施工技術3-石方工程

第三三章章石石方方工工程程在水水利利工工程程施施工工中中，，石石方方工工程程常常采采用用爆爆破破方方法法，，如如開開挖挖基基坑坑和和地地下下建建筑筑物物，，開開采采石石料料以以及及完完成成某某些些特特定定的的施施工工任任務務等等。。探探索索爆爆破破機機理理，，正正確確掌掌握握各各種種爆爆破破技技術術，，對對石石方方工工程程的的順順利利進進行行有有十十分分重重要要的的意意義義。。第一一節(jié)節(jié)爆爆破破基基本本原原理理及及藥藥量量計計算算一、、爆爆破破作作用用原原理理爆破破：：炸藥藥爆爆炸炸屬屬于于化化學學爆爆炸炸。。炸炸藥藥在在一一定定起起爆爆能能的的作作用用下下，，在在瞬瞬時時內內發(fā)發(fā)生生化化學學分分解解，，產(chǎn)產(chǎn)生生強強烈烈的的沖沖擊擊波波和和高高溫溫高高壓壓的的氣氣體體，，沖沖擊擊波波作作用用于于周周圍圍的的介介質質，，使使介介質質產(chǎn)產(chǎn)生生應應力力波波，，若若應應力力波波的的壓壓應應力力或或拉拉應應力力超超過過介介質質的的抗抗拉拉或或抗抗壓壓極極限限強強度度，，介介質質就就破破裂裂，，產(chǎn)產(chǎn)生生徑徑向向裂裂縫縫，，而而高高壓壓氣氣體體膨膨脹脹擠擠壓壓介介質質，，擴擴大大裂裂縫縫，，使使介介質質破破碎碎，，這這就就是是爆爆破破。。(a)無限限介介質質內內(b)有限限介介質質內內1－藥藥包包；；2－壓壓縮縮圈圈；；3－拋拋擲擲圈圈；；4－松松動動圈圈；；5－震震動動圈圈；；6－表表面面環(huán)環(huán)向向裂裂縫縫；；7－內內部部徑徑向向裂裂縫縫；；8－內部環(huán)環(huán)向裂縫縫；9－爆破漏漏斗；10－臨空面面；11－臨空面面裂縫圖3-1爆破作用用示意圖圖1)壓縮圈Rc（粉碎圈））緊鄰鄰藥包的的介質若若為塑性性體，將將受到壓壓縮，形形成一空空腔；若若為脆性性體，將將遭粉碎碎，形成成粉碎圈圈，相應應半徑為為壓縮半半徑或粉粉碎半徑徑。2)拋擲圈R0除了使介介質破壞壞，介質質中尚有有余裕的的拋擲勢勢能。有有臨空面面時，這這部分介介質將發(fā)發(fā)生拋擲擲，這個個范圍稱稱為拋擲擲圈，相相應的半半徑稱為為拋擲半半徑。3)松動圈Rp（破裂圈））拋拋擲圈外外的部分分介質，，爆炸作作用只能能使其松松動破裂裂，這一一范圍稱稱為松動動圈或破破裂圈，，相應的的半徑稱稱為松動動半徑或或破裂半半徑。4)震動圈Rz動圈外的的部分介介質，隨隨著沖擊擊波作用用的進一一步衰減減，只能能使這部部分介質質產(chǎn)生震震動，稱稱為震動動圈，相相應的半半徑稱為為震動半半徑。二、爆破破漏斗爆破漏斗斗：有限介介質中的的爆破，，當藥包包的爆破破作用具具有使部部分介質質拋向臨臨空面的的能量時時，往往往形成一一個倒立立圓錐形形的爆破破坑，形形如漏斗斗。幾何特征征參數(shù)：：最小抵抗抗線長度度W爆破漏斗斗底半徑徑r爆破作用用半徑R可見漏斗斗深度P拋擲距離離L1－藥包；；2－飛碴回回落充填填體；3－坑外堆堆積體圖3-2爆破漏斗斗示意圖圖爆破漏斗斗的幾何何特征反反映了藥藥包重量量和埋深深的關系系，反映映了爆破破作用的的影響范范圍。爆破作用用指數(shù)：：n＝r/W當n=l即r=W時，稱為為標準拋拋擲爆破破；當n>1即r>W時，稱為為加強拋拋擲爆破破；當0.75<n<l時，稱為為減弱拋拋擲爆破破；當0.33<n≤0.75時，稱為為松動爆爆破；當n≤0.33時，稱為為隱藏式式爆破。。隱藏式爆爆破只在在介質內內部引起起破壞，，不產(chǎn)生生爆破坑坑，故又又稱內部部爆破，，可用于于炸脹藥藥壺。三、藥包包種類及及藥包重重量按形狀，，藥包分分為集中中藥包和和延長藥藥包。用藥包的的最長邊邊L與最短邊邊a的比值進進行劃分分：當L／a≤4時，為集集中藥包包；當L／a＞4時，為延延長藥包包。集中系數(shù)數(shù)Ф：式中V—藥包中心心至藥包包最遠點點的距離離，m；b—藥包的體體積，m3。藥包重量量計算，，對單個個集中藥藥包可按按下式計計算：式中K—單位耗藥藥量，kg／m3；W—最小抵抗抗線長度度，m；f(n)—爆破作用用指數(shù)函函數(shù)。標準拋擲擲爆破：：f(n)=1加強拋擲擲爆破：：f(n)=0.4+0.6n3減弱拋擲擲爆破：：對于松動動爆破：：f(n)=n3；第二節(jié)爆破的基基本方法法一、孔眼眼爆破（一）炮炮孔布置置原則布孔時，，宜使炮炮孔與巖巖石層面面和節(jié)理理面正交交，不宜宜穿過與與地面貫貫穿的裂裂縫，以以防漏氣氣，影響響爆破效效果。圖3-3梯段爆破破布孔示示意圖(二)布孔的技技術參數(shù)數(shù)1．計算抵抵抗線長長度WP(m)淺孔Wp=KWd深孔Wp=HDηηd/150式中KW—巖石性質質對抵抗抗線的影影響系數(shù)數(shù)d—炮孔直徑徑H—階梯高度度D—巖石硬度度影響系系數(shù)η—階梯高度度系數(shù)2．階梯高度度H(m)淺孔H=KHWp深孔根據(jù)據(jù)具體情情況而定定。KH為防止爆爆破頂面面逸出的的系數(shù)3．炮孔孔深度L(m)淺孔(豎豎直鉆孔孔)L=KLH深孔(豎豎直鉆孔孔)L=H+△H式中KL—巖性對孔孔深的影影響系數(shù)數(shù)；△H—超鉆深度度。4．炮孔孔間距淺孔a=KaWp深孔a=(0.7~1.4)Wp式中Ka—起爆方式式對孔距距的影響響系數(shù)。。5．炮孔排距距雙排布孔孔呈等邊邊三角形形，多排排呈梅花花形。排距：b=asin60°=0.87a6．炮孔的最最小堵塞塞長度淺孔Lmin≮L/2深孔Lmin≮Wp孔眼梯段段爆破多多采用群群孔松動動爆破，，考慮孔孔間聯(lián)合合作用，，其單孔孔裝藥量量按下式式計算：：Q=0.33KHWpa(三)孔眼爆破破的藥量量計算二、洞室室爆破法法(a)豎井布置置(b)平洞布置置(c)條形藥包包布置1－平洞；2－豎井；3－藥室圖3-4洞室布置置示意圖圖集中裝藥藥的藥室室以接近近立方體體為好。。藥室容積積V(m3)：式中C—炸藥的裝裝填系數(shù)數(shù)；Q—裝藥量，，t；△—炸藥密實實度，t／m3。藥室間距距a(m)：式中Wp—相鄰藥室室的平均均最小抵抵抗線長長度，m。藥室排距距b(m)：三、改善善爆破效效果的方方法和措措施(1)合理利用用或創(chuàng)造造人工自自由面；；(2)采用毫秒秒微差擠擠壓爆破破；(3)分段裝藥藥爆破；；(4)采用不耦耦合裝藥藥；(5)保證堵塞塞長度和和堵塞質質量。(a)竹節(jié)炮(b)竹節(jié)壇子子炮1-藥包2-空穴3-藥壺4-堵塞段5－底部藥藥包圖3-5分段裝藥藥藥包第三節(jié)特種爆破破技術一、定向向爆破假若在無無限介質質中有兩兩個空穴穴。A裝有球形形藥包，，B為空孔。。藥孔A爆炸后，，由于空空孔B表面沒有有阻力，，介質流流將向B孔集中，，猶如空空孔成了了吸引介介質流的的中心。。若將藥藥包視為為正極，，空孔視視為負極極，二者者相當于于靜電學學中的電電偶，故故稱爆炸炸偶極子子，如圖圖所示。。A-藥包（+C實際藥包包）B-空孔（-C虛擬藥包包）圖3-6爆炸偶極極子實際工程程中，藥藥包與臨臨空面的的關系，，相當于于爆炸偶偶極子。。設臨空空面的曲曲率半徑徑為R0，藥包中心心到臨空空任意點點的距離離為R，其最短距距離為最最小抵抗抗線長度度W。當進行拋拋擲爆破破時，介介質從爆爆破漏斗斗中拋出出，其拋拋擲速度度V，由爆破流流體力學學推求可可得如下下關系式式：漏斗內介介質獲得得的拋擲擲動能EK可表達為為：(二)定向爆破破筑壩(1)定向爆破破筑壩的的基本要要求(2)定向爆破破筑壩的的藥包布布置(a)單岸爆破破(b)雙岸爆破破1-藥包包；2-爆破漏漏斗；3-爆堆堆頂部輪輪廓線；；4-鞍鞍點；5-壩頂頂高程；；6-導導流隧洞洞圖3-7定定向爆破破筑壩的的藥包布布置(3)定向爆破破筑壩參參數(shù)選擇擇1)爆破作用用指數(shù)n值的選擇擇2)最小抵抗抗線長度度W值3)藥包的水水平間距距a(m)和層或垂垂直間距距b(m)；；應滿足：：4)單個集中中藥包藥藥量：條形藥包包藥量：：二、光面面爆破（（多用于于地下工工程開挖挖）定義：主主體工程程爆破之之后，利利用布置置在開挖挖輪廓線線上的炮炮孔準確確地把預預留的先先爆層在在巖石上上切下來來。施工方法法：沿設設計開挖挖線布置置小孔徑徑，密間間距的周周邊孔，，不耦合合裝藥或或間隔裝裝藥，弱弱震爆破破，炸除除沿洞周周留下的的厚度為為最小抵抵抗線的的光爆層層，形成成光面。。優(yōu)點：①①超挖少少，減少少工程量量；②降降低開挖挖后的糙糙率；③③對圍巖巖的破壞壞小。④④與預裂裂爆破相相比孔數(shù)數(shù)少，耗耗藥低，，起爆時時間不象象預裂那那樣先于于主爆破破孔而是是滯后于于主爆破破孔。圖3-8三、預裂裂爆破（（多用于于明挖））定義：在在主體爆爆破前，，在設計計輪廓線線上預先先炸出一一定寬度度的裂縫縫。預預裂原原理：由由于不耦耦合裝藥藥，空隙隙的存在在削減了了作用在在孔壁上上的爆壓壓峰值，，并為孔孔間彼此此提供了了聚能的的臨空面面。削減減后的爆爆壓峰值值不致使使孔壁產(chǎn)產(chǎn)生明顯顯的破壞壞，只切切向拉力力使炮孔孔四周產(chǎn)產(chǎn)生徑向向裂紋，，臨空面面聚能作作用使孔孔間連線線產(chǎn)生應應力集中中，孔間間裂紋發(fā)發(fā)展，而而滯后的的高壓氣氣體沿縫縫產(chǎn)生““氣刃””劈裂作作用，使使周邊孔孔間連線線上裂紋紋全部貫貫通。明槽開挖挖布孔圖圖藥包結構構圖1-預裂線2－預裂孔孔3－開挖區(qū)區(qū)炮孔4－藥包5－傳爆線線6－堵塞段段圖3-9預裂爆破破布孔與與裝藥圖3-14溫州中銀銀大廈拆拆除爆破破工程圖3-15廣州石化化造粒塔塔爆破工工程第四節(jié)鉆孔機具具和爆破破器材一、鉆孔孔機具鉆爆作業(yè)業(yè)中，鉆鉆孔消耗耗的時間間占爆破破工程各各工序時時間一半半以上，，而其費費用則占占爆破工工程總費費用70%以上。淺孔作業(yè)業(yè)多用輕輕型手提提式風鉆鉆。采石、削削坡和基基礎開挖挖作業(yè)多多用大型型鉆機進進行深孔孔作業(yè)。1．回轉式式鉆機(a)平刃鉆頭頭(b)弧形刃鉆鉆頭(c)普通刃““十”字字形鉆頭頭(d)凸刃“十十”字形形鉆頭圖3-16鉆頭型式式（單位:mm）圖3-17回回轉式式鉆機2.沖擊式鉆鉆機1－絞車車；2－－偏心輪輪；3－－連桿；；4、5、6－－滑輪7－鋼索索；8－－鉆具；；9－鉆鉆架；10－履履帶；11－支支承千斤斤頂圖3-18沖沖擊式鉆鉆機3.潛孔鉆1－鉆桿桿；2－－滑架；；3－履履帶行走走機構；；4－拉拉桿；5－電動動機；6－減速速箱7－沖擊擊器；8－鉆頭頭；9－－推壓氣氣缸；10－卷卷揚機；；11－－托架；；12－－滑板；；13－－副鉆桿桿圖3-19潛潛孔鉆二、炸藥藥和起爆爆器材1．炸藥的的性能指指標(1)威力(2)最佳密度度(3)氧平衡(4)安定性(5)敏感度(6)殉爆距2．常用的的工程炸炸藥(1)TNT(三硝基甲甲苯)(2)膠質炸藥藥(硝化甘油油炸藥)(3)銨梯炸藥藥(4)漿狀炸藥藥(5)乳化炸藥藥3．起爆器器材(1)雷管(2)非電起爆爆器材導火索傳傳爆爆線導導爆管管雷管(a)火雷管(b)即發(fā)電雷雷管(c)延發(fā)電雷管(d)安全電雷管1-聚能能穴2-副起起爆線3-正起起爆線4-緩燃劑劑5-點火火橋絲6-雷管外外殼7-密封封膠8-腳線線9-加強強帽10-帽帽孔11-微微型安全全電路圖3-20雷雷管三、起爆爆和起爆爆網(wǎng)路1．起爆方方式無論是孔孔眼爆破破還是洞洞室爆破破，當采采用群體體藥包時時，都可可采用同同時、延延期，或或組內同同時、組組間延期期的起爆爆方式。。2．起爆方方法(1)非電起爆爆圖3-21電氣和傳傳爆線混混合起爆爆網(wǎng)絡1－電爆網(wǎng)網(wǎng)絡；2－傳爆線線網(wǎng)絡；；3－起爆傳傳爆線電電雷管；；4－起爆藥藥包電雷雷管(2)電氣起爆爆(a)串連法；；(b)并聯(lián)法；；(c)串并聯(lián)法法；(d)并串聯(lián)法法；(e)并－串－－并聯(lián)法法1－電源源；2－－輸電線線路；3－藥包包；4－－支路圖3-22電電爆網(wǎng)路路連接示示例3．電爆網(wǎng)路路設計計算算(1)網(wǎng)路路的總電阻阻:(2)網(wǎng)路路準爆的總總電流:(3)網(wǎng)路路所需的總總電壓:(4)通過過每個雷管的的電流強度度I(A)通過每個雷雷管的電流流強度大于于等于最小小準爆電流流[i]式中R1、R2—分別為主線線和電源內內的電阻，，Ω；Rm—最大支路電電阻，Ω；N—支路總數(shù)；；n—每個藥包并并聯(lián)雷管個個數(shù)。第五節(jié)爆破安全控控制一、安全距距離1．飛石安全全距離式中W——最小抵抗線線，m；n——爆破作用指指數(shù)；KA——與地形、風風向、風速速和爆破類類型有關的安全全系數(shù)；2．爆破地震震作用的安安全距離式中——藥包形形狀系數(shù)，，一般取1/3或1/2；——次同時時起爆藥量量，kg；——爆心距測點點的距離，，m；——與地形、地地質和裝藥藥條件有關關的系數(shù)；；——震動衰衰減指數(shù)。。3．空氣沖擊擊波影響的的安全距離離式中KB—一次同時起起爆藥包重重量，kg；Q—與裝藥情況況和限制破破壞程度有有關的系數(shù)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磚石木結構破壞Ⅴ1.5~20.5~1全部破壞Ⅵ1.5/4．殉爆的的安全距離離(1)炸藥藥與炸藥間間的殉爆安安全距離rs1式中i——儲存炸藥的的品種編號號；Qi——i種炸藥包的的重量，kg；Ksi——i種炸藥殉爆爆安全距離離系數(shù)。(2)雷管管對炸藥的的殉爆安全全距離rs2式中n——貯存雷管個個數(shù)。5．有害氣體體擴散安全全距離炸藥爆炸生生成的各種種有害氣體體，如一氧氧化碳、二二氧化碳、、二氧化硫硫和硫化氫氫等，在空空氣中的含含量超過一一定數(shù)量就就會危及人人身安全。。式中Q——爆破炸藥總總重量，t；VB——爆破時可能能出現(xiàn)的最最大風速，，m／s。二、瞎炮及及其處理通過引爆而而未能爆炸炸的藥包稱