6、岩土爆破设计与案例分析详解2013

岩土爆破设计与案例分析 详解
东北大学 陈庆凯
2019/10/24
设计1-问题
某风景区改建工程中需要对一处山坡进行开挖，待开挖 的山坡长22m，宽6.5m，高约7.5m。爆区周围环境复杂，山 坡脚距湖1.5m，距开挖区1m处有围墙，距开挖区40m为石碑 和凉亭，属于国家重点文物，是重点保护目标。施工中要控 制飞石，飞石避免落入湖中，还要控制爆破产生的振动强度。 要求采用浅孔分层台阶爆破，开挖连线采用预裂爆破。
在石碑和凉亭周围掘防振沟。
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设计2-问题
预裂爆破和光面爆破已广泛应用于露天工程和地下工程， 简述你曾参与过的预裂或光面爆破工程技术设计？爆破后如 果出现下列现象，请分析原因并说明如何调整爆破设计？
（1）表面未产生裂缝； （2）孔口破坏严重，壁面也有破损； （3）孔口破坏严重，下部壁面质量正常； （4）孔口破坏严重，但下部未形成裂缝； （5）下部壁面很好，但表面未形成裂缝。 设计提示：根据成缝质量，考虑地质条件、爆破参数、 施工工艺等进行实际调整。
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75
125
175
225
300
350
图4 单孔起爆网路示意图
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设计1-解答
（4）安全防护措施 严格控制最大同段药量不超过0.5kg，预裂爆破和台阶 爆破时都采用单孔顺序起爆。为了防止爆破时产生飞石，在 每个炮孔孔口位置用沙袋压盖。另外在被保护的石碑和凉亭 上采用草帘或帆布进行防护，以防个别飞石飞溅到石碑和凉 亭上时对他们造成损伤。 爆破抛掷方向与石碑和凉亭相平行，即可防止飞石直接 冲向他们，同时爆破振动也比较小。
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装药结构
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填塞长度 L2=1.1m
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装药长度L1=0.6m
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设计1-解答
（2）预裂爆破参数设计 孔径：d取40mm； 孔间距：S=（8-12）d，取10d，S=10×40=0.4m； 预裂孔采用垂直孔，孔深等于台阶爆破时的浅孔深度， L=1.7m； 线装药密度：取L线=250-350g/m，由于炮孔较浅，所以 取小值，按L线=250g/m计算； 填塞长度：Lt=（10-20）d，取15d=0.6m； 装药长度：Lc=L-Lt=1.7-0.6=1.1m；
大、装药量不足、岩石坚硬。调整爆破设计的方法：减小 填塞长度、缩小孔间距、增加线装药密度。
(2)孔口破坏严重，壁面也有破损；可能的原因：线装药
密度大、填塞长度小、岩体完整性差（如节理裂隙很发 育）。调整爆破设计的方法：降低线装药密度，孔口部位 的线装药密度降低得多些，增加填塞长度。
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图3 炮孔布置图 （单位：mm）
设计3-解答
（2）利用下述公式估算出总钻孔数：
N 3.33 fs2 3.33 16 23.622 68
实际布置炮孔数为66个（不包含空孔），与计算结果 相近，比较合理。设炮孔利用率为90%，已知每循环进尺L 进=2.5m，所以炮孔深度为L=2.5/90%=2.8m，掏槽孔深度比 其他孔加深0.2m，即掏槽孔的深度为3.0m。
总体方案：采取全断面开挖。选用垂直孔掏槽，中间钻 一个孔径为89mm的空孔，在空孔的四周均匀布置4个掏 槽孔。周边孔使用光面爆破。
图2 掏槽孔布置图
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图1 隧道断面
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设计3-解答
（1）掏槽孔数目N1=4个（不含空孔），辅助孔数目N2=32 个，周边孔数目N3=30个，炮孔总数N=66个。掏槽孔的布置图 如图2所示，4个掏槽孔均匀地布置在半径为200mm的圆上，中 心点为直径89mm的空孔，所有掏槽孔都是垂直孔，孔深均为 3m。
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设计2-解答
3）起爆方式。注意预裂爆破时，可以先于主爆区单独起
爆，也可以与主爆区同一次起爆，但比主爆区要提前90110ms起爆。光面爆破时，光面孔与主爆区炮孔同次起爆 时，光面孔在主爆区起爆后再起爆，时差100ms左右，光 面孔也可以在主爆区起爆后单独起爆，主爆区爆破后的碴 堆清运后再实施光面爆破，则光面爆破的效果会更好。
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爆破振动安全允许标准
序号
保护对象类别
1 土窑洞、土坯房、毛石房屋a
2 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a
3 钢筋混凝土框架房屋a
4 一般古建筑与古迹b
5
水工隧道c
<10Hz 0.5～1.0 2.0～2.5 3.0～4.0 0.1～0.3
安全允许振速/cm·s-1 (10～50)Hz 0.7～1.2 2.3～2.8 3.5～4.5 0.2～0.4 7～15
炮孔布置图如图3所示，在每个炮孔附近的数字表示起 爆顺序。周边孔间距，拱顶部位0.55m，立墙部位0.65m，底 眼0.6m，辅助孔间距0.75m，光爆层厚度为0.61m，周边孔的 炮孔密集系数m=0.9。周边孔距开挖轮廓线0.1m，并向外倾斜 4°，使孔底在轮廓线外0.1m。
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R
导出
Qm a x

R3 V K


，爆区岩性属中硬岩，K和
α分别取200和1.65，R=40m，国家重点文物允许质点振动速度 取V=0.3cm/s。将已知数据代入公式，计算得Qmax=0.47kg。为 了控制爆破振动，确定单孔装药量Q=0.45kg<Qmax。采用药卷 直径为32mm，长度为200mm，单卷药量150g的炸药。
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设计1-解答
总体方案：采用露天浅孔台阶松动爆破，边坡部位采用预 裂爆破。
将7.5m高的开挖体分5层进行爆破，每个台阶高度为 H=1.5m。
（1）由于是浅孔爆破，所以选择炮孔直径为40mm。假设 岩性为中硬岩，单位炸药消耗量q可取0.35 kg/m3。由公
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式
V
Hale Waihona Puke 3K(Qmax )
设计2-解答
提示：从以下几个方面说明：（结合实例）
1）实施预裂或光面爆破地段的地质情况；如在公路路堑
开挖时采用了预裂爆破，岩体为花岗岩，坚固性系数 f=12-16，中等风化，节理裂隙发育，无水。
2）控制爆破参数。预裂爆破参数应包括：孔径、孔间距、
钻孔长度、钻孔角度、线装药密度、单孔装药量、装药结 构、填塞长度等。光面爆破参数应包括：孔径、光爆破层 厚度（抵抗线）、孔间距、钻孔长度、钻孔角度、线装药 密度、单孔装药量、装药结构、填塞长度等。
（5）下部壁面很好，但表面未形成裂缝；可能的原因：
填塞长度大、上部装药量不足。调整爆破设计的方法：减 小填塞长度、增加上部线装药密度。
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设计3-问题
某道路工程需在花岗岩中开挖一个隧洞，岩石坚固性 系数f=16，裂隙中等发育。隧道断面为直墙半圆形，半径 3.5m。边墙高4m，底宽5m。钻孔直径42mm，空孔直径 89mm。爆破开挖循环进尺2.5m。
2019/10/24
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Q=2640kg，不同距离处，V=?
岩性 10m 100m 200m 500m 1000m 坚硬岩石 157 6.26 2.37 0.658 0.249 中硬岩石 341.6 7.64 2.43 0.536 0.171 软岩石 554.7 6.98 1.87 0.328 0.088
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设计1-解答
（3）起爆网路设计 在每个台阶爆破时，预裂孔提前起爆，由于受同段最大 药量的限制，预裂孔起爆时按单孔起爆。正常台阶浅孔爆破 时也采用单孔起爆。 主炮孔在预裂缝形成的条件下，按单孔顺序起爆。
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起爆网路
MS2
0
50
100
150
200
275
325
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设计1-解答
单孔装药量：Q=Lc×L线=1.1×250=275g； 装药结构：采用不耦合装药，底部0.2m采用加强装药（线 装药密度400g/m，装药量80g），中间0.6m采用正常装药 （线装药密度250g/m，装药量150g），上部0.3m采用减弱 装药（线装药密度150g/m，装药量45g）。沿全孔深使用普 通导爆索，采用导爆管雷管孔底起爆。
设计要求内容如下：
（1）孔距、排距、孔深、超深、单孔装药量、装药结构、 填塞长度。
（2）请给出预裂爆破设计：孔径、孔间距、孔深、线密 度，单孔药量（可不计导爆索药量）、装药结构、沿孔深的 装药量分布、填塞长度。
设计1-问题
（3）起爆网路设计（只说明孔内、孔间、排间雷管段位 即可，包含预裂孔）。
（4）安全防护措施。 设计提示：炮孔直径40mm、单孔药量不大于0.5kg，单 位炸药消耗量按0.35kg/m3计算。
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设计1-解答
填塞长度：Lt=L-Lc=1.7-0.6=1.1m 根据经验公式计算填塞长度：Lt=（20-30）d=0.8-1.2m， 为了满足控制飞石的要求，取大值，所以Lt取1.1m是合适的。 装药结构：采用连续装药结构，即每个炮孔从孔底向上 连续装入3个药卷，装药长度为0.6m，其余1.1m全部用于填 塞。
(50～100)Hz 1.1～1.5 2.7～3.0 4.2～5.0 0.3～0.5
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交通隧道c
10～20
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矿山巷道c
8 水电站及发电厂中心控制室设备
龄期 0～3d
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新浇大体积混凝土d 龄期 3～7d
龄期 7～28d
15～30 0.5
2.0～3.0 3.0～7.0 7.0～12
注1：表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。注2：频率范围可根据类似工程或现场实测波形 选取。选取频率时亦可参考下列数据：硐室爆破<20Hz；深孔爆破10Hz～60Hz；浅孔爆破40Hz～100Hz。