1.爆炸破岩原理
爆炸破岩原理,可以用爆破漏斗来解释。其原理是:当只有一个临空面时,在岩体中距临空面一定距离(W为最小抵抗线)处集中装入一定量(点状装药、足够量)的炸药,然后引发炸药爆炸,在爆炸冲击波及爆炸生成物的高速动载作用下,一定范围内的岩体产生不同程度的破坏,并形成一个锥形漏斗;当有两个临空面时,在岩体中距一个临空面一定距离(W)且平行于该临空面钻孔,并在钻孔中装入一定量(柱状装药、足够量)的炸药,然后引发炸药爆炸,在爆炸冲击波及爆炸生成物的高速动载作用下,一定范围内的岩体产生不同程度的破坏,并形成一个V形沟槽。
2.影响爆破效果的因素
通过试验和观察发现,爆炸形成的锥形漏斗或V形沟槽的大小和形状(锥形角a)受岩体的抗爆破性、炸药性能、装药量(q)、最小抵抗线(W)、装药结构等因素的影响。
进一步试验和观察发现,在钻孔中装入足够量的炸药并起爆后,炮眼周围一定范围内的岩体被破坏的状态可以划分为粉碎区、破碎区和裂纹区三个区域。其中,粉碎区的岩体被炸成岩粉并抛掷出去;破碎区的岩体只有在靠近临空面方向的部分(即锥形漏斗或V形沟槽以内的岩体)被抛掷出去,其余部分未被抛掷出去;裂纹区的岩体则尚未达到工程爆破的程度。
由上述现象可以得出以下结论。
(1)爆破难度与岩体内聚力的关系是:岩体的内聚力越强,爆破越困难;岩体的内聚力越弱,爆破越容易。也可用岩体的阻抗来表示,要使岩体达到一定程度的破坏,就必须有克服岩体阻抗做功的能力。
(2)爆破难度与临空面(约束面)的关系是:岩体的临空面越少(约束面越多),爆破越困难;反之,爆破越容易。隧道工程爆破实践表明,在掏槽爆破中,槽口部分的岩体爆破难度最大;但它为其余部分的岩体开辟出了较多的临空面,因此后续爆破就变得比较容易。同理,在分部开挖时,超前导坑部分的爆破比较困难,其余部分的爆破就变得比较容易。(www.daowen.com)
(3)爆破难度与断面进尺比的关系是:在一定的围岩条件下,分部开挖断面越大或单循环掘进进尺越小,则断面进尺比越大,围岩对被挖除岩体的挟持作用越小,爆破效率越高,效果越好;分部开挖断面越小或单循环掘进进尺越大,则断面进尺比越小,围岩对被挖除岩体的挟持作用越大,爆破效率越低,效果越差。因此,在选择开挖方法和掘进进尺时,不仅应当注意一次开挖岩体的体积大小对围岩稳定性的影响,还应当注意断面进尺比对钻眼爆破效率和效果的影响。
3.坑道爆破方法——掏槽爆破
基于对以上规律的认识,隧道工程爆破一般采用掏槽爆破方法。掏槽爆破方法就是在一个较小的范围内钻孔并装入足够量的炸药(相对集中),先炸出一个小型槽口,为此后的爆破开辟出较多的临空面;然后逐层将槽口扩大至设计的断面大小和形状。
工程中常将先行爆破出槽口的做法称为掏槽,实现掏槽的炮眼称为掏槽眼,实现槽口扩大的炮眼称为扩大眼,扩大眼最外一圈炮眼称为内圈眼,开挖轮廓最外一圈炮眼称为周边眼,隧道底部的周边眼称为底板眼。这几种炮眼的作用各不相同。
4.爆破设计应研究解决的问题
为满足隧道工程爆破的基本要求,掏槽爆破应研究解决的问题是:应用爆炸破岩原理,研究岩体的抗爆破性及抗钻性、围岩的稳定性及抗扰动能力、支护的结构形式及抗振动能力、掏槽方式及临空面的情况、爆破施工的作业能力等,并选择正确的炸药品种、炸药用量(Q)、炮眼密度(M)、炮眼布置、装药分散度、起爆顺序和网络连接等参数。实际应用时,应在现场试验的基础上进行爆破设计,并根据爆破效果和岩体条件、施工条件的变化,对爆破参数进行及时调整。
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