第9章 石质路基爆破施工

第九章石质路基爆破施工韩昌瑞[e-mail]山东理工大学交通与车辆工程学院主要内容（MainContents）第一节爆破作用原理第二节药包量的计算原理第三节设计参数及设计要素第四节综合爆破方法爆破图片及录像施工人员正在钻孔山区公路土石方工程中，爆破是应用最为广泛、最为有效的一种破岩手段。为了优化爆破参数，必须了解岩石在爆破作用下的破碎机理、装药量的计算原理以及各种相关因素对爆破效果的影响。爆破图片及录像山东博莱高速公路进行边坡光面爆破爆破图片及录像钻孔工人正在进行光面爆破的钻孔某经过光面爆破的岩石爆破图片及录像某待爆破的山体爆破图片及录像某山体爆破爆破图片及录像某土石方爆破后形成的爆堆第一节爆破作用原理由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，因此研究岩石爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。第一节爆破作用原理爆轰气体压力作用学说（ExplosionGasFailureTheory）这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体（Explosiongas）的膨胀压力引起的，这种学说忽视了岩体中冲击波和应力波（Stresswave）的破坏作用。1、岩石爆破破碎学说第一节爆破作用原理应力波作用学说（ShockWaveFailureTheory）这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因，这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用。1、岩石爆破破碎学说第一节爆破作用原理应力波和爆轰气体压力共同作用学说这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。1、岩石爆破破碎学说第一节爆破作用原理2、药包在无限介质内的爆破作用为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质，并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。第一节爆破作用原理2、药包在无限介质内的爆破作用爆破的内部作用R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径R0R2R1第一节爆破作用原理2、药包在无限介质内的爆破作用第一节爆破作用原理2、药包在无限介质内的爆破作用第一节爆破作用原理2、药包在无限介质内的爆破作用某土石方爆破后形成的爆堆第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（1）爆破漏斗的几何要素1）自由面（FreeFace）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。2）最小抵抗线（MinimumBurden）是指药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（Crater）（1）爆破漏斗的几何要素3）爆破漏斗半径（CraterRadius）是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。4）爆破漏斗破裂半径，又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。图9-4中的R表示爆破漏斗破裂半径。5）爆破漏斗深度。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏斗深度。图9-4中的H表示爆破漏斗深度。第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）HhRWθr爆破漏斗的几何要素第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（1）爆破漏斗的几何要素6）爆破漏斗可见深度。爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度，如图9-4中h所示。7）爆破漏斗张开角，即爆破漏斗的顶角，如图9-4中的θ所示。第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（2）爆破作用指数（CraterIndex）爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，用n表示，即：rnW爆破作用指数n在工程爆破中是一个极重要的参数。爆破作用指数n值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎程度和抛掷效果。第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（3）爆破漏斗的分类根据爆破作用指数n值的不同，将爆破漏斗分为以下四种。1）标准抛掷爆破漏斗。所示，当r=W，即n=1时，爆破漏斗为标准抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ=90°。形成标准抛掷爆破漏斗的药包叫做标准抛掷爆破药包。(c)(a)θrWθW°45°45rW(d)(b)θrWθr标准抛掷爆破漏斗第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（3）爆破漏斗的分类2）加强抛掷爆破漏斗。当r＞W，即n＞1时，爆破漏斗为加强抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＞90°。形成加强抛掷爆破漏斗的药包，叫做加强抛掷爆破药包。(c)(a)θrWθW°45°45rW(d)(b)θrWθr加强抛掷爆破漏斗第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（3）爆破漏斗的分类3）减弱抛掷爆破漏斗。当0.75＜n＜1时，爆破漏斗为减弱抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＜90°。形成减弱抛掷爆破漏斗的药包，叫做减弱抛掷爆破药包，减弱抛掷爆破漏斗又叫加强松动爆破漏斗。(c)(a)θrWθW°45°45rW(d)(b)θrWθr减弱抛掷爆破漏斗第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）（3）爆破漏斗的分类4）松动爆破漏斗。当0＜n＜0.75时，爆破漏斗为松动爆破漏斗，这时爆破漏斗内的岩石只产生破裂、破碎而没有向外抛掷的现象。从外表看，没有明显的可见漏斗出现。(c)(a)θrWθW°45°45rW(d)(b)θrWθr松动爆破漏斗第一节爆破作用原理3、爆破漏斗（crater）某土石方爆破工程第一节爆破作用原理4、炸药的种类起爆炸药－用来做作雷管，使主要炸药起爆主要炸药黑色炸药梯恩梯胶质炸药硝铵炸药铵油炸药浆状炸药乳化油炸药第一节爆破作用原理5、起爆材料及其起爆方法雷管及电力起爆方法导火索及火花起爆方法传爆线及传爆线起爆方法塑料导爆管非电起爆方法第二节药包量计算原理目前在岩土工程爆破中，精确计算装药量（ChargeQuantity）的问题尚未得到十分圆满的解决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。1、体积公式的计算原理第二节药包量计算原理在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。体积公式的形式为：式中：Q—装药量，kg；k—单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3；V—被爆落的岩石体积，m3。QkV2、集中药包的药量计算第二节药包量计算原理（1）集中药包（concentratedcharge）的标准抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用单个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按照下式来计算：式中3bbbQkVkW21π3VrW式中：r—爆破漏斗底圆半径，m；W—最小抵抗线；m。2、集中药包的药量计算第二节药包量计算原理（1）集中药包（concentratedcharge）的标准抛掷爆破:对于标准抛掷爆破漏斗：即rW1rnW3331π1.0473V2、集中药包的药量计算第二节药包量计算原理（2）集中药包（concentratedcharge）的非标准抛掷爆破:3bbQfnkW式中：f(n)—爆破作用指数函数1、单位用药量k值第三节设计参数及设计要素单位耗药量也是一个经济指标，可用来衡量爆破工程的经济效益，是爆破工程预算的重要指标之一。k是指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n＝1）时，爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。k’则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（0n0.75），爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作松动爆破单位用药量系数。2、最小抵抗线W第三节设计参数及设计要素最小抵抗线W的确定方法根据爆破方法的不同而有所区别。对于硐室爆破、药壶法爆破以及其它采用集中药包的爆破方法，最小抵抗线W是从药包中心到地面或临空面的的最短距离；采用延长药包爆破的炮眼法爆破（浅眼爆破、深孔爆破），最小抵抗线W则是从药包长度的中心到距该中心最近临空面的最短距离。2、最小抵抗线W第三节设计参数及设计要素(a)Wo(b)WW各种爆破方法的最小抵抗线3、爆破作用指数n值第三节设计参数及设计要素n值是表示爆破漏斗大小的一个重要指标，是一个无量纲参数。通过n值，我们可以判断爆破工程的性质。同时，也是分析爆破的效果和经济效益的重要依据。为了获得良好的爆破效果，在选择n值时，可参考以下原则：3、爆破作用指数n值第三节设计参数及设计要素（1）对于抛掷爆破n值的大小可根据地面坡度的大小选取：≤20°时n=1.75～2.0＝20°～30°时n=1.5～1.75＝30°～45°时n=1.25～1.5＝45°～60°时n=1.0～1.25＞60°时n=0.75～1.03、爆破作用指数n值第三节设计参数及设计要素（2）松动爆破的n值在工程中一般只是借用爆破作用指数函数f(n)的形式来计算松动爆破的装药量。下面是不同类型松动爆破的f(n)值最大的内部作用药包f(n)=0.125～0.2；减弱松动药包f(n)=0.2～0.44正常松动药包f(n)=0.44加强松动药包f(n)=0.44～0.64为了达到松动爆破的爆破目的，对于上述取值范围，f(n)一般不宜超过上限0.25，即使在岩石坚硬完整的情况下也应遵守这个原则。4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素影响爆破效果的因素很多，本节就炸药性能、地质条件、装药结构、堵塞以及起爆方式等爆破工程中影响爆破效果的共性问题进行阐述。（1）炸药性能对爆破效果的影响炸药的密度、爆热、爆速、作功能力和猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。增大炸药的密度和爆热，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功能力。4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（1）炸药性能对爆破效果的影响煤矿许用铵梯炸药4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（1）炸药性能对爆破效果的影响2号岩石炸药4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（1）炸药性能对爆破效果的影响岩石膨化硝铵炸药4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（2）地质条件对爆破效果的影响露天工程爆破的实践证明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏以及爆破设计是否充分考虑到地质条件与爆破作用之间的的关系。国内外爆破专业人员越来越多地认识到爆破与地质结合的重要性。爆破工程地质正在朝着形成一个新学科的方向发展。爆破工程地质着重研究地形地质条件对爆破效果、爆破安全及爆破后岩体稳定性的影响，涉及地形、岩性、地质构造和水文地质诸方面。4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（2）地质条件对爆破效果的影响(a)WRR(b)WWRRR自由面对爆破效果的影响F1R1R2R`1R`2RR`F4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（2）地质条件对爆破效果的影响断层对爆破效果的影响药包布置在断层中药包布置在断层下1-药室；F-断层；R1-实际下破裂线；R2-设计下破裂线；R’1-实际上破裂线；R’2-设计上破裂线4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（3）装药结构对爆破效果的影响炸药在被爆介质内的安置方式称为装药结构。温州烂尾楼装药结构一瞥4、影响爆破效果的因素第三节设计参数及设计要素（4）堵塞对爆破效果的影响堵塞（tamping）就是针对不同的爆破方法采用相应的材料，将岩体中通向药室(chamber)的通道填实。堵塞的目的是：保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全