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工程爆破的基本方法范文第1篇

爆破法施工因其經濟、高效、快速等特點，成為巖體等各類工程建設的主要方法，廣泛應用于隧道、礦山、路塹邊坡、基坑等工程，對國民經濟建設起著積極促進作用。爆破工程是安徽理工大學土建類礦山建設、巖土工程、城市地下空間工程以及道路與橋梁工程四個方向的專業必選課；旨在通過課程的學習，學生能夠了解爆破工程的發展歷史，掌握基本的理論與方法，具備獨立進行一般爆破工程設計與施工的能力。教學大綱規定該課程為32個學時（其中，教學30個學時，考試2個學時），通過課程的學習，要求學生能夠熟練掌握常用的起爆方法、爆破破巖機理、露天爆破技術、地下工程爆破技術、拆除爆破原理與方法以及爆破安全技術措施；能夠進行一般巖土爆破、井巷掘進爆破和隧道施工爆破設計，以及煙囪、水塔等拆除爆破設計。

二、存在的問題

（一）內容多、學時少

目前，主要的《爆破工程》教材主要內容為：緒論、炸藥理論、爆破器材與起爆技術、巖土中爆炸的基本理論、地下工程爆破、露天工程爆破、拆除爆破技術、鉆孔方法和鉆孔機具、爆破安全。顯然，在教學大綱規定的32個學時內，無法講授全部內容，造成后面章節（多為鉆孔方法和鉆孔機具、爆破安全）沒有時間講授。而爆破安全是爆破施工中尤為重要的環節，特別是現在城市復雜環境下的爆破是難點。

（二）教學內容

土建類專業主要是利用炸藥爆炸破巖，解決實際工程問題。教材中存在一些理論性較強、脫離工程實踐的內容，教師講授時不可能都做到生動形象，使學生們缺乏興趣。例如：在各版本教材中，炸藥理論均占有一定的篇幅。實際工程中，較多使用的是水膠炸藥和乳化炸藥系列，選擇余地小。因此，此類純理論的內容可少講或不講，如炸藥熱化學參數的具體計算、炸藥的爆轟等。而工程實際密切的內容可以多講，如露天巖土爆破、隧道施工爆破等。

（三）教學方法

教學方法是提高教學質量的重要手段，廣泛使用的多媒體教學與板書相結合已不能完全滿足教學要求。至于實驗課，爆破工程因其材料的特殊性，實驗難以實現每個環節人人參與；而只能做一些簡單、危險性小的實驗，如霍金遜效應、爆破漏斗實驗，其他的難以實現。

（四）爆破安全教育重視不足

爆破安全包括爆破工程的安全實施和爆破作用有害效應對周圍環境的影響兩部分。由于學時、重視不足等原因，在教學時此方面內容較少涉及。加強爆破安全教育的重要性如下：

1．爆破工程事故層出不窮，每次都造成較大的人員傷亡和財產損失，為爆破行業帶來了負面效應，也增加了人們對爆破的恐懼心理，不利于爆破施工企業與爆區周圍居民的協調。爆破工程事故主要有：爆破器材使用不當引起的事故、爆破施工過程管理不善造成的事故和爆破有害效應引起的事故。

2．爆破有害效應的控制或消除需要掌握其致災原理、控制機理和方法。如爆破震動，作為最常見的爆破有害效應，在城市內各種爆破時要求尤為嚴格，因為稍有不慎，過強的爆破震動會造成周圍建（構）筑物開裂、倒塌，地下管線爆裂等嚴重災害。爆破震動的控制要求掌握爆破地震波的傳播規律，爆破震動的監測與分析等知識。在以地鐵為代表的城市地下工程中，爆破有害效應的控制有著前所未有的重要。

三、教學內容體系改革

（一）礦山建設方向礦山建設方向學生畢業后的主要就業崗位為各類礦山開采、井巷工程掘進施工、邊坡工程施工等，因此，其教學內容主要為以下幾個方面：

1．爆破工程的基礎理論，包括炸藥基本理論、工業炸藥、起爆器材與起爆方法、爆破破巖機理等。重點是起爆方法（電雷管、導爆索、導爆管等）中的各種起爆網絡和光面爆破、預裂爆破。

2．露天爆破，包括露天淺孔爆破、露天深孔爆破和硐室爆破等。主要講授露天臺階爆破和硐室爆破，并結合煤礦露天開采爆破實例，如神華集團黑岱溝露天礦。

3．地下工程爆破，包括井巷掘進爆破、隧道掘進爆破和地下采礦爆破。以井筒和巷道掘進爆破、地下采礦爆破為主。

4．拆除爆破，包括煙囪、水塔等高聳構筑物的拆除爆破，高大建筑物如各種樓房的拆除爆破，以及基礎、橋梁、冷卻塔等建（構）筑物的拆除爆破。

5．爆破安全與管理，包括爆破安全管理，拒爆的處理，爆破工程事故案例（包含爆破器材、早爆和拒爆事故、爆破施工和爆破有害效應等不同原因的事故案例），爆破有害效應的形成機理與控制，爆破對環境的影響與控制等，如爆破震動監測與分析，爆破損傷測等。

（二）巖土工程與城市地下空間工程方向這兩個專業方向的畢業生主要從事（地鐵）隧道工程、巖土工程方面的工作，除了爆破工程的基礎理論，主要教學內容還包括：

1．露天爆破，包括露天淺孔爆破、露天深孔爆破、定向斷裂控制爆破以及基于光面爆破的護壁爆破技術等。以露天臺階爆破為主，案例如鬧市區深大基坑開挖爆破，溝渠爆破開挖等。

2．地下工程爆破，包括井巷掘進爆破、隧道掘進爆破和地下采礦爆破。以隧道掘進爆破為主，結合隧道掘進施工、樁井爆破施工等工程案例。

3．拆除爆破，包括煙囪、水塔等高聳構筑物的拆除爆破，高大建筑物如各種樓房的拆除爆破，以及基礎、橋梁、冷卻塔等建（構）筑物的拆除爆破。

4．特殊控制爆破，主要包括特殊環境爆破施工（含瓦斯區域，臨近特殊物體如油庫和天然氣庫、輸油輸氣管道旁邊的控制爆破，危巖體處理爆破等），爆炸擠淤，凍土爆破，爆炸處理軟基，爆炸成型和爆炸焊接，爆破成井，水壓爆破，靜態破碎等。

5．爆破安全與管理，主要包括爆破安全管理、安全評價，拒爆的處理，城鎮及復雜環境巖土爆破中的安全技術，爆破工程事故案例，爆破有害效應控制等。

（三）道路與橋梁工程方向

該專業方向學生畢業后主要從事交通工程如公路、鐵路、隧道等方面的工作，其中，路塹開挖、橋梁樁基、隧道等都涉及爆破工程。除了爆破工程的基礎理論，主要教學內容還包括：

1．露天爆破，主要有路塹開挖爆破，如臺階爆破、光面爆破，預裂爆破，硐室爆破，采石爆破，危（舊）橋梁拆除爆破等。

2．地下工程爆破，包括井巷掘進爆破、隧道掘進爆破。以隧道掘進爆破、橋梁樁井開挖爆破為主。

3．特殊控制爆破，主要包括特殊環境爆破施工（含瓦斯區域，臨近特殊物體如油庫和天然氣庫、輸油輸氣管道旁邊的控制爆破，危巖體處理爆破等），爆炸擠淤，凍土爆破，爆炸處理軟基，爆破成井，水壓爆破，靜態破碎等。

4．爆破安全與管理，各類交通工程建設過程中，可能有部分爆破工程周圍存在人口密集的居住區或重要的建（構）筑物，故在此類工程進行時，同樣要加強爆破安全管理，進行爆破有害效應如爆破震動、飛石、沖擊波等的監測與控制。因此，進行爆破安全與管理方面的教育是十分必要的。在針對專業方向改革教學內容的同時，教學過程中要充分利用多媒體教學信息量大的特點，結合科研和實際工程進行講授，通過錄像和照片對實際工程爆破進行剖析，以大大提高學生學習興趣，進而改變教學過程由教師單方灌輸為學生主動探索學習，這更有利于學生理解和掌握專業知識，并進行爆破方案和參數的設計。

四、結語

工程爆破的基本方法范文第2篇

摘 要：為了提高開挖邊坡的工程質量，避免或者消弱開挖爆破對圍巖的破壞作用，最佳方案就是采用光面爆破和預裂爆破等弱擾動爆破技術。為此，本文以浙贛線電化提速工程第七標段DIK119+150～DIK119+350裁彎取直段路塹工程為背景，進行光面爆破開挖試驗，提出了在當前工藝條件下光面爆破合理施工工藝，以滿足高標準鐵路的高質量邊坡開挖工程要求。

關鍵詞：路塹邊坡；光面爆破；施工工藝

關鍵詞：路塹邊坡；光面爆破；施工工藝

Abstract: In this paper, the Zhejiang-Jiangxi Electrochemical speed engineering the seventh tenders DIK119 to +150 ~ +350 DIK119 cutting the bends straight section of road cutting engineering as the background, to take the smooth blasting excavation test, point out smooth blasting reasonable construction technology in the current process conditions, to meet the high standards of railway high-quality slope excavation.Key words: cutting slope; smooth blasting; construction process

Abstract: In this paper, the Zhejiang-Jiangxi Electrochemical speed engineering the seventh tenders DIK119 to +150 ~ +350 DIK119 cutting the bends straight section of road cutting engineering as the background, to take the smooth blasting excavation test, point out smooth blasting reasonable construction technology in the current process conditions, to meet the high standards of railway high-quality slope excavation.Key words: cutting slope; smooth blasting; construction process

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A文章編號：

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A文章編號：

1、工程概況

1、工程概況

浙贛線電化提速工程第七標段位于浙江義烏市后宅鎮，系原有鐵路的裁彎取直段，施工過程對既有鐵路沒有影響，故該標段施工條件等同于新線建設。其中DIK119+150～DIK119+350段的雙線路塹石方邊坡總長度為613m，路塹上部開槽寬度為34－48m，底寬20m左右，最大挖深為32m，需要采用弱擾動光面爆破法施工。

浙贛線電化提速工程第七標段位于浙江義烏市后宅鎮，系原有鐵路的裁彎取直段，施工過程對既有鐵路沒有影響，故該標段施工條件等同于新線建設。其中DIK119+150～DIK119+350段的雙線路塹石方邊坡總長度為613m，路塹上部開槽寬度為34－48m，底寬20m左右，最大挖深為32m，需要采用弱擾動光面爆破法施工。

為使試驗具有代表性和普適性，根據施工現場的實際情況，深孔光面爆破試驗于2004年夏在DIK119+150~DIK119+350內只進行了200m，最大挖深30m，分2個臺階開挖。上臺階高10m，巖體較風化，坡度為1:0.75;下臺階高20m，巖體為弱風化，坡度為1:0. 5，如圖1－1。

為使試驗具有代表性和普適性，根據施工現場的實際情況，深孔光面爆破試驗于2004年夏在DIK119+150~DIK119+350內只進行了200m，最大挖深30m，分2個臺階開挖。上臺階高10m，巖體較風化，坡度為1:0.75;下臺階高20m，巖體為弱風化，坡度為1:0. 5，如圖1－1。

2、鉆孔施工

2、鉆孔施工

2.1鉆孔前的施工準備

2.1鉆孔前的施工準備

2.1.1邊坡測量放線

2.1.1邊坡測量放線

施工前要嚴格做好測量放線工作。邊坡測量應分兩次進行，第一次測量主要為鉆機操作的平臺定位，在鉆機平臺修好后，進行第二次定位測量。其測量方法可以用全站儀一次完成，邊樁點10m設一個，邊樁點連線為鉆孔輪廓線。

施工前要嚴格做好測量放線工作。邊坡測量應分兩次進行，第一次測量主要為鉆機操作的平臺定位，在鉆機平臺修好后，進行第二次定位測量。其測量方法可以用全站儀一次完成，邊樁點10m設一個，邊樁點連線為鉆孔輪廓線。

2.1.2鉆機平臺修建

2.1.2鉆機平臺修建

鉆機平臺是鉆機移位和架設的場地。鉆機平臺原則是越寬越好，一般根據鉆孔機械類型而確定，但最小不要小于1.5m。平臺應盡量做到橫向平整，縱向平緩。

鉆機平臺是鉆機移位和架設的場地。鉆機平臺原則是越寬越好，一般根據鉆孔機械類型而確定，但最小不要小于1.5m。平臺應盡量做到橫向平整，縱向平緩。

2.2鉆機對位

2.2鉆機對位

為了提高鉆孔水平，在總結大量施工經驗的基礎上，提出必須按“對位準、方向正、角度精”三要點安裝架設鉆機。

為了提高鉆孔水平，在總結大量施工經驗的基礎上，提出必須按“對位準、方向正、角度精”三要點安裝架設鉆機。

鉆機對位要準：為了保證鉆機在同一水平面上對位開孔，在鉆機平臺上利用鋼管作為鉆機移動的軌道。鋼管一般架設在邊坡線外30cm處，連接并固定墊實，再根據設計的孔距用油漆在鋼管上標明孔位，以保證對位準確。

鉆機對位要準：為了保證鉆機在同一水平面上對位開孔，在鉆機平臺上利用鋼管作為鉆機移動的軌道。鋼管一般架設在邊坡線外30cm處，連接并固定墊實，再根據設計的孔距用油漆在鋼管上標明孔位，以保證對位準確。

鉆孔方向要正：鉆孔方向正就是要使炮孔垂直于邊坡線，并保證相鄰炮孔相互平行并處在同一坡上。一般做法是沿邊坡開挖線拉一條測線，量測機架兩側至測線距離相等時，則鉆機沒有發生扭曲現象。同時還應注意，由于邊坡高低不平，為了機身不傾斜，在機架頂部焊接20cm角鋼或者半圓鋼，并將其墊平以保證方向正確。

鉆孔方向要正：鉆孔方向正就是要使炮孔垂直于邊坡線，并保證相鄰炮孔相互平行并處在同一坡上。一般做法是沿邊坡開挖線拉一條測線，量測機架兩側至測線距離相等時，則鉆機沒有發生扭曲現象。同時還應注意，由于邊坡高低不平，為了機身不傾斜，在機架頂部焊接20cm角鋼或者半圓鋼，并將其墊平以保證方向正確。

鉆孔角度要精：鉆孔角度是爆破坡面平整、光滑的保證。一般的做法是在鉆機機架上吊一垂線，以標準角尺調整鉆孔角度。

鉆孔角度要精：鉆孔角度是爆破坡面平整、光滑的保證。一般的做法是在鉆機機架上吊一垂線，以標準角尺調整鉆孔角度。

2.3鉆機工藝

2.3鉆機工藝

鉆機作業的基本要求：必須熟悉巖石性質，摸清不同巖層的鑿巖規律。

鉆機作業的基本要求：必須熟悉巖石性質，摸清不同巖層的鑿巖規律。

鑿巖的基本要領：孔口要完整，孔壁要光滑，濕式鑿巖時要調整好水量，掌握好巖漿濃度，保證排渣順利。

鑿巖的基本要領：孔口要完整，孔壁要光滑，濕式鑿巖時要調整好水量，掌握好巖漿濃度，保證排渣順利。

鑿巖的基本操作方法：鉆孔開孔時不加壓，利用自重打出眼窩后再加壓鉆孔。在鉆孔過程中，軟巖慢打，硬巖快打。

鑿巖的基本操作方法：鉆孔開孔時不加壓，利用自重打出眼窩后再加壓鉆孔。在鉆孔過程中，軟巖慢打，硬巖快打。

3、裝藥和堵塞施工工藝

3、裝藥和堵塞施工工藝

嚴格做好藥包、藥串加工，裝藥量、裝藥結構和堵塞質量均需符合設計要求，這是搞好光面、預裂爆破的重要技術措施。

嚴格做好藥包、藥串加工，裝藥量、裝藥結構和堵塞質量均需符合設計要求，這是搞好光面、預裂爆破的重要技術措施。

3.1裝藥結構

3.1裝藥結構

光面預裂爆破的裝藥結構能使其爆破后達到理想的爆破效果，即形成一個光滑平整的壁面。常采用不耦合裝藥結構，徑向不耦合系數k＝D/d(孔徑/藥徑)，通常取2～5。

光面預裂爆破的裝藥結構能使其爆破后達到理想的爆破效果，即形成一個光滑平整的壁面。常采用不耦合裝藥結構，徑向不耦合系數k＝D/d(孔徑/藥徑)，通常取2～5。

3.2裝藥與堵塞

3.2裝藥與堵塞

一般采用人工裝藥。裝藥前要將孔內殘渣和存水吹干凈，有水的孔要使用防水炸藥。為了使炸藥爆炸時能獲得良好的不耦合效應，盡量將藥柱（或者藥卷串）置于炮孔的中心。為達到此目的，可采用一種塑料制的膨脹聯結套（稱居中器）將藥卷串固定在炮孔中央。炸藥裝填好后，孔口的不裝藥段應使用巖粉或干沙等松散材料堵塞。目的，可采用一種塑料制的膨脹聯結套（稱居中器）將藥卷串固定在炮孔中央。炸藥裝填好后，孔口的不裝藥段應使用巖粉或干沙等松散材料堵塞。

4、起爆網路

4、起爆網路

起爆網路是爆破成敗的關鍵，因此必須做好設計和施工工作。

起爆網路是爆破成敗的關鍵，因此必須做好設計和施工工作。

主炮孔為導爆管毫秒雷管，邊坡孔為導爆索接力傳遞，采用復式交叉網路。傳爆順序為：

主炮孔為導爆管毫秒雷管，邊坡孔為導爆索接力傳遞，采用復式交叉網路。傳爆順序為：

導爆索連接起爆，連接方法如圖4－1

導爆索連接起爆，連接方法如圖4－1

圖4－1 預裂爆破起爆網路連接示意圖

圖4－1 預裂爆破起爆網路連接示意圖

在連接起爆網路時應注意以下幾點：

在連接起爆網路時應注意以下幾點：

主炮孔下部雷管反向安置在底部，以避免產生瞎炮和殘留藥。

主炮孔下部雷管反向安置在底部，以避免產生瞎炮和殘留藥。

孔內引出導爆索與地面導爆索主線連接時，應注意連接方向必須端頭朝向引爆雷管，且其綁接長度不少于20cm。

孔內引出導爆索與地面導爆索主線連接時，應注意連接方向必須端頭朝向引爆雷管，且其綁接長度不少于20cm。

當光面、預裂爆破規模較大時，為了減輕爆破過程中的振動影響，可以使用分段爆破。在同一時段內采用導爆索起爆，各段之間分別用毫秒電雷管引爆，每一段可以接5～10孔。

當光面、預裂爆破規模較大時，為了減輕爆破過程中的振動影響，可以使用分段爆破。在同一時段內采用導爆索起爆，各段之間分別用毫秒電雷管引爆，每一段可以接5～10孔。

若單獨起爆可用電、非電或者火雷管；若于主體爆破同時施爆則必須使用符合設計要求的相應段數的電或者非電毫秒雷管。

若單獨起爆可用電、非電或者火雷管；若于主體爆破同時施爆則必須使用符合設計要求的相應段數的電或者非電毫秒雷管。

5、安全措施

5、安全措施

5.1 爆破安全設計

5.1 爆破安全設計

5.1.1 爆破振動安全設計

5.1.1 爆破振動安全設計

按照爆破安全規程（GB6722-2003），爆破地震控制以地面質點振動速度為安全依據：

按照爆破安全規程（GB6722-2003），爆破地震控制以地面質點振動速度為安全依據：

式中：

式中：

V——地面質點振動速度（cm/s）；

V——地面質點振動速度（cm/s）；

Q——一次起爆的最大炸藥量（kg）；

Q——一次起爆的最大炸藥量（kg）；

K——與地質條件有關的系數；

K——與地質條件有關的系數；

——地震波衰減系數；

——地震波衰減系數；

R——建筑物距爆破中心距離（m）。

R——建筑物距爆破中心距離（m）。

根據以往的工程經驗，本次試驗取值K＝150，＝1.5。

根據以往的工程經驗，本次試驗取值K＝150，＝1.5。

當最大單響藥量為90kg時200m外的村莊最大質點振動速度小于0.5cm/s。

當最大單響藥量為90kg時200m外的村莊最大質點振動速度小于0.5cm/s。

5.1.2 飛石安全距離設計

5.1.2 飛石安全距離設計

按照爆破安全規程，爆破時為了防治飛石的安全距離設為300m。

按照爆破安全規程，爆破時為了防治飛石的安全距離設為300m。

5.1.3 空氣沖擊波的安全距離設計

5.1.3 空氣沖擊波的安全距離設計

臨空面位于山谷內，山谷出口方向2km無人居住，山背側影響很小，現場可以設在300m處設置警戒線。

臨空面位于山谷內，山谷出口方向2km無人居住，山背側影響很小，現場可以設在300m處設置警戒線。

縱上所述經過計算分析，每次爆破在300m處設置警戒線，可以滿足安全要求。

縱上所述經過計算分析，每次爆破在300m處設置警戒線，可以滿足安全要求。

5.2安全措施

5.2安全措施

無論在何種情況下，都應保證設計所要求的堵塞長度。堵塞段內均采用粘土摻巖粉的方式充填密實。在靠近居民區、通訊線、高壓線等重點保護區域，必須采用橡膠墊覆蓋炮孔。對有水孔堵塞時，不能充填含水量高的粘土和巖粉，而應用干巖粉充填搗實。嚴格按照爆破安全規程有關規定施工。

無論在何種情況下，都應保證設計所要求的堵塞長度。堵塞段內均采用粘土摻巖粉的方式充填密實。在靠近居民區、通訊線、高壓線等重點保護區域，必須采用橡膠墊覆蓋炮孔。對有水孔堵塞時，不能充填含水量高的粘土和巖粉，而應用干巖粉充填搗實。嚴格按照爆破安全規程有關規定施工。

6、 試驗效果及小結

6、 試驗效果及小結

在浙贛線電化提速工程DIK119+150～DIK119+350工點路塹光面爆破試驗中，按照光面爆破工藝流程來進行施工試驗，得到了很好的光面效果。爆破開挖后試驗段的路塹邊坡一次成型，坡面平整、美觀，半孔率達到95％左右，如下圖。

在浙贛線電化提速工程DIK119+150～DIK119+350工點路塹光面爆破試驗中，按照光面爆破工藝流程來進行施工試驗，得到了很好的光面效果。爆破開挖后試驗段的路塹邊坡一次成型，坡面平整、美觀，半孔率達到95％左右，如下圖。

參考文獻：

參考文獻：

張繼春 等. 工程控制爆破. 成都:西南交通大學出版社. 2001

張繼春 等. 工程控制爆破. 成都:西南交通大學出版社. 2001

張志毅 王中黔. 交通土建工程爆破工程師手冊. 北京：人民交通出版社. 2002

張志毅 王中黔. 交通土建工程爆破工程師手冊. 北京：人民交通出版社. 2002

馮叔瑜 馬乃耀. 爆破工程. 北京：中國鐵道出版社. 1980

馮叔瑜 馬乃耀. 爆破工程. 北京：中國鐵道出版社. 1980

張電吉. 爆破震動對邊坡影響的分析與研究. 爆破. 1993.2

張電吉. 爆破震動對邊坡影響的分析與研究. 爆破. 1993.2

戴俊. 巖石動力學特性與爆破理論. 北京：冶金工業出版社，2002. 05

戴俊. 巖石動力學特性與爆破理論. 北京：冶金工業出版社，2002. 05

蔡福廣. 光面爆破新技術. 北京：中國鐵道出版社,1994.

蔡福廣. 光面爆破新技術. 北京：中國鐵道出版社,1994.

劉殿中.工程爆破實用手冊.北京:冶金工業出版社，1999.

劉殿中.工程爆破實用手冊.北京:冶金工業出版社，1999.

GB6722-2003,爆破安全規程. 中國建筑工業出版社，2003.

GB6722-2003,爆破安全規程. 中國建筑工業出版社，2003.

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工程爆破的基本方法范文第3篇

[關鍵詞]淺孔爆破技術 極薄礦體 調整爆破參數

[中圖分類號] P578.2+5 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-3-323-2

0前言

由于大村礦床的礦體為極薄礦體。依據生產實踐及采礦實驗的經驗總結，在開采時選擇只開采礦層部分不開采頂底板圍巖的采礦方法，才最終能夠降低損失率、貧化率保證供礦品質的方法。但是，既要保證品質又要提高生產效率，就必須在爆破技術上不斷的摸索，最終找到一條可行的出路，才能實現公司的長期盈利，也才能使桂花公司帶來生存與發展的機會。

1淺孔爆破參數的設計

1.1爆破地質條件

桂花大村礦床為層狀面型礦床，在礦石的垂直產出中，分為上、中、下三層，從上至下依次為頁巖、礫巖、砂巖，三種類型的礦石在礦體中無明顯的分界線，礦體連續性好，礦體產狀與圍巖產狀一致。礦體平均厚度約為0.59m，松散系數1.6，礦石硬度系數f=8～14，圍巖硬度系數f斑巖=8～14 、f泥=3～5，頂、底板圍巖穩固。地質構造較簡單，斷裂及次一級褶皺不多，一般規模小，節理裂隙較發育。

1.2孔網參數的確定

（1）炮孔直徑及藥卷直徑。桂花公司目前所使用的鉆頭直徑基本為42mm，藥卷直徑為32mm（硝銨炸藥）。依據現場對爆破效果的總結，因為礦層較薄，爆破時對頂、底板圍巖的破壞都相對比較大，爆破空區高度還是難以順利控制在設計范圍內。

通過這些現象的分析表明，除部分區域內的巖石可爆性有所復雜外，主要是需要在炮孔直徑及藥卷直徑上找原因。

依據“巖石爆破理論”中的“巖石內部作用分析”可得出，藥包在無限巖體內爆炸作用后，會引起巖體產生不同程度的破壞，可分為近區、中區和遠區三個部分。其中，中區（破裂區）是工程爆破中礦巖破碎的主要區域。破裂區破壞范圍為（8―150）R0的區域（R0為藥包半徑）。在相同性質的礦巖中藥包半徑越小破裂區域越小。

因此，在對大村礦床極薄礦體的爆破中，若要降低空區高度，減小對頂、底板圍巖的破壞。就應當使用小鉆頭打小孔徑的炮孔，同時使用小直徑的藥卷。建議藥卷直徑采用25―28，mm的小直徑藥卷，炮孔直徑施工成30―35mm的小孔徑炮孔。

（2）抵抗線W。結合大村礦床極薄礦體爆破地質條件，及現場爆破效果經驗可總結出：W=（10―20）d，式中：d―鉆頭直徑，29--34mm；或W=（0.2―0.25）L，L―炮孔平均深度，1.5―2.5m。

（3）孔間距和排間距。依據現場的總結，對極薄礦體的爆破應當是，排間距基本等于布孔位置處的礦體厚度，孔間距可略小于排間距，且兩者相差一般不超過10--20cm；孔間距a=0.3―0.5m；排間距b=0.35―0.6m，在爆破時，對排間距與孔間距的靈活調整，才能最終降低采空區高度。

1.3炸藥單耗的確定

炸藥單耗與巖石的硬度普氏系數、斷層控制狀況及裂隙發育情況有關，主要取經驗值，且根據巖石風化程度薄弱面分布情況來調整。

因為砂巖礦石硬度系數為f=8～14，頁巖礦石f=3～5。因此，通過查表1-1可得，砂巖礦炮孔炸藥單耗約為1.0―2.5/kg?m-3；頁巖礦炮孔炸藥單耗約為0.26―1.0/kg?m-3。

2大村礦床極薄礦體內布置眼孔的最佳方式

2.1淺孔爆破中炮孔排列的原則及炮孔排列的三種方法

炮孔排列的原則是：盡量使炮孔排間距等于最小抵抗線W；排與排之間盡量錯開使其分布均勻，讓每孔負擔的破巖范圍基本相等，以保證礦塊均勻；多用水平或上向孔，以便鑿巖；炮孔方向盡量與自由面平行。

淺孔爆破中，炮孔排列一般有三種不同的方法：①平行排列；②之字形排列；③梅花形排列。

2.2適合于大村礦床極薄礦體的炮孔排列的方法

按照礦體厚度分類，厚度在0.8m以下的稱之為極薄礦體。在回采時，如果只考慮回采礦層不回采頂底板廢石，我們在打眼布孔時就必須要求把眼孔布置在礦體內。因此，對打眼位置，布眼形式等都有比較高的要求。

依據現場經驗總結，適合于大村礦床極薄礦體的眼孔布置方式主要為梅花形布眼。簡言之，就是單、雙眼交錯布置，布置一排雙眼后，又布置一排單眼，并依次輪回。要求單眼布置在礦體的正中間，雙眼也必須布置在礦內，雙眼的頂眼和底眼都必須分別距離礦體頂底板界線5―10cm以上?；咀裱岸啻蜓凵傺b藥”的原則。（如圖1）

3炮孔裝藥量計算

3.1頂眼裝藥量計算

依據現場礦體情況，雙眼中的頂眼一般情況下布置在泥質頁巖的礦層里面。而泥質頁巖礦炮孔炸藥單耗約為0.26―1.0/kg？m-3；若炮孔深度為1.5m，炮孔直徑為35mm，炸藥單耗取中值0.63/kg？m-3時，裝藥量為363.5g/孔，若按200g/筒藥來計算，大約裝2筒/孔的藥量。

3.2底眼裝藥量計算

依據現場礦體情況，雙眼中的底眼一般情況下布置在砂巖礦里面。砂巖礦炮孔炸藥單耗約為1.0―2.5/kg? m-3；若炮孔深度為1.5m，炮孔直徑為35mm，炸藥單耗取中值1.75/kg?m-3時，裝藥量為1009.7g/孔，若按200g/筒藥來計算，大約裝5筒/孔的藥量。

3.3單眼裝藥量計算

依據現場的礦體情況，單眼布置在礦體的中間，基本位于砂巖礦與頁巖礦的交界處的礫巖中。但是從現場來看，礫巖礦層的厚度極薄，因此在爆破時，基本只考慮砂巖礦與頁巖礦的硬度系數問題。因此，單眼的裝藥量應當基本等于雙眼的總裝藥量，或是略有偏大。

3.4起爆方式

起爆方式采用非電系統秒延期導爆管雷管起爆，近自由面處先起爆，遠自由面處后起爆，每個段別雷管只起爆一排炮孔，兩個雙眼為同一個段別，單眼為另一個段別。網路連接形式采用簇式并聯或分簇式并聯，起爆網路連線如圖2所示。

4爆破對采空區頂、底板圍巖的影響分析

4.1爆破對頂板圍巖的影響分析

大村礦床頂板圍巖為泥質頁巖，層狀面型結構層理面比較明顯，且礦體頂板附近有一層直接頂，直接頂與礦體的關系為，直接頂與礦石的總厚度為1.0-1.2m，兩者處在一種動態平衡的關系中，當礦體變厚時，直接頂變薄，當礦體變薄時，直接頂變厚。例如：礦體有0.4―0.6m厚時，直接頂有0.6―0.8m厚，反之亦然。

因此，在爆破時必須考慮直接頂會跨落，導致安全威脅及礦石的損失貧化等問題。由此要求整個眼孔必須施工在礦體內，對眼孔的坡度、角度等施工要素必須嚴格控制。就必須要求操作者具備很高的操作技能，特別是炮孔必須與頂板圍巖的層面平行，打眼時才不挑著頂板圍巖，才能保證直接頂不會垮落。

4.2爆破對底板圍巖的影響分析

大村礦床底板圍巖為中細粒砂巖，一般情況底板圍巖較為穩固，但是節理裂隙還是比較發育。在爆破時也不宜破壞底板圍巖，如果在打眼施工時，把眼孔施工底板廢石里面。爆破后就會使底板圍巖變得比較松散，如果用電耙等設備進采空區里面出礦石的話，就會使二次貧化等問題變得嚴重，也給礦、廢的人工分選勞動強度加大，同時，礦石品質降低都的幅度較大。

5結論

研究大村礦床極薄礦體爆破技術的課題是難題中的難題。但是實踐證明，通過調整相關的爆破參數和眼孔直徑、藥卷直徑；以及，通過提高操作技能嚴格現場操作，遵循不打廢石眼的原則；是可以達到預期的爆破效果的。

因此，只要在采礦爆破技術上能夠有所突破，能把最終采空區高度降到了極限，最終降低了損失率、貧化率，提高了生產效率及供礦品質。桂花公司不但能夠解決生存與發展的問題，同時還能夠實現長期的盈利。

參考文獻

[1]《云南省大姚桂花銅選冶有限公司大村銅礦資源現狀核查報告》云南楚雄思遠投資有限公司礦產資源開發部，2012.

[2]《爆破工程》，張云鵬，冶金工業出版社，2011.

[3]《工程爆破》，翁春林，葉加冕，冶金工業出版社，2004.

[4]《桂花大村塔包谷么礦段開發工程、可行性研究報告》昆明有色冶金設計院，2008.

工程爆破的基本方法范文第4篇

[關鍵詞] 公路隧道施工工法合理性選擇

0前言

在隧道施工中首先對圍巖的自承能力進行分析，然后進行開挖方法、預加固措施、支護方法的確定?！俺浞职l揮圍巖自承能力”是工程建設所期望的。為了發揮圍巖自承能力，“基本維持圍巖的原始狀態”是基礎，如何確定合理的隧道施工方案，才能達到有效地維持圍巖的原始狀態，就成為隧道工程建設所關注的重點問題。

由于目前的隧道施工法較多，各種施工工法的表面存在差異性，如何抓住問題的本質，提出具有普遍適用性的隧道施工方案，進行合理性判別，將有利于指導隧道工程的建設。

1圍巖自承能力分析

圍巖的自承能力來源于圍巖自身強度。施工前巖體處于三維地應力狀態，隧道施工后，在巖土體中形成新的空間，導致隧道周邊巖土體失去原有的支撐，徑向應力降低。圍巖向隧道洞內移動，徑向應力降低；切向應力隨圍巖初始應力狀態的不同，出現應力升高，或出現應力分異而局部壓應力集中及局部可能出現拉應力?？傊?，隧道開挖導致圍巖應力狀態趨于惡化。圍巖穩定性是圍巖強度與二次應力一對矛盾比較的結果。當圍巖自身強度高于二次應力，圍巖是能夠穩定的，因此圍巖的自承能力大小取決于圍巖強度的高低。此處的圍巖強度不是指圍巖中巖石塊體的強度，而是包含了結構面分布與性質、巖石塊體（結構體）強度和工程因素等多方面影響的綜合指標。隧道工程中不支護而長期穩定的實例則證明了圍巖的自承能力，我國西北地區的窯洞就是一個顯見的例證。

如果圍巖強度低于二次應力圍巖則發生破壞，破壞由表面向深處發展，圍巖內應力不斷調整，破壞不斷發展，在圍巖內形成三個區，由圍巖表面向深部依次是塑性軟化區、塑性強化區和彈性區，如圖1所示。

三個區的巖體處于不同的變形階段，塑性軟化區圍巖處于峰值后變形階段，即塑性軟化變形階段，塑性強化區圍巖處于峰值前的塑性變形階段，即塑性強化階段，彈性區圍巖處于彈性變形階段。

理論研究表明，塑性強化區和彈性區是圍巖承載的主體，塑性軟化區是支護的對象。強化區和彈性區的切向應力高于原巖應力，軟化區應力得到釋放，切向應力低于原巖應力。圍巖的自承能力與巖體的力學性質密切相關，圖2是巖石在較低圍壓下的力學性質示意圖，巖石的兩種性質對于圍壓的自承能力有重要影響，一是隨著圍壓的升高，巖體峰值前和峰值后的承載力都不斷增大；二是巖石處于軟化變形階段仍具有承載力。

圍巖處于塑性軟化變形階段時，巖石已破碎，圍壓較低，圍巖變形處于非穩定狀態，其承載力來源于破裂面的摩擦力及相互嵌固力。軟化區的承載力具有雙重作用，一是有利于自身的穩定，但必須通過施加支護才能實現軟化區圍巖的穩定；二是軟化區對強化區圍巖具有作用力，增大了強化區圍壓，提高了圍巖強度，促進強化區圍壓進入穩定狀態。因此軟化區工作狀態對強化區的承載力有重要影響。強化區圍壓較軟化區大，圍巖結構面處于緊密擠壓狀態，圍巖變形處于穩定狀態，是主要的承載區之一。強化區對彈性區圍巖具有支撐作用，增大了彈性區圍壓，提高了巖體屈服強度，促使彈性區的形成。彈性區圍壓高于軟化區、強化區，使得圍巖處于彈性工作狀態，巖體應力和變形關系服從胡克定律，是主要承載區之一。

由上述分析可見，塑性軟化區、強化區和彈性區是相互關聯、相互影響、相互作用的整體。塑性強化區和彈性區是承載的主體，但都位于圍巖深處，一般不能對其進行支護加固，而塑性軟化區是支護的主要對象，通過對淺部（軟化區）圍巖進行加固或支護，提高其強度，使其達到穩定，淺部（軟化區）圍巖再對深處（強化區）圍巖實施作用，實現深部圍巖穩定，并使其成為主要的承載區。

除了對淺部（軟化區）圍巖的加固措施外，在礦山法施工隧道時采用光面爆破的目的是減輕爆破對圍巖的震動，盡可能保持原始狀態。在穩定性差的圍巖條件下，常采用預支護方法，在隧道施工前圍巖即得到強化。淺部支護、光面爆破和預支護等措施都是工程施工中常用的技術手段，其目的都是在施工時盡可能“基本維持圍巖原始狀態”，保持原有強度，達到圍巖穩定。

新奧法提出保持圍巖穩定的關鍵是充分發揮圍巖的自承能力，這一提法是從力學角度提出了保持圍巖穩定的思路，揭示了決定圍巖穩定性的主要因素是圍巖的自承能力。從上述分析可見，圍巖自承能力源于圍巖強度，因此“基本維持圍巖原始狀態”，既是保持原有圍巖強度，又是發揮圍巖自承能力的充分必要條件。

2隧道支護與圍巖自承能力關系分析

隧道開挖形成新的臨空面，產生應力釋放，而的應力狀態并不發生變化，隧道開挖釋放的應力必須由圍巖和支護結構來平衡。當圍巖和支護結構能夠提供的抗力大于平衡圍巖所需要的力時，隧道圍巖是穩定的。也就是說，在隧道開挖過程中，始終要求圍巖和支護結構能夠提供的抗力大于平衡圍巖所需。

在具體的隧道工程建設中，當隧道開挖后，圍巖不能自穩時，我們就要采用支護，如果需要的支護力比較大，就對我們的襯砌要求比

較高，既費工又費時，所以我們要使支護抗力盡可能的小，并且要保證圍巖的穩定。要達到這個目標，就要充分發揮圍巖的自承能力，所以無論采用那種工法，都要盡量減小對圍巖的擾動。

隧道在開挖前，處于一個三維應力狀態，隧道開挖后，在一定時間段內，圍巖具有一定的自承能力。如果圍巖的極限自承能力大于圍巖的原始內力時，圍巖本身所具有的承載力足以保持圍巖穩定。隧道剛開挖完成，允許圍巖發生變形；若人為限制圍巖變形，反而必須采用比較大的支護抗力，如圖3所示，圍巖的極限自承能力是一個降低的過的過程，而圍巖的自承力是一個先增長再降低的過程。因此，如果圍巖有一定的自承能力，應該允許圍巖發生少量的變形，隨著圍巖的變形增大，圍巖的自承能力得到發揮，自承能力呈增大趨勢，而需要提供的支護抗力就會相應減小。但圍巖變形是有限度的，當圍巖變形到達極限點B，圍巖壓力由形變壓力轉化為松弛壓力，圍巖進入松弛狀態，圍巖的自承力要迅速下降，反而必須提供足夠大的支護抗力才能維持圍巖的穩定。如果圍巖是比較破碎的，開挖后圍巖很快就進入松弛壓力階段，圍巖的自承力也很小，自承力發揮的過程就很短，所以要求開挖前提高預支護或及時提供足夠大的支護抗力，要求初期支護剛度要大。此時支護抗力曲線和支護的剛度曲線的交點C應盡量靠近A點，即支護曲線變陡，剛度大。這樣才能發揮圍巖的自承力，保證圍巖的穩定。

為了更清楚的說明圍巖的預支護原理，我們按照圍巖的完整程度分為三種情況來進行闡述：

（1）完整圍巖

這種完整圍巖極限自承能力比較大，可以提供維持圍巖穩定所需要的自承力，如圖4，即使不采取任何支護措施，圍巖也能自穩。這類圍巖隧道開挖要允許圍巖有一定的變形，則提供的初期支護力可以較小。在許多省道或縣道，為了節約建設成本，采用開挖完毛洞或只作少量初噴砼，充分利用圍巖的自承能力來維持洞室的穩定，如圖5就是很好的實例，另外如龍游石窟、西北黃土高原的窯洞等。

（2）有一定自承能力的圍巖

圍巖有一定的自承能力，如圖6所示，圍巖的極限承載力初期大于原始內力P0。隧道開挖后，圍巖不會立即松弛垮塌，圍巖壓力還處于形變壓力階段，隨著變形不斷增大，圍巖的極限承載力呈下降趨勢，而圍巖的自承力得到發揮，此時支護時機的選擇非常重要，從圍巖自承能力曲線上不難看出，如果支護過早就不能充分發揮出圍巖的自承能力，則需要的支護抗力就比較大；如果支護過遲，圍巖壓力由形變壓力轉換為松弛壓力，圍巖發生松弛，容易引起大面積坍塌，如圖7就是某隧道中支護過遲所引起的塊體塌落事故。

（3）破碎圍巖或自承能力很差的圍巖

從圖8曲線上也可以看出，這種破碎圍巖的自承力很小，洞室開挖后圍巖會很快進入松弛狀態，所以要求開挖前提供預支護或及時提供足夠的支護抗力，才能維持圍巖的原始狀態，保證圍巖的穩定。這類圍巖基本沒有自穩能力，圍巖的極限承載力在洞室開挖后會迅速下降，自承能力發揮的空間很小，隧道開挖后迅速轉化為松弛壓力，如果不提供預支護或及時采用剛性支護，極容易發生大面積塌方事故，如圖9就是某隧道開挖后由于支護不及時或支護剛度不足所發生的破壞。

3、隧道施工工法合理性的選擇

每一種隧道施工工法都不是萬能的，都有其各自的使用條件，必須根據圍巖類別不同選用不同的工法。無論選用怎樣的工法，一個共同的目標就是要用最經濟的手段保證隧道的穩定，施工工法的選取具體應遵循下面兩條原則：

（1）充分發揮圍巖的自承能力和基本維持圍巖的原始狀態

綜合運用新奧法、淺埋暗挖法、礦山法等多種工法解決隧道圍巖與支護系統共同作用問題，達到穩定平衡和確保隧道結構安全。綜觀這些工法，如何熟練快速有效應用于隧道工程實踐，就應該解決隧道施工合理方法判別原則問題、隧道受力獨立性問題、隧道支護平衡穩定性問題、隧道設計理論統一性和適用性問題、隧道合理施工與初期支護順序有關問題、隧道量測參數和精度選擇問題等等

新奧法提出保持圍巖穩定的關鍵是充分發揮圍巖的自承能力，這一提法是從力學角度提出了保持圍巖穩定的思路，揭示了決定圍巖穩定性的主要因素是圍巖的自承能力。圍巖自承能力源于圍巖強度，因此“基本維持圍巖原始狀態”，既是保持原有圍巖強度，又是發揮圍巖自承能力的充分必要條件。

各種設計理論和工法之間都存在差異，就新奧法而言，在硬巖隧道與軟巖隧道應用新奧法也有本質區別，特別是各種輔助工法獨立于各種理論之外，其實各種設計理論和工法存在統一性和適用性，其核心都是隧道圍巖與支護共同作用要達到足夠大并“保持平衡穩定性”，才能使隧道“基本維持圍巖原始狀態”，從而達到隧道“充分發揮圍巖的自承能力”的目的。在此基礎上建立隧道預支護原理，統一各種設計理論和工法的核心思想，歸納為四種情況（即圍巖自穩好情況的預支護原理應用、深埋圍巖自穩差情況的預支護原理應用、淺埋圍巖自穩差情況的預支護原理應用、深埋圍巖大變形情況的預支護原理應用），明確其統一性和適用性問題，便于人們理解和應用。

（2）能量最小原理

土質或軟弱松散圍巖隧道施工中常采用分部施工留核心土工法、CD法（中隔墻法）、雙側壁導坑法（眼鏡法）、CRD法（交叉中隔墻法）等工法，這些工法基本無需或只需少量爆破，常采用機械和人工開挖施工，石質隧道一般需要爆破施工。這兩種隧道施工過程消耗能量E都可表達為三部分：

式中：E1為破碎隧道斷面內巖體與拋擲碎石耗能或機械和人工施工的耗能，是有效耗能；E2為對圍巖及預支護結構擾動及保持圍巖變形臨界穩定的耗能及恢復破壞與變形不穩定圍巖的穩定性的耗能；E3為其他耗能，其量值小，一般可忽略不計。

①石質隧道施工中，實施爆破需要解決兩個同等重要的問題：一是用最有效的方法將隧道斷面內的巖石適度破碎，并將碎石適度拋擲；二是降低爆破對圍巖的擾動，最大限度地維持圍巖原始狀態，以有利于隧道的長期穩定。開挖能量最小原理可表述為：在實現爆破效果良好的前提下，對圍巖及預支護結構擾動耗能E2最小的施工開挖方案最優，對圍巖擾動最小。

②土質或軟弱松散圍巖隧道施工中，采用分部施工留核心土等工法，其核心是控制圍巖變形，以實現隧道基本維持圍巖原始結構狀態，否則隧道圍巖局部失穩破壞會誘發更大范圍圍巖失穩破壞。對此種情況，保障隧道建設消耗能量最小的基本要求是防止圍巖產生大范圍的破壞。當圍巖發生破壞后，重新實現圍巖穩定性所需要做功將遠大于預支護維持圍巖穩定所需做的功。因此，直接機械和人工開挖施工隧道，能量消耗主要是施工洞體的能量消耗和預支護結構實施的能量消耗。施工過程中需要解決兩個重要的問題，一是降低施工過程對圍巖及預支護體系的擾動，最大限度地維持圍巖的原始狀態及發揮支護結構的效能；二是防止施工過程產生大范圍巖土體的失穩。因此，土質或軟弱松散圍巖隧道，開挖能量最小原理表述為：在實現分部施工及支護結構控制圍巖變形良好的前提下，對發生破壞或變形不穩定圍巖恢復穩定的耗能E2最小的方案最優，對圍巖擾動最小。

4“能量最小原理”在隧道工法中的應用

4．1導坑超前＋擴挖施工法

在大斷面隧道施工中，采用鉆爆法施工導坑超前或小型掘進機先行施工一個導坑（圖10），然后用爆破方法進行擴挖。此時擴挖是在有導坑臨空面條件下進行的，爆破臨空面大，夾制作用小，爆破耗能少，大大降低了對隧道圍巖的擾動。

4．2硬巖光面爆破與預裂爆破

預裂爆破是在隧道施工爆破前，預先沿設計輪廓爆出一條具有一定寬度的裂縫，當主爆區爆破時，裂縫對應力波起到反射作用，減少應力波對圍巖的破壞作用。因此輪廓孔爆破時，圍巖和斷面輪廓線內的巖石對爆破具有相同的夾制作用，爆破對圍巖的破壞作用較大，特別是在巖石強度較高的情況下，輪廓孔裝藥較多，耗能較大，破壞作用更為明顯。而光面爆破是先爆破中央部分時對圍巖影響較小，后爆破周邊時已有臨空面對圍巖影響也較小。因此在巖體強度較高的情況下，不宜采用預裂爆破而應采用全斷面光面爆破。

4．3軟弱圍巖弱爆破分步施工

在隧道施工中，經常遇到強度低、易風化、破碎的軟弱圍巖，在隧道圍巖穩定性分級中屬于穩定性較差的Ⅳ、Ⅴ級圍巖，穩定性差，易出現坍塌等工程事故。實踐表明，爆破工序對此類圍巖的穩定性有重要影響，爆破振動經常是圍巖坍塌的誘導原因。因此，應降低爆破振動強度，盡可能減輕對圍巖的擾動，最大限度維持圍巖的原始狀態。

軟弱圍巖隧道一般采取臺階法施工。上部臺階施工時拱部采用光面爆破，巖石自重有助于拱部巖面沿周邊眼的開裂，適當降低炸藥消耗，降低耗能，既保證了爆破效果，又有利于降低周邊眼起爆對圍巖的振動強度。在下臺階施工時，為了及時對圍巖支護，需要先施工邊墻部分，施工順序見圖11所示。因巖體強度低，此時采用弱爆破即可實現施工，對邊墻圍巖的擾動較小。

在隧道斷面內巖石性質差別顯著時，要注意調整施工方案。如果上部巖體軟弱而下部巖體堅硬時，下臺階分部施工順序要相應調整，應采用圖12所示的施工順序。如果按圖11所示的施工順序，下臺階兩側巖體（邊墻）水平方向受到較強的夾制作用，由于巖石堅硬，需采用較強的爆破才能破碎巖體，耗能較高，相應對圍巖的擾動也較顯著。

5結束語

總之，在隧道建設實踐中采用施工工法，關鍵是施工過程中要遵循“能量最小原理”。充分發揮圍巖自承作用，基本維持圍巖原始狀態，通過相應支護，達到隧道結構平衡穩定性。“能量最小原理”是直接判斷施工方法優劣的原則，是實現“基本維持圍巖原始狀態” 的準則，按此原理選擇合適的工法，以最經濟的手段保證隧道圍巖的穩定，指導隧道工程又好又快地建設。

參考文獻

[1]《隧道預支護原理與施工技術》朱漢華等編著 人民交通出版社2008年

工程爆破的基本方法范文第5篇

關鍵詞：框架結構建筑物拆除爆破數值模擬有限單元法多剛體動力學

1引言

隨著我國城市化進程的加快，采用爆破方法快速拆除建(構)筑物日益受到重視并被廣泛采用。然而在當前的爆破設計中，仍主要依靠工程師的工程經驗來預測結構的倒塌過程，倒塌范圍也僅能采用經驗公式進行估算。在遇到結構復雜的建筑物或爆破方案較為復雜的情況時，工程經驗及經驗公式便難以滿足需要。隨著計算機技術的發展，采用數值仿真的方式對建筑物拆除爆破進行模擬已經可以實現。

建筑物拆除爆破的模擬是一個非常復雜的問題，必須依賴于的復雜的數值計算方法以及實驗等其它非數值手段來解決。近年來國內外學者普遍采用的數值計算方法主要有理論力學法、有限單元法、DDA(DiscontinuousDeformationAnalysis)方法、離散單元法、個別元素法等，非數值計算方法主要有爆破專家系統等，取得了一些重要成果。本文嘗試運用有限單元法和多剛體動力學數值仿真方法相結合的數值仿真技術對框架結構建筑物拆除爆破的模擬進行了研究。

2有限元法與多剛體動力學仿真技術

建筑物拆除爆破是通過破壞建筑物的關鍵承重部位使其失去承載能力，使建筑物在自重作用下失穩倒塌，這個過程可視為結構由靜力平衡系統轉化為多剛體動力系統的過程，使采用多剛體動力學數值仿真方法和平面桿系結構有限元法對建筑物爆破拆除過程的模擬成為可能，其仿真流程如圖1所示。

平面桿系結構有限元法是建筑結構設計中應用最為廣泛的一種方法。建筑物拆除爆破涉及的對象是建筑結構，因此在建筑物拆除爆破設計中，可以運用平面桿系結構有限元法，對拆除過程中不同階段的結構內力(軸力、剪力和彎矩)進行分析，以便為拆除爆破設計提供準確的依據，提高拆除爆破設計的可靠性和準確性。

多剛體動力學是經典力學的基礎上產生的新學科分支，在復雜機構的動力分析中的應用非常廣泛。以多剛體動力學為理論基礎的數值仿真方法將現實世界中的復雜機構系統概化為由約束機構聯結若干剛體而成的樹狀結構，并自動形成系統的數學模型，運用計算機可視化技術對其求解結果進行可視化，以預測或再現機構系統的運動過程。

在該多剛體動力學仿真系統中可定義的剛體的質量、密度、體積、形狀、質心、位置、速度與角速度以及剛體間碰撞的能量損失率與摩擦系數等，并且可以定義鉸鏈等約束的摩擦系數等以便模擬整個多剛體系統在倒塌運動過程中的能量損失。該仿真技術采用較先進的變分方法建立剛體運動數學模型，運用Kutta-Merson積分方法對其求解，可精確計算剛體的運動路徑和剛體間彼此的穿透和碰撞行為。

3建筑物拆除爆破機理模擬

3.1建筑物失穩及解體的模擬

在建筑物拆除爆破中，結構失穩的主要原因是關鍵承重部位的破壞，相應的在模擬過程中將該被破壞部位從整個結構中予以刪除即可實現結構整體失穩條件的模擬。

拆除爆破中建筑物的解體破壞分為三種方式：布孔施爆；建筑物爆破后不均勻下落中構件彎折拉壓破壞；建筑物的觸地沖擊破壞。并且在拆除爆破中，采取的倒塌方式不同，構件的解體方式也不盡相同。如采用橫向逐跨倒塌方式時，構件基本為受彎破壞，而采用豎向逐段解體時，主要是柱體的軸向沖擊受壓破壞。所以在建筑物爆破模擬過程中，需根據倒塌方式的不同確定不同的計算方案。

對于構件在倒塌過程中的破壞情況，可計算結構中構件的各項極限承載力，并運用平面桿系結構有限元法計算不同時段結構中的內力分布情況，依據以上的計算結果，判斷結構中各構件的解體情況。對于建筑物的觸地沖擊解體，由于其力學本質非常復雜，目前沒有成熟的理論計算方法。龐維泰【3】等曾對低層建筑物拆除爆破中觸地解體條件進行了研究。統計資料表明，要使建筑物落地后充分解體須有一定的落地速度。對預制件，磚結構，約為6m/s；一般現制排架結構，約為8m/s；剛架或較強的排架結構，須10m/s以上。實際模擬過程中，若結構觸地時達到了使其充分解體的速度則可將剛架結構轉化為多剛體系統，以模擬結構的觸地沖擊解體及隨后的堆積過程。

在多剛體動力學仿真系統中，結構中已形成的塑性鉸用鉸節點表示；而未破壞的危險部位則用剛節點表示，若在后續時間里該部位轉化為塑性鉸，則可以將剛節點替換為鉸節點；當節點處的拉力超過其極限抗拉強度或構件落地速度達到其完全解體所需的速度時則可將約束刪除，使其成為相互獨立的剛體，如圖2所示。

3.2建筑物倒塌運動過程模擬

在承重部位起爆后，建筑物失穩，結構逐漸發生解體破壞，形成一個由鋼筋相連的混凝土塊體系統，進而，結構將發生倒塌、觸地解體、形成爆堆，此時，結構可抽象為由許多剛體聯結而成的多剛體運動系統。這個過程很難用連續介質力學來模擬，而可采用多剛體運動學數值模擬技術進行描述，因此結構倒塌行為可采用多剛體運動學仿真系統來模擬。

結構開始倒塌時繼承了失穩時的解體破壞形式，因此，在結構倒塌的動力學模型中應將結構初始失穩、破壞情況作為倒塌運動模擬的初始條件。在倒塌運動過程中，勢必會發生塊體的相互碰撞，其中會伴隨著碰撞造成的能量損失和混凝土破碎造成的能量損失，然而目前沒有成熟的理論計算方法對其進行描述。從工程實際看，在建筑物的坍塌過程中混凝土塊體碰撞時特別是結構觸地堆積時，動能基本損失殆盡，因此在模擬過程中設定垂直于接觸面方向的動能損失率為90％～100％。

4算例

4.1工程概況

爆破拆除某7層框架結構樓房。框架結構為現澆框架，預制樓板，混凝土等級為C20，柱截面為400mm×600mm，縱向主梁截面為300mm×700mm，柱網布置見圖3，樓房的立面圖如圖4所示。

4.2爆破方案

由于周圍環境及建筑物本身形狀的限制，對該建筑物采用水平逐跨解體的爆破方案，結構的倒塌方向如圖4所示。為了使結構失穩，需要自右向左依次爆破A～E排立柱。爆破設計時，爆破高度分別取一層、兩層，排間起爆時差分別取0.1s、0.3s、0.5s、0.7s、1.0s進行計算，以分析不同條件下結構的失穩、破壞、倒塌及堆積情況。

4.3失穩及解體模擬

選擇圖4所示最右側的一跨框架的一榀作為研究對象，研究其失穩破壞的條件。采用平面桿系有限元法計算發現，爆破高度為一層和兩層時，結構中構件的可能破壞(彎矩超過其極限抵抗彎矩)情況基本相同，而隨后依次爆破的各跨框架的破壞形式也與第一跨基本相同。

必須指出的是，構件的內力達到其極限承載力時，并不一定發生破壞。實際上，梁柱節點中若梁首先發生了破壞則失去了將彎矩傳遞給柱的能力，從而保護了柱不受破壞；同樣，若柱首先破壞也可保護梁不受破壞，表現出梁柱節點“自我保護”的特點。而哪種構件首先破壞取決于構件的受力情況以及其極限承載力，理論上講，受力情況相對惡劣的構件應首先破壞。對該框架結構，主梁所受彎矩大于柱而其極限抗彎能力也明顯低于柱應首先發生破壞從而保證柱體不會受彎破壞。最右側框架的受力及破壞形式如圖5所示。

4.4倒塌過程模擬

以結構的失穩和初始破壞情況為模擬初始條件，對該框架結構的各拆除方案進行計算。計算結果顯示：當爆破高度為一層時其觸地速度約為6.5m/s，難以滿足完全解體要求，此時可采用人工施爆以解除結構剛度，但勢必增加工程量，并給爆破飛石的控制帶來困難；而爆破高度取兩層時其觸地速度約為14m/s，可滿足要求；排間的起爆時差為0.5s左右時，倒塌過程較為理想。下圖為爆高為兩層、排間起爆時差為0.5s時，結構倒塌過程的模擬。

...

t=0st=0.5st=1.0st=1.5s

...

t=2.0st=2.5st=3.0st=3.6s

圖6結構倒塌過程模擬圖

模擬結果顯示，整個結構從起爆到完全落地堆積大約需3.6s，爆堆高度約為5m，可達到原地坍塌的要求，倒塌及堆積過程也基本與實際現象一致。在模擬過程中發現，在實施水平逐段解體方案時，立柱爆破高度和排間起爆時差的選擇是關系爆破是否成功的關鍵問題，必須從多個方面予以考慮。

5結論

本文的研究成果表明，采用有限單元法和多剛體動力學數值仿真方法相結合拆除爆破模擬技術，可以對框架結構的失穩、破壞、倒塌過程、堆積范圍等問題進行模擬預測，可以通過對整個過程的模擬為爆破方案的選擇和優化提供依據，可有效的提高建筑物拆除爆破設計的水平和可靠性，具有較強的實用價值。但建筑物拆除爆破中破壞、倒塌、堆積過程是一個非常復雜的力學問題，該模擬技術對其進行了許多簡化處理，許多問題還需進一步探討。

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