選擇1)爆破三作用三指數(shù)n值的三選擇2)最小三抵抗三線長三度W值3)藥包三的水三平間三距a(m三)和層三或垂三直間三距b(m三)；應滿三足：4)單個三集中三藥包三藥量三：條形三藥包三藥量三：二、三光面三爆破三（多三用于三地下三工程三開挖三）定義三：主三體工三程爆三破之三后，三利用三布置三在開三挖輪三廓線三上的三炮孔三準確三地把三預留三的先三爆層三在巖三石上三切下三來。施工三方法三：沿三設計三開挖三線布三置小三孔徑三，密三間距三的周三邊孔三，不三耦合三裝藥三或間三隔裝三藥，三弱震三爆破三，炸三除沿三洞周三留下三的厚三度為三最小三抵抗三線的三光爆三層，三形成三光面三。優(yōu)點三：①三超挖三少，三減少三工程三量；三②降三低開三挖后三的糙三率；三③對三圍巖三的破三壞小三。④三與預三裂爆三破相三比孔三數(shù)少三，耗三藥低三，起三爆時三間不三象預三裂那三樣先三于主三爆破三孔而三是滯三后于三主爆三破孔三。圖3-三8三、三預裂三爆破三（多三用于三明挖三）定義三：在三主體三爆破三前，三在設三計輪三廓線三上預三先炸三出一三定寬三度的三裂縫三。三預裂三原理三：由三于不三耦合三裝藥三，空三隙的三存在三削減三了作三用在三孔壁三上的三爆壓三峰值三，并三為孔三間彼三此提三供了三聚能三的臨三空面三。削三減后三的爆三壓峰三值不三致使三孔壁三產(chǎn)生三明顯三的破三壞，三只切三向拉三力使三炮孔三四周三產(chǎn)生三徑向三裂紋三，臨三空面三聚能三作用三使孔三間連三線產(chǎn)三生應三力集三中，三孔間三裂紋三發(fā)展三，而三滯后三的高三壓氣三體沿三縫產(chǎn)三生“三氣刃三”劈三裂作三用，三使周三邊孔三間連三線上三裂紋三全部三貫通三。明槽三開挖三布孔三圖藥包三結(jié)構(gòu)三圖1-預裂三線2－預三裂孔3－開三挖區(qū)三炮孔4－藥三包5－傳三爆線6－堵三塞段圖3-三9預裂三爆破三布孔三與裝三藥圖3三-1三4溫州三中銀三大廈三拆除三爆破三工程圖3三-1三5廣州三石化三造粒三塔爆三破工三程第四三節(jié)鉆孔三機具三和爆三破器三材一、三鉆孔三機具鉆爆三作業(yè)三中，三鉆孔三消耗三的時三間占三爆破三工程三各工三序時三間一三半以三上，三而其三費用三則占三爆破三工程三總費三用70三%以上三。淺孔三作業(yè)三多用三輕型三手提三式風三鉆。采石三、削三坡和三基礎三開挖三作業(yè)三多用三大型三鉆機三進行三深孔三作業(yè)。1．回三轉(zhuǎn)式三鉆機(a)平刃三鉆頭三(b)弧形三刃鉆三頭三(c)普通三刃“三十”三字形三鉆頭三(d)凸刃三“十三”字三形鉆三頭圖3三-1三6鉆頭三型式（單三位:mm三）圖3三-1三7三回三轉(zhuǎn)式三鉆機2.沖擊三式鉆三機1－三絞車三；2三－偏三心輪三；3三－連三桿；三4、三5、三6－三滑輪7－三鋼索三；8三－鉆三具；三9－三鉆架三；1三0－三履帶三；1三1－三支承三千斤三頂圖3三-1三8三沖擊三式鉆三機3.潛孔三鉆1－三鉆桿三；2三－滑三架；三3－三履帶三行走三機構(gòu)三；4三－拉三桿；三5－三電動三機；三6－三減速三箱7－三沖擊三器；三8－三鉆頭三；9三－推三壓氣三缸；三10三－卷三揚機三；1三1－三托架三；1三2－三滑板三；1三3－三副鉆三桿圖3三-1三9三潛孔三鉆二、三炸藥三和起三爆器三材1．炸三藥的三性能三指標(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藥(1三)T三NT三(三硝三基甲三苯)三(2三)膠質(zhì)三炸藥(硝化三甘油三炸藥)(3三)銨梯三炸藥(4三)漿狀三炸藥(5三)乳化三炸藥3．起三爆器三材(1三)雷管(2三)非電三起爆三器材導火三索三傳三爆線三導爆三管雷管(a)火雷三管(b)即發(fā)三電雷三管(c)延發(fā)三電雷管(d)安全電雷管1-三聚能三穴三2三-副三起爆三線3-三正起三爆線三4三-緩三燃劑5-三點火三橋絲三6-三雷管三外殼7-三密封三膠三8-三腳線9-三加強三帽三1三0-三帽孔11三-微三型安三全電三路圖3三-2三0三雷管三、三起爆三和起三爆網(wǎng)三路1．起三爆方三式無論三是孔三眼爆三破還三是洞三室爆三破，三當采三用群三體藥三包時三，都三可采三用同三時、三延期三，或三組內(nèi)三同時三、組三間延三期的三起爆三方式三。2．起三爆方三法(1三)非電三起爆圖3-三21電氣三和傳三爆線三混合三起爆三網(wǎng)絡1－電三爆網(wǎng)三絡；2－傳三爆線三網(wǎng)絡三；3－起三爆傳三爆線三電雷三管；4－起三爆藥三包電三雷管(2三)電氣三起爆(a)串連三法；三(b)并聯(lián)三法；三(c)串并三聯(lián)法三；(d)并串三聯(lián)法三；(e)并－三串－三并聯(lián)三法1－三電源三；2三－輸三電線三路；三3－三藥包三；4三－支三路圖3三-2三2三電爆三網(wǎng)路三連接三示例3．電三爆網(wǎng)三路設三計計三算(1三)網(wǎng)三路的三總電三阻:(2三)網(wǎng)三路準三爆的三總電三流:(3三)網(wǎng)三路所三需的三總電三壓:(4三)通三過每個三雷管三的電三流強三度I(A)通過三每個三雷管三的電三流強三度大三于等三于最三小準三爆電三流[i]式中R1、R2—分別三為主三線和三電源三內(nèi)的三電阻三，Ω；Rm—最大三支路三電阻三，Ω；N—支路三總數(shù)三；n—每個三藥包三并聯(lián)三雷管三個數(shù)三。第五三節(jié)爆破三安全三控制一、三安全三距離1．飛三石安三全距三離式中W—三—最小三抵抗三線，m；n三——爆破三作用三指數(shù)三；KA——與地三形、三風向三、風三速和三爆破三類型有關(guān)三的安三全系三數(shù)；2．爆三破地三震作三用的三安全三距離式中——三藥包三形狀三系數(shù)三，一三般取三1/三3或三1/三2；——三次同三時起三爆藥三量，kg三；——爆心三距測三點的三距離三，m；——與地三形、三地質(zhì)三和裝三藥條三件有三關(guān)的三系數(shù)三；——三震動三衰減三指數(shù)三。3．空三氣沖三擊波三影響三的安三全距三離式中KB—一次三同時三起爆三藥包三重量三，kg三；Q—與裝三藥情三況和三限制三破壞三程度三有關(guān)三的系三數(shù)。破壞程度安全級別KB裸露藥包埋入藥包安全無破壞Ⅰ50~15010~50玻璃窗偶然破壞Ⅰ10~505~10玻璃窗全毀、門窗局部破壞Ⅱ5~102~5隔墻、門窗、板棚破壞Ⅳ2~51~2磚石木結(jié)構(gòu)破壞Ⅴ1.5~20.5~1全部破壞Ⅵ1.5/4．三殉爆三的安三全距三離(1三)炸三藥與三炸藥三間的三殉爆三安全三距離rs1式中i——儲存三炸藥三的品三種編三號；Qi——i種炸三藥包三的重三量，kg三；Ksi——三i種炸三藥殉三爆安三全距三離系三數(shù)。(2三)雷三管對三炸藥三的殉三爆安三全距三離rs2式中n——貯存三雷管三個數(shù)三。5．有三害氣三體擴三散安三全距三離炸藥三爆炸三生成三的各三種有三害氣三體，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氫等三，在三空氣三中的三含量三超過三一定三數(shù)量三就會三危及三人身三安全三。式中Q——爆破三炸藥三總重三量，t；VB——爆破三時可三能出三現(xiàn)的三最大三風速三，m／s。二、三瞎炮三及其三處理通過三引爆三而未三能爆三炸的三藥包三稱為瞎炮。產(chǎn)生三瞎炮三的原三因主三要是三爆破三器材三失效三或損三傷，三為避三免瞎三炮，三關(guān)鍵三在于三做好三預防三檢查三工作三。瞎炮三的處三理方三法:1)距瞎三炮炮三孔30三-6三0c三m，鉆平三行炮三孔裝三藥爆三破，三但切三勿與三瞎炮三炮孔三斜交三鉆孔三。2)若通三過檢三查證三實雷三管電三阻正三常，三炸藥三未失三效，三則宜三接線三重新三起爆三。3)若證三實炸三藥已三失效三，且三其敏三感度三不高三，則三可將三炮泥三掏出三，再三