光面爆破法在道路施工中的應用摘要：本文結合工程施工實例，對光面爆破工作原理和施工技術進行探討。關鍵詞：光面爆破爆破參數爆破網路ApplicationofTheSmoothBlastingforRoadConstructionAbstractThisarticlecombiningtheengineeringexample,expatiatingtheworkprincipleandtheconstructiontechniquefortheSmoothBlasting.Keywordssmoothblastingblastingparameterblastingcircuit1、概述光面爆破又稱修邊爆破，是控制爆破中的一種爆破方法，目的是使爆破后留下的圍巖具有光滑的表面，并保護它不受損傷，常用于斷面周邊一層巖石的爆破，在公路施工中可用于控制邊坡。使用光面爆破技術時，要求巖石較堅固，否則不能取得令人滿意的效果。省道212線K4+899.80～K5+083.00段，是本公司施工的路段，表土層下是致密的石灰巖層，巖石堅固性系數達f=8（SC=800kg/cm2）。經論證，本工程可以使用光面爆破技術來控制邊坡。2、光面爆破的原理和爆破參數計算光面爆破的質量決定于周邊眼的爆破參數：裝藥量、炮眼間距和最小抵抗。在本工程施工中，全斷面采用藥壺爆破法爆破，炮眼參數另行設計，周邊光面爆破參數按下述方法確定。2.1、裝藥量計算：控制裝藥量的目的是為了降低對圍巖的破壞。要求周邊眼的裝藥爆炸后，圍巖面上應留有炮眼痕跡。換言之，在爆破荷載作用下，炮眼壁上產生的沖擊壓力不大于處于體積應力狀態下巖石的抗壓強度。即：P≤KbSc（式—1）式中：P—炮眼壁上的沖擊壓力，單位Kg/cm2；Sc—巖石單軸抗壓強度，單位Kg/cm2；Kb—在體積應力狀態下巖石抗壓強度增大系數，K=10，為達到此目的，可采用空氣柱式間隔裝藥（見圖—1）。空氣柱式間隔裝藥的原理是：、降低了作用在炮眼壁上的沖擊壓力峰值。若沖擊壓力過高，在巖體內激起沖擊波，產生壓碎圈，使炮眼附近巖石過度破碎，就會消耗大量能量，影響壓碎圈以外巖石的破碎效果。如果采用增大裝藥的不偶合系數的方法，雖然也能達到降低沖擊壓力的效果，但若裝藥直徑不變，由于增加了炮眼直徑，會給打眼帶來困難。在空氣柱式間隔裝藥條件下，炮眼壁上產生的沖擊壓力為：P=(PoD21/8)×(dc/db)6×[lc/(lc+la)](式-2)式中：la—空氣柱長度，單位米；lc—裝藥長度，單位米；Po—炸藥密度，單位g/cm2；D1—爆速，單位m/s；dc—裝藥直徑，單位mm；db—炮眼直徑，單位mm；n—氣體與炮眼壁碰撞時壓力增大系數，n=8～11。省道212線我公司施工的路段，巖石堅固性系數f=8（SC=800kg/cm2），使用2#巖石銨梯炸藥，這種炸藥的藥卷直徑為dc=32mm，密度Po=1g/cm3，爆速D1=3600m/s，炮眼直徑db=42mm。施工中，由于圍巖較厚，全斷面分梯段爆破，每個梯段高度都達到4米，因此光面爆破孔的炮泥長度可以忽略不計（炮泥長度為20～30cm）。因此，上式中la+lc=lb，其中lb為炮眼長度。由（式—1）和（式—2）可以推導出每米炮眼的裝藥長度lc。lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6（式—3）計算（式—3）：lc≤（8KbSc/nPoD21）×(dc/db)6=(8×10×800×9.8×104/10×1000×36002)×（42/32）6=0.25m則每米炮眼裝藥量為：qc≤(∏d2c/4)lcPo=(3.14×3.22/4)×25×1=205g、增大了應力波作用時間。原因有兩個：其一，由于降低了沖擊壓力，減小或消除了沖擊波作用，相應地增大了應力波能量，從而能夠增加應力波的作用時間；其二，當兩段裝藥間存有空氣柱時，裝藥爆炸后，首先在空氣柱內激起相向傳播的空氣沖擊波，并在空氣柱中心發生碰撞，使壓力增高，同時產生反射沖擊波于相反方向傳播，其后又發生反射和碰撞。炮眼內空氣沖擊波往返傳播，發生多次碰撞，增加了沖擊波及其激起的應力波的作用時間。圖—2是在相同條件下的連續裝藥和空氣柱間隔裝藥的應力波形。圖中，空氣柱式間隔裝藥激起的應力波，其峰值應力減小，應力波作用時間增大，又由于空氣沖擊波碰撞，在應力波波形上可以看到兩個峰值應力，但總的來看，應力變化比較緩和。(a）（b）圖—2連續裝藥和空氣柱式間隔裝藥激起應力波波形的比較a—連續裝藥b—空氣柱間隔裝藥、增大了應力波傳給巖石的能量，而且比沖量I（是指應力波通過時經單位面積傳給巖石的沖量稱為比沖量。）其計算式為I=∫tsojx(t)dt,式中ts—應力波作用時間；jx（t）—應力隨時間變化的函數即應力波波形。沿炮眼分布較均勻，這是以上兩點原因帶來的結果。由于空氣柱式間隔裝藥有以上三個方面的作用，因此，在一定的巖石和炸藥條件下，合理確定空氣柱與裝藥長度比值（見表一1），就能提高炸藥能量的有效利用和改善爆破效果。合理空氣柱長度表—1巖石性質空氣柱長度與裝藥藥長度的比值值軟石0.35～0.44中等堅固性多裂隙隙巖石（f=8～11）0.3～0.322中等堅固性塊體巖巖石（f=8～11）0.21～0.227多裂隙的堅固巖石石0.15～0.22堅固、韌性具有多多裂隙的巖石石0.15～0.22由已知條件，本工程的空氣柱長度與裝藥長度的比值可定為0.25：1。2.2、炮眼間距的計算確定炮眼間距是為了沿周邊眼布置線形成貫穿裂縫，確保壁面光滑。裂隙形成的機理有以下兩點：、應力波的干涉。當相鄰兩裝藥同時爆炸時，應力波在裝藥連線上疊加的情況見圖—3。從圖中可以看出，當兩個裝藥同時爆炸時，各自產生的應力波沿裝藥連線相向傳播，經一定時間后，孔壁處應力達到峰值，其后，由于應力波的相互干涉，裝藥連線中點處的應力開始增大，達到峰值后再逐漸減小。為形成貫穿裂縫，在相鄰裝藥連線中點上產生圖—3相鄰兩裝藥同時爆炸時，裝藥連線上應力的變化（圖上數字為經歷時間，微秒）的拉應力等于巖石的抗拉強度。設若作用在炮眼壁上的初始應力峰值為P，則在相鄰裝藥連線中點上產生的最大拉應力為：σo=2bp/re（式—4）式中：r—對比距離，r=a/db（a為炮眼間距）e—應力波衰減指數，e=2－[v/(1-v)]（v為巖石泊松比，本工程圍巖泊松比v=0.25）b—切向應力與徑向應力的比值，b=v/(1-v)將r=a/db,σo=ST（ST為巖石的抗拉強度，本工程ST=67kg/cm2）代換后，由（式—4）可以求得炮眼間距：a=(2bP/re)1/edb（式—5）計算上式：e=2－[v/(1-v)]=2－[0.25/(1-0.25)]=1.67b=v/(1-v)=0.25/(1-0.25)=0.33P=KbSc=10×800=8000Kg/cm2則a=(2bP/re)1/edb=(2×0.33×8000/67)1/1.67×4.2=57cm、應力波與爆炸氣體的綜合作用，只有在相鄰兩裝藥同時爆炸的條件下，才有可能產生應力波的疊加。為保證這樣的條件，光爆層裝藥須待主體爆破結束后，采用時差最小的瞬發雷管起爆。如果采用的雷管時差較大，就難以保證應力波在裝藥連線上發生相互作用。在這種情況下，相鄰裝藥的貫穿裂縫通常不是靠應力波的疊加形成的，而是各裝藥激起的應力波先在各自炮眼壁上產生初始裂縫，然后，在爆炸氣體靜壓作用下，使之擴展貫穿。2.3、最小抵抗線的計算為了使光爆層脫離原巖體，并防止在反射波作用下產生超挖，必須合理確定周邊眼的最小抵抗，即光爆層的厚度。最小抵抗過大，光爆層巖石將得不到適當的破碎。甚至不能使其沿炮眼底部最小抵抗切割下來；反之，最小抵抗過小，在反射波作用下，圍巖內將產生較多、較長的裂隙，影響邊坡的穩定性，甚至造成圍巖片落、超挖和邊坡表面凹凸不平。確定周邊眼的最小抵抗在于合理選擇裝藥臨近系數m。為了獲得良好的光爆效果，m值應根據圍巖的性質來選擇。光爆層巖石的崩落類似于露天臺階爆破，可用下式來確定最小抵抗W：W=qb/calb（式—6）式中qb—炮眼內的裝藥量，Kg；Ib—炮眼長度，m；a—炮眼間距，m；c—爆破系數，相當于單位耗藥量，取c=0.5Kg/m3計算上式：qb=Ibqc=4×0.205=0.82Kga=0.57mW=qb/calb=0.87/0.5×0.57×5=0.74m光爆層炮眼的鄰近系數為：m=a/W=0.57/0.74=0.773、爆破器材和電爆網路計算3.1、爆破器材、炸藥：選用2#巖石銨梯炸藥。、雷管：選用8號紙殼瞬發電雷管，腳線是鐵質的，橋絲為康銅橋絲，雷管的全電阻為2.95～3.40Ω。敷設網路前，要逐個測定每個雷管的電阻，檢查有無斷路、短路或電阻特大、特小的雷管，并選出電阻值相近的雷管來使用，以保證可靠起爆。、起爆電源：本工程使用照明線作為起爆電源。此時，須在安全地點設置放炮開關。放炮開關包括動力電源開關盒、放炮電源開關盒和放炮刀閘盒三部份。（見圖—4）。圖—4放炮開關示意圖a—動力電源開關b—放炮電源開關c—放炮刀閘盒1—動力線2—雙刀雙擲刀閘3—保險絲4—插座5—短路桿6—指示燈7—插頭8—放炮母線放炮前，刀閘處于短路狀態，防止外部電源（如雜散電流）進入雷管。放炮時，按順序合閘。每次合閘均需發出信號，以保證安全。3.2、電爆網路計算電爆網路由電雷管、端線（加長電雷管腳線，使之能引出炮孔口）、放炮母線組成。本工程采用串并聯方式連接電雷管，其電路圖見圖—5由圖—5可以看出，當若干發電雷管連成一個電爆網路，用同一電源起爆時，由于各發電雷管對電能作用表現出的敏感程度不同，最敏感的雷管將最先被引爆并切斷電路，這時，若不敏感的電雷管的引火頭還未點燃，就會產生拒爆現象。圖—5電雷管連接方式示意圖雷管的拒爆直接影響著爆破效果，而且處理起來既麻煩又危險。因此，爆破設計和施工中應力求網路中的所有雷管都能可靠起爆。實踐證明，要保證電爆網路中的所有電雷管都能可靠起爆，必須滿足以下兩個條件：、同一電爆網路中使用的電雷管應是同一廠家同批生產的同規格產品，電雷管在使用前須經測試合格；、電源分配給網路中任一發雷管的電流都不得小于規定的準爆電流。對大爆破，直流電起爆時電流不小于2.5A，交流電不小于4A。對一般爆破，直流電不小于2A，交流電不小于2.5A。根據施工進度要求，本工程每循環進尺為5m，即每邊的修邊炮孔有9個，共有2組并聯。經實測，母線電阻為5.3Ω，每發電雷管電阻為3.1Ω，可用下式計算通過每發電雷管的電流。I=u/(mRm+nRd)式—7式中u—電源電壓；m—分支數目；Rm—母線電阻；n—個分支電路內的雷管數；Rd—雷管電阻。計算上式：I=u/(mRm+nRd)=220/(2×5.3+9×3.1)=5.7A＞I準=2.5A符合準爆條件，電雷管能安全起爆。4、爆破圖表4.1、炮眼布置方法原則上，周邊眼應布置在設計輪廓線上，但為便于打眼，可以向外偏斜一定角度。偏斜角的角度根據炮眼深度來調整，眼底落在設計輪廓線外不超過100mm，最小抵抗從眼底算起，炮眼布置圖見圖—6。4.2、炮眼布置參數表炮眼參數在上面已經計算過。炮眼布置參數和裝藥量參數表表—2炮眼名稱炮眼長度m傾角每眼裝藥量Kg炮泥長度m起爆方向炮眼間距m抵抗線w雷管個數垂直方向水平方向周邊眼415.7o74.3o0.820.3反向0.570.7418主要爆破條件和技術經濟指標表—3項目名稱單位數量巖石堅固性系數8鑿巖機（型號）臺YT—23氣腿式2