边坡控制爆破技术
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①定义:沿开挖边界布置密集炮孔采用不耦合装药 或装填低威力炸药,在主爆区爆破之前起爆,在爆 破和保留区之间形成一道有一定宽度的贯穿裂缝
(预裂缝),以减弱主体爆破对保留岩体的破坏,
并形成平整的轮廓面的爆破作业,称预裂爆破。 ②预裂缝的作用:
A. B. C.
防止主爆区的破裂缝伸向保留区; 减小主爆区对保留区的振动影响;
建成后的三峡水 电站永久船闸 建设中的三峡水电 站永久船闸
保护层开挖采用斜孔光面爆破技术
三峡永久船闸水平建基面保护层开挖面积大,强度 高,工期紧。为使保护层开挖顺利进行,确保基岩面 质量满足设计及现行施工技术规范要求,结合船闸工 程地质条件,作了一系列保护层开挖爆破对比试验, 选取了适合永久船闸开挖特点的手风钻水平光面爆破 开挖方法,保证了质量和进度,取得了预期的效果。
爆炸高压气体紧接着应力波作用到孔壁上,它 的作用时间比应力波要长的多。孔周围便形成 准静态的应力场。相邻炮孔相互作用,并互位 于应力场中。孔中连线方向产生很大的拉应力, 孔壁两侧产生拉应力集中。如果孔的间距很近, 则炮孔之间连线两侧全部是拉应力区,并达到 足以拉断岩石的程度。爆炸气体作用是预裂缝 最终形成的基本条件,起着主导作用。 尽量缩小预裂炮孔之间的起爆时差,对于预裂 缝的形成有利。
Q线 0.034 压
0.6
a
0.6
工程类比法:
根据完成的工程实际经验资料,结合地形 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。 附:更简单的经验公式: 孔距:a=n×d 预裂爆破:n=8~12 光面爆破: n=12~16
预裂爆破参数经验数值表
1978年在东江水电站完成花岗岩中预裂爆破试验 后,证明软硬岩中均能获得成功。 20世纪80年代,一大批水电站工程在推广预裂 和光面爆破技术(例如广州抽水蓄能电站、隔河岩、 东风、铜街子等水电站)后,又积累了丰富的经验。 进一步佐证了该技术的推广应用价值. 20世纪90年代至今,三峡、龙滩、小湾、溪 洛渡等水电站建设中,将该项技术的推广应用推 向高潮。 三峡工程中坝基、船闸和地下电站全面实施预 裂和光面爆破技术。
开挖边线形成平整轮廓面。
②基本作业方法 A. 预裂孔先行爆破法。在主体石方钻孔之前,先沿 边坡钻密孔进行预裂爆破,然后再进行主体石方钻 孔爆破。 B. 一次分段延期起爆法。预裂孔和主爆破孔用毫秒 延期雷管同次分段起爆,预裂孔先于主爆孔 (75~ 110)ms起爆。 由于预裂孔距被保护的重要设施和待保留的岩体 很近,且其夹制作用大,在装药量相同时,爆破 时预裂孔比主爆孔所产生的爆破振动更大,所以 应该限制预裂孔爆破的单响药量。
小湾水电站左右岸拱 肩槽开挖预裂壁面
溪洛渡水电站左岸坝 肩槽开挖预裂壁面
两种方法都是对开挖周边进行控制的爆破技术,通过 较密的钻孔和“弱装药”及“不耦合”来降低炸药爆 破时对炮孔壁周围岩石的破坏程度,并取得平整光滑 的轮廓面。 在相同的装药条件下,两者都是通过不耦合装药来降 低爆破对岩体破坏的动效应,而光面爆破的静效应远 小于预裂爆破,从爆破理论分析,光面爆破比预裂爆 破对基岩损伤要小得多,更有利于保证围岩的稳定。 光面爆破有侧向临空面,其存在使应力波和爆生气体 能量向抵抗线方向转移。实践证明,这种转移的能量 不至于阻碍裂缝的形成,但可以使作用于保留岩体的 能量减弱。因此,光面爆破的壁面质量一般要优于预 裂爆破壁面质量。
(1)对于拉槽路堑或坡面前方开挖层比较宽的路堑,以及 需要设置隔振带的爆破区,边坡开挖宜采用预裂爆破。 (2)预裂爆破炮孔应沿设计开挖边界布置,炮孔倾斜角度 应与设计边坡坡度一致,炮孔底应处在同一高程上。 (3)炮孔直径可根据预裂爆破的台阶高度、地质条件和钻 机设备确定。 (4)预裂孔与主炮孔之间应符合下列关系: ① 两者应有一定距离,该距离与主炮孔药包直径及单 段最大起爆药量有关,可根据相关经验值选取。 ② 预裂孔的布孔界限应超出主体爆破区,宜向主体爆 破区两侧各延伸L=5~10m。缓冲孔位于预裂孔和主炮孔之 间,设1~2排。 ③ 预裂爆破和主体爆破同次起爆时,预裂爆破的炮孔 应在主体爆破前起爆,超前时间不宜小于75ms。
(4)炮孔超深h: h=(0.5~1.5)m,孔深大和岩 石坚硬完整者取大值,反之取小值。 (5)孔距a光 : a光=mW光 式中:m——炮孔密集系数,一般取m=0.6~0.8。 (6)炮孔长度L : L=(H+h)/sinα 式中:α——边坡钻孔角度。
(7)装药量计算 光面爆破装药量计算分为线装药密度和单孔 装药量的计算。 线装药密度q光的计算: q光=K光a光W光 单孔装药量: Q光=q光L 式中:Q光——单孔装药量,g; q光——线装药密度,g/m,其值参见相 应表所示值确定。
来自百度文库
预裂爆破是在半无限介质中进行的,由于岩石的夹制 作用,预裂爆破在裂开岩体的同时也对保留岩体产生 了较强的震动影响。 光面爆破是在主爆破孔起爆后再起爆的,相当于在半 无限介质中形成瞬间临空面后再进行周边孔爆破,由 于自由面的存在,岩体的约束条件发生了变化,岩体 受力状态与预裂爆破时有明显的不同。采用预留光爆 层的光面爆破,使光爆孔的临空面形成得更充分。 预裂爆破钻孔数量较多,钻孔质量要求高,爆破参数 不易控制; 光面爆破因有临空面,光爆参数易控制,且参数在一 定的范围内都能得到较好的爆破效果。
关系。 (5)预裂爆破台阶高度。以H≤15m为宜,当 挖深大于15m时,宜分层爆破。层间应设平台, 平台宽度B=(1.5~2.0)m。
(6)装药量与孔径的关系
装药量与孔径的关系体现为不耦合系数。不耦合系 数是指炮孔直径d和药卷直径d1之比值,D=d/d1 在我国,预裂爆破中常用的钻孔直径为:隧道工程 40~50mm,地下厂房70~90mm,明挖80~110mm。 一些矿山和水利工程中也采用150mm的钻孔直径。 预裂爆破的不耦合系数在2~4之间均能取得良好效 果,其中小孔径取小值,大孔径取大值。采用岩石 硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药、水胶炸药进行预 裂爆破时,当不耦合系数小于2时,往往会使孔壁 受到损坏。适当加大不耦合系数可取得满意的预裂 爆破效果。
主爆区
预留光爆层法
主爆破孔 光面爆破孔
①定义:沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或 装填低威力炸药,在主爆区爆破后起爆,以形成平整轮 廓面的爆破作业称光面爆破。 ② 基本作业方法:
A. 预留光爆层法。先将主体石方进行爆破开挖,预留设 计的光爆层厚度,然后再沿开挖边界钻密孔进行光面爆 破。光爆层厚度是指周边孔与最外层主爆孔之间的距离 B. 一次分段延期起爆法。光面爆破孔和主爆孔用毫秒延 期雷管同次分段起爆,光面爆破孔迟后主爆孔(150~ 200)ms起爆。
(3)炮孔直径与孔深关系。一般条件下,孔深浅,
孔径小;孔深大,孔径大。浅孔爆破取孔径 =(45~50)mm,深孔爆破取d=(80~100)mm,或 者更大值,d=250mm和d=310mm
(4)孔径和孔距的关系。预裂爆破一般采用
不耦合装药,不耦合系数大于2为佳。一般取
孔距a预=(8~12)d,计算时,应使a预符合上述
坚石
>120
90~100
预裂爆破的线装药密度与岩石的抗压强度成正比
抗压强度 /MPa 线装药密度 /kg· -1 m
10 0.15
20 0.2
25 0.25
70 0.35
80 0.40
150 0.60
(1)炸药性能。不同品种的炸药,应进行必要的
换算。
(2)线装药密度。应根据不同装药结构进行处理。 采用分段装药时,在保证填塞长度条件下,取底 部加强装药段长度L3=0.2L,中部正常装药段长度 L2=0.5L,顶部为减弱装药和填塞段L1=0.3L。
(1)钻孔直径d :深孔爆破时公路、铁路与水电取 d=(80~100)mm,大直径多用于矿山d=(150~310)mm; 浅孔爆破,取d=(42~50)mm。 (2)台阶高度H :与主体石方爆破台阶相同,一般情 况,深孔取H≤15m,浅孔取1.5m≤H<5m为宜。 (3)最小抵抗线W光 : W光=Kd 或 W光=K1a光 式中:K——计算系数,一般取K=15~25,硬岩取小值; K1——计算系数,一般取K1=1.5~2.0,孔径大取 小值; d——炮孔直径,mm; a光——光面爆破孔距,m。
20世纪70年代葛洲坝工程进行了大规模预裂爆破 的试验研究,主要研究的内容包括:
(1)预裂爆破的参数;
(2)预裂爆破对保留岩体的损伤;
(3)预裂爆破的减振效果;
(4)预裂爆破的装药结构及施工方法。
上述研究成果,使预裂爆破在葛洲坝工程中得 以全面推广,将所有缓坡全部改为陡坡开挖,并大 大减少开挖工程量。导爆索药串绑在竹片上的装药 方法,沿用至今,并在全国推广。
关于预裂爆破的成缝机理有3种解释:应力波干涉 理论、以高压气体为主要作用的理论、爆炸应力波 和高压气体联合作用理论。第三种解释为多数人所 接受。
联合作用理论可以用以下粗略的模式来描述:爆炸
应力波由炮孔向四周传播,在孔壁及炮孔连线方向 出现裂缝,随后在爆炸气体作用下,使原裂缝延伸 扩大,最后形成平整的开裂面。
边坡控制爆破
2012.12
20世纪50年代瑞典发明并使用了光面爆破技术。
20世纪60年代初,美国尼亚加拉水电站使用预裂 爆破技术,并在60年代中期进行预裂爆破的理论研 究。在60年代中期及70年代,对预裂爆破和光面爆 破的成缝机理研究中,完成了从应力波拉坏论,爆 破气体破坏论,应力波与爆破气体联合作用破坏论 的发展阶段。 我国水电系统在1963年和1964年由长江水利委 员会在湖北陆水电站护坝首次进行预裂爆破试验。 接着水电部施工研究所在刘家峡工程尾水洞口部也 试用过预裂爆破,后因文化大革命而停止了数年。
上述模式将预裂成缝机理分为二个过程,即应 力波的作用过程和高压气体的作用过程,它们 有先后,但又是连续的不可分割的。第一个过 程,应力波的作用:当它从孔壁向四周传开后, 产生的切向拉应力超过岩石的抗拉强度而使岩 石破裂。最初的裂缝出现在炮孔壁向外的短距 离内。如果应力波在两孔之间能够发生叠加, 那么,在此区段内,合成拉应力也能使岩石产 生裂缝。这些裂缝给预裂面的形成创造有利的 导向条件。
预裂缝的超深(Δh)及超长(L)示意图 (间距为主炮孔的0.7倍左右)
炮眼间距:一般以钻孔直径的倍数表示:孔距: a=n×d
永久边坡:n=7~10;临时边坡:n=10~20;
装药量(线装药密度):
经验公式计算法 深孔爆破:
Q 线 0.042 压
0.5
a
0.6
地下隧道爆破:
(1) 炮孔起爆顺序不同。光面爆破是主爆区先爆, 光爆孔后爆;预裂爆破是预裂孔先爆,主爆区后 爆。 (2) 自由面数目不同。光面爆破有两个自由面, 预裂爆破只有一个自由面。 (3) 单位炸药消耗量不同。光面爆破单位炸药消 耗量小;预裂爆破由于夹制性大炸药单耗大。
(1)地质条件适应性。光面爆破和预裂爆破广泛地 用于坚硬和完整的岩体中,效果明显;在不均质和 构造发育岩体中,采用光面爆破效果虽然不明显, 但它可减轻对保留岩体破坏,减少超欠挖,有利于 边坡稳定。 (2)爆破方法适应性。光面爆破和预裂爆破适应于 孔深大于1.0m的浅孔爆破,露天及地下深孔爆破。 (3)工程适应性。光面爆破和预裂爆破适应于铁路、 公路、水利、矿山、场坪等石方边坡开挖工程。
岩石性质 软弱岩石 中硬岩石 次坚石 岩石抗压强 度/MPa <50 50~80 80~120 钻孔直径 /mm 80 100 80 100 90 100 钻孔间距/m 0.6~0.8 0.8~1.0 0.6~0.8 0.8~1.0 0.8~0.9 0.8~1.0 0.8~1.0 线装药量/ g· -1 m 100~180 150~250 180~300 250~350 250~400 300~450 300~700
三峡水电站永久 船闸的光面爆破
永久船闸成型后 的情况
采用了预裂和光面爆破开挖的三峡工程钢管槽
① 定义:沿边坡线按照设计的边坡高度、坡度 采用控制爆破技术进行边坡开挖的方法,称边坡 控制爆破,边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要 技术措施。其基本方法有光面爆破和预裂爆破。 ② 边坡的分类:石方边坡按用途可分为永久边 坡和临时边坡;按形状可分为垂直边坡和倾斜边 坡;按边坡高低可分为高边坡和低边坡。对于矿 山和交通部门,边坡高度大于15m称高边坡,边 坡低于5.0m称低边坡,一般石方边坡为5.0m~ 15.0m。对于水利水电部门也存在有特高边坡。