第六章爆炸工程.doc

1 第6章爆破工程施工本章要求: (一)了解爆破基本原理; (二)了解爆破器材、炸药性能及装药量; (三)熟悉爆破的基本方法及提高爆破效率的措施; (四)掌握控制爆破技术的适用条件及方法; (五)掌握爆破安全技术措施现代水利水电工程施工中,越来越多地采用爆破方法来完成一些特定的施工任务,如基坑开挖,地下建筑物施工,石料开采,隧洞( 隧道) 的开挖,定向爆破筑坝或截流,库区清理, 渠道开挖, 松动爆破, 水下爆破, 控制拆除爆破等。探索和分析爆破机理, 正确掌握各种爆破技术,可加快工程进度,保证工程质量和降低工程成本。 概述 爆破基本原理炸药爆炸属于化学反应。它是指炸药在一定起爆能( 撞击、点火、高温等) 的作用下, 在瞬时发生化学分解, 产生高温、高压气体(如 CO2 、 CO、 NO、 NO2 、H2 O等), 对相邻的介质产生极大的冲击压力,并以波的形式向四周传播。若在空气中传播,称为空气冲击波, 在岩土中传播,则称为地震波。爆破是炸药爆炸对周围介质的作用。它主要利用炸药爆炸瞬时释放的能量, 使介质压缩、松动、破碎或抛掷等, 以达到开挖或拆毁的目的。冲击波通过介质产生应力波, 如果介质为岩土, 当产生的压应力大于岩土的压限时, 岩土被粉碎或压缩, 当产生的拉应力大于岩土的拉限时,岩土产生裂缝,爆炸气体的气刃效应则产生扩缝作用。 1. 无限均匀介质中的爆破当爆破在无限均匀的理想介质( 所谓“无限”是相对的, 当炸药埋置很深或药量很少时,爆炸影响范围内无其它介质;“均匀”则是理想状态,本章主要讨论岩土介质)中进行时,冲击波以药包中心为球心,呈同心球向四周传播。由于各向同性介质的阻尼作用, 随着距球心距离的增大,冲击压力波逐渐衰退,直至全部消逝。若用一平面沿爆心剖切, 可将爆破作用的影响范围划分为如图 3-1 所示的三个作用圈。 2 (1) 压缩圈(粉碎圈) 爆炸冲击波产生的压应力大于岩土的压限时, 紧邻药包的介质若为塑性体( 土体) ,将受到压缩,形成一空腔; 若为脆性体( 岩体), 将遭粉碎, 形成粉碎圈, 相应半径为压缩半径或粉碎半径 Rc。(2) 破坏圈由于冲击波逐渐衰减, 该圈内爆炸冲击波产生的压应力小于岩土的压限, 但爆炸冲击波产生的环向拉应力和在波阵面上产生的切向拉应力大于岩土的拉限时, 将分别引起径向裂缝和弧状裂缝, 紧随其后的爆炸气体产生扩缝作用,岩土被破坏。该圈内靠近粉碎圈的部分介质除了破坏外, 介质中尚有余裕的抛掷势能, 有临空面时, 这部分介质将发生抛掷,这个范围称为抛掷圈,相应的半径称为抛掷半径 R 。抛掷圈外的一部分介质, 爆炸作用只能使其松动破裂, 这一范围称为松动圈或破裂圈, 相应的半径称为松动半径或破裂半径 Rp。(3) 震动圈松动圈外的部分介质, 随着冲击波作用的进一步衰减, 爆炸冲击波产生的压应力和拉应力都分别小于岩土的压限和拉限, 只能使这部分介质产生震动, 称为震动圈, 相应的半径称为震动半径 Rz。以上各圈只是为说明爆破作用而划分的, 并无明显界限, 其作用半径的大小与炸药特性、炸药用量、药包结构、爆炸方式以及介质特性等密切相关。 2. 有限均匀介质中的爆破(1) 自由面(临空面) 土岩介质与空气介质的交界面往往称为自由面或临空面。当自由面(临空面)在爆破作用的影响范围以内时,自由面将对爆破产生聚能作用和反射拉力波作用。假若在无限介质中有两个空穴,A 装有球形药包, B 为空孔。药孔 A 爆炸后, 由于空孔 B 表面没有阻力, 冲击波不再呈球状向四周扩散, 而是向 B 孔集中,犹 3 如空孔成了吸引介质流的中心, 如图 6-2 所示。若将药包视为阳极, 空孔视为阴极, 二者相当于静电学上的电偶关系, 所以聚能作用也称爆炸偶极子作用。自由面可看作是无限大的空穴。冲击波由岩石介质到空气介质, 越过临空面时将产生反射, 形成拉力波。此拉力波形成的拉应力与由药包传来的压力波产生的压应力之差超过岩石的抗拉强度时, 便从临空面向药包反射, 引起弧状裂缝。与此同时, 压力波在岩石中的传播, 其波阵面产生切向拉应力, 从而引起径向裂缝。于是, 环向裂缝和径向裂缝将岩石切割成碎块。加之天然岩体本身存在不规则的节理和裂缝, 且与药包距离不等, 能量分布不均,使实际爆后的岩石成为形状各异、大小不等的块体。(2) 爆破漏斗有限介质中的爆破, 当药包的爆破作用具有使部分介质抛向临空面的能量时, 往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑,形如漏斗,如图 6-3 所示。爆破漏斗的几何特征参数有:药包中心至临空面的最短距离,即最小抵抗线长度 W, 爆破漏斗底半径 r, 爆破作用半径 R, 可见漏斗深度 P 和抛掷距离 L。爆破漏斗的几何特性反映了药包重量和埋深的关系,反映了爆破作用的影响范围。显然,爆破作用