洞室扩大爆破方案

爆破法开挖岩石洞室的基本原理~

一、爆破法破岩机理
1.无限均匀介质（内部爆炸）
三个区：压碎区（1 0 万大气压2r）、破坏区、弹性振动区。
2.近处有临空面的均匀介质（外部爆炸）
临空面效应：压缩波——拉伸波、爆破漏斗、抵抗线。
药量相同，但埋深不同，即抵抗线不同的几种爆破效果，如图5-1 所示。

图5-1 爆破效果

不难看出，药量过小，破岩应力不足，固然不能破岩，但是，有效破岩的关键不在于药包本身，即不在于药量的大小，首先在于临空面的有无和位置，即抵抗线W的大小。
药量相同，埋深也相同，但临空面的数目不同时，有效破岩体积也会不同。如图5-2所示。

图5-2 临空面数与爆破效果

3.空孔的影响
用于周边控制爆破，空孔切向应力变化如图5-3 所示。

图5-3 空孔切向应力变化图

4.不耦合装药的影响
耦合装药爆轰波直接作用于孔壁。
不耦合装药：爆轰波首先作用于空气→压缩→孔壁→衰减→缓冲。
5.岩体中层面、裂隙的影响
结构面复杂，对爆破应力波传播影响千差万别，结构面对爆破过程的影响：
如药孔穿过层面或裂隙时，由于炮孔中爆炸气体的尖劈效应，将这些裂隙优先扩张，而使正常的破岩应力得以降低。如炮孔虽不穿过宽大裂隙，但它在药孔附近时岩体强烈破碎，而径向裂缝又不能穿过这些裂隙，爆炸气体在裂隙中的扩张作用又产生远远超过预计要破裂的大块岩体。
二、爆破方法破岩规律
感觉只解决现象问题，理论才解决本质问题，通过上述分析可得出爆破法破岩的一些基本规律。
（1）炸药在药孔爆炸，将产生动力效应和准静力效应，在埋深很大时，动力效应使得药孔四周产生放射状径向裂缝，而药孔中的准静力压力则使此裂缝进一步扩大和延伸，在附近有临空面时，动应力经临空面反射成拉伸波，有效地破碎岩体；准静压力则使已破碎的岩体向临空面外部扩张和抛掷，所以任何最终的爆破效果都是这两种效应综合作用的结果。
（2）由于岩体的抗拉强度远远低于其抗压强度，一般约为 1/15～1/30，所以岩体受拉伸破碎范围比受压粉碎的范围大得多。还须指出，将岩体压成粉碎对工程毫无实际意义，反而是爆破能量的一种浪费，岩体受拉伸破坏才是具有实际意义的有效破岩。
（3）由于临空面效应，压缩波转化成拉伸波，在临空面附近，一是拉伸波强度最大，二是临空面提供了变形空间。所以，岩体的有效破碎并不在药包附近，而是在临空面附近，对于有效破岩，临空面的作用重于药包本身的作用。为了有效破岩，不应盲目追求加大药量，而应创造好利用好临空面，具备临空面是有效破岩的重要前提。
（4）药孔中装药量少，没有足够的应力能固然不能有效破岩，而没有临空面，即使加大药量也不能有效破岩，所以破岩效果取决于药量和临空面条件，药量q 和抵抗线W是决定爆破效果的两个基本参数。合理的爆破方案设计，在于正确确定药量q 和抵抗线W，以使破岩效果为最优。
（5）临空面愈多反射拉伸波愈有利，所以用同量的炸药破岩体积就愈大。反之，破岩体积相同，临空面愈多则用药量就愈少。
（6）拉伸波是从临空面开始向深部传播的，因而，岩体的有效破碎也是从临空面开始向深部发展的。装药中心至临空面垂直方向正是拉伸波强度最强、传播路径最短的方向。所以，可以利用和改变临空面的形状和位置来控制破碎岩块的运动和抛掷，这就是定向爆破的理论基础。
（7）由于空孔的导向作用，药孔和空孔中心连线方向上的裂缝比其他方向上的裂缝形成的早，发展得快，延伸的远。若药量和孔距适当，则可在两孔中心连线上形成贯通裂缝。据此，可引导破岩的裂缝向预定方向发展。
（8）空孔的存在，阻止应力的传播。所以空孔同时也具有减震、隔震的作用。
（9）不耦合装药，由于爆破动力效应受到抑制，一方面可使孔壁初生的径向裂缝减少；另一方面，对孔壁的冲击震动也大为减弱。不耦合装药的这些效应，可通过不耦合系数来控制。
（10）岩体中心的裂缝和层面，能够影响甚至改变应力波和爆炸气体的传播方向和强度大小。所以，在布置炮孔创造临空面时，应自觉利用它们的上述特点，尽量减弱其对破岩的不利影响。
三、炸药的破岩能力与岩石的抗爆性能
1.炸药的破岩能力
动力作用：爆轰波对岩体的破坏作用，引起初生裂缝。其大小取决于炸药猛度。
静力作用：高温高压的爆炸气体对已生成的裂缝扩张和抛掷。其大小取决于炸药的爆力。
2.岩石的抗爆性能
岩石的物理力学性质不同，主要是密度、硬度、强度、韧性等的不同。破岩时需要的爆破能也就不同。若以坚实系数来反映岩石的抗爆性能，则几种常见岩石爆破时的坚实系数比较如表5-1 所示。

表5-1 岩石的坚实系数

3.炸药的合理选择（表5-2）

表5-2 炸药合理选择表

四、开挖洞室时破岩规律的应用
无论平洞、斜洞和竖井，开始时都只有一个临空面。其开挖爆破程序分两种：①开挖面掏槽→扩大→周边轮廓线开挖→成洞；②预裂→分块破裂→成洞。
无论采用何种方法，最终目的都是要保证开挖速度、保证质量。要满足要求须解决好以下几个问题：
（1）如何在一个临空面条件下，创造新的临空面，增加临空面数目；
（2）在爆破过程中，如何不断组织和利用好临空面，不断提高爆破效果；
（3）如何准确控制开挖轮廓；
（4）如何最大限度地减少对围岩的震动和损害，维护围岩的稳定。

光面爆破：光面爆破是在开挖限界的周边，适当排列一定间隔的炮孔，在有侧向临空面的情况下，用控制抵抗线和药量的方法进行爆破，使之形成一个光滑平整的边坡。 预裂爆破：预裂爆破是在开挖限界处按适当间隔排列炮孔，在没有侧向临空面和最小抵抗线的情况 下，用控制药量的方法，预先炸出一条裂缝，使拟爆体与山体分开，作为隔振减振带，起保护和减弱开挖限界以外山体或建筑物的地震破坏作用。 微差爆破：两相邻药包或前后排药包以毫秒的时间间隔(一般为15~75ms)依次起爆，称为微差爆破，亦称毫秒爆破。多发一次爆破最好采用毫秒雷管。当装药量相等时其优点是:可减振1/3~2/3左右；前发药包为后发药包开创了临空面，从而加强了岩石的破碎效果；降低多排孔一次爆破的堆积高度，有利于挖掘机作业；由于逐发或逐排依次爆破，减少了岩石夹制力，可节省炸药20％，并可增大孔距，提高每米钻孔的炸落方量。炮孔排列和起爆顺序，根据断面形状和岩性。多排孔微差爆破是浅孔深孔爆破发展的方向。 路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，是铁路和公路的基础，路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基。从材料上分，路基可分为土路基，石路基，土石路基三种。路基是由填筑或开挖而形成的直接支承轨道的结构，也叫做线路下部结构。路基与桥梁、隧道相连，共同构成线路。路基依其所处的地形条件不同，有两种基本形式：路堤和路堑，俗称填方和挖方。铁路路基的作用是在路基面上直接铺设轨道结构，因此，路基是轨道的基础，路基荷载，既承受轨道结构的重量，即静荷载，又承受列车行驶时通过轨道传播而来的动荷载。路基同轨道一起共同构成的线路结构是一种相对松散连结的结构形式，抵抗动荷载的能力弱。建造路基的材料，不论填或挖，主要是土石类散体材料，所以路基是一种土工结构，经常受到地质、水、降雨、气候、地震等自然条件变化的侵袭和破坏，抵抗能力差，因此，路基应具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。对于高速铁路，路基还应有合理的刚度，以保障列车高速行驶中的平稳性和舒适性。

一、洞室扩大爆破的特点

（1）可充分利用临空面，布孔灵活，孔深不受断面限制，有利于快速开挖。

（2）耗药量：两临空面比一临空面省药30%～40%，三临空面省药 50%～60%。

（3）扩挖直接关系到断面轮廓的控制。

（4）扩挖阶段围岩暴露面逐渐增大，要考虑支护稳定。

二、扩大爆破的主要参数

扩大爆破的主要参数可按台阶爆破来确定（图5-9）。

图5-9 台阶扩大爆破参数图

（1）台阶高度：在凿岩设备允许下应尽量采用深孔爆破。

（2）爆孔倾角：α以 65°～75°为宜。

（3）抵抗线（W）：W＝（0.2～0.4）D_e，（m），（D_e，cm）

（4）超深：J＝（0.2～0.3）W。

（5）孔距（α）：α取决于W和延迟时间（相邻药包），α＝K_aW；同排炮孔同时起爆时，K_a取 1.8～2.0，延时K_a取 1.0～1.2。

（6）每个炮孔需要的装药量：

地下建筑工程施工

（7）炮孔堵塞长度：T≥0.7W。

（8）炮孔间或炮孔组之间起爆时间间隔t为：

（10～20）ms＜t＜（30～50）ms

以保证后一排起爆时前一排有足够的破岩时间。

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