文档介绍：第九章 石质路基爆破施工
山区公路路基石方工程量大,而且集中,据统计一般约占土石方总量的45~75%。爆破是石方路基施工最有效的方法,亦可用以爆松冻土、淤泥,开采石料等等。在公路工程中采用综合爆破,不但施工技术获得了重大革新,而且对公路选线、设计也有较大的影响。例如,沿溪线经常要遇到悬岩峭壁,施工十分困难,工程量也很大,过去多采用展线翻越,或跨河绕避的方案。展线方案,由于急弯陡坡较多,既降低路线的技术标准,又增加公路里程。跨河方案,增加桥梁工程,不仅增加工程费用,还可能遇到基础施工等困难。如能采用综合爆破法施工,功效较高,工期较短,占用劳动力较少,成本也可降低,且可考虑采用平缓顺直的沿溪线方案而无需展线或跨河。又如,公路通过鸡爪地形地段时,为了避免施工困难和节省工程量,往往是随地形曲折起伏,如采用综合爆破法施工,可取顺直的路线布置方案。
§9-1 爆破作用原理
一、药包在无限介质内的作用
为了爆破某一岩体,在其中或表面放置一定数量的炸药,称为药包。按其形状或集结程度的不同,可以分为集中药包、延长药包和分集药包三种。凡药包形状接近球形或立方体,以及高度不超过直径四倍的圆柱体和最长边不超过最短边四倍的直角六面体,均属于集中药包;相反,药包的长度或高度超过上述情况者,属于延长药包;分集药包是提高炸药有效能量利用率的新型装药方式,它是将一个集中药包分为两个保持一定距离集中的子药包,如图9—1。
药包在无限介质内爆炸时,炸药在瞬时间内通过化学反应转化为气体状态的爆炸产物。由于膨胀作用,体积增加数百倍乃至数千倍,而产生静压力,同时产生温度很高、速度高达每秒上千米的冲击波,以动压力的形式作用于药包周围。这种极其巨大的爆炸能,差不多在爆炸的同时自药包中心按球面等量扩展,传递给周围介质,使介质产生各种不同程度的破坏和振动现象。这种现象随着距药包中心距离的增大而逐渐消失。按破坏程度的不同大致分为几个区间,如图9—2所示。
图9—1 分集药包示意图图9—2 爆破作用圈示意图
。图9—2中R压表示压缩圈半径,在这个作用圈范围内,介质直接承受药包爆炸,产生极其巨大的作用力。如果介质是可塑性的土,便会遭到压缩形成空腔;如果是坚硬的脆性岩石,便会被粉碎。所以把R压这个球形区叫做压缩圈或破碎圈。
。在压缩圈范围以外至R抛的区间,所受的爆破作用力虽较压缩圈内小,但介质原有的结构受到破坏,分裂成为不同尺寸和形状的碎块,而且爆破作用力尚有足以使这些碎块获得运动速度的余力。如果在有限介质内,这个区间的某一部分,处在临空的自由条件下,破坏了的介质碎块便会产生抛掷现象,因而叫做抛掷圈。在无限介质内不会产生任何的抛掷现象。
。在抛掷圈以外至R松的区间。爆破的作用力更弱,但能使介质结构受到不同程度的破坏,因而叫做松动圈(即破坏)。
。松动圈范围以外,微弱的爆破作用力不能使介质产生破坏。这时介质只能在应力波的传播下,发生振动现象,如图9—2 R松至R振所包括的区间,就叫做振动圈。振动圈以外爆破作用的能量就完全消失。
以上现象就称为药包的球形爆破作用。
二、药包在有限介质内的爆破作用与爆破漏斗
药包在有限介质内爆炸时,药包的球形爆炸作用,在具有临空面的表面,都会形成漏斗状的爆破坑,这种爆破坑的形状、数量和大小,不但与药包量大小、炸药性能、介质的性质等有关,同时还与临空面的数量和所处的边界条件有关。若在倾斜边界条件下,则会形成卧置的椭圆锥体,如图9—3。o为药包中心,ML 表示介质的临空面。oN为药包中心至临空面的最短距离,称为最小抵抗线,用W 表示。药包爆炸时,爆破作用首先沿着oN方向阻力最小的地方,使岩(土)产生破坏,隆起鼓包或抛掷出去,这就是作为爆破理论基础的“最小抵抗线原理”。
图9—3 倾斜地形爆破漏斗示意图
可以认为Mf两点是以R下为半径的球面与临空面的交点,mof漏斗内的岩石会被破碎成块,并部分掷抛出去,所以称mof为抛掷漏斗。在抛掷漏斗之外,还有一个随地面坡度变陡而增大的松动漏斗,它由Mom和foL所包围的漏斗组成,在爆破过程中松动漏斗内岩体被推出或因本身自重而崩塌下来,所以又将oL与of所包围的漏斗称为崩塌漏斗。又因为oM(R下)和om(Ro)在实践中很难区分,故两者可统称下破坏作用半径R下,oL称上破坏作用半径R上。R下与R上所包围的漏斗称爆破漏斗。r下与r上称爆破漏斗口径,a为椭圆的短轴,b为长轴。当地面坡度等于零时,崩塌漏斗消失,爆破漏斗成为倒置的圆锥体(图9—4)。mDL 称为可见的爆破漏斗,其体积 VmDL与爆破漏斗VmOL之比的百分数E0,称为平坦地形的抛掷率; r0与W 的比值
n0称为平地爆破作用指数, ;。
图9—4