CN101672613A

CN101672613A - 空气弹簧减振爆破施工方法

Info

Publication number: CN101672613A
Application number: CN200910191014A
Authority: CN
Inventors: 周永红; 彭小毛; 施富强; 王坚
Original assignee: ENGINEERING BLASTING INSTITUTE OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY; China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd
Current assignee: ENGINEERING BLASTING INSTITUTE OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY; China Construction Fifth Engineering Bureau Co Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: CN101672613B

Abstract

空气弹簧减振爆破施工方法，在划分的爆破区域内设计孔网参数及起爆网路，在确定的炮孔点钻孔并填充炸药；在给炮孔装药时，按照如下步骤进行操作：1)在孔底预留空气腔，空气腔是由孔底设置的支撑体的内部空腔形成，支撑体为空心管状结构且两端开口；2)在孔底空气腔的上端开口处依次安装起爆体和炸药，起爆体通过引线与外部起爆装置连接；3)在炸药的上端再设置空气腔，空气腔通过支撑体的内部空腔形成；4)往炮孔内填装堵塞材料，堵塞材料用于填充支撑体和炸药的周围空隙并将炮孔填满。本发明的施工方法爆破时峰值振动小、安全性高，而且破坏力强，能量利用率高，能够有效控制爆破范围，降低环境污染。

Description

空气弹簧减振爆破施工方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种用于基坑土石方爆破的空气弹簧减振爆破施工方法。

背景技术

随着城市建设的快速发展，土地资源的利用率也在不断提高，系统规划实现多功能综合配套的大型建筑逐步成为城市建设的主流，这必然涉及城市高密度建筑群中的深基坑开挖工程。我国现目前的工程技术，对于大量的岩石基坑开挖工艺仍以爆破为主，特别是在施工场地狭窄，处于商业繁华地段的建筑群落而言，基坑开挖造成的振动、噪声等对周边环境影响很大。因此，提高复杂环境条件下岩土爆破的安全性、可控性和可行性十分迫切。

现目前深基坑开挖主要采用爆破和机械挖掘相结合的方法，机械挖掘用于较松软的土层和与建筑物距离较近无法爆破的地段，由于机械挖掘的成本太高，产生的噪声污染严重，而且挖掘岩石的难度太大，因此爆破还是基坑开挖的主要手段。现目前进行爆破时，先在设计好的孔点进行钻孔，其钻孔深度根据岩石的密度、硬度而定，然后分别在炮孔内直接填装炸药，并用土石进行填塞。爆破时，由于炸药产生的瞬时压强很大，冲击力很强，能量直接通过岩石传导，造成周围地面和建筑强烈振动，特别是在建筑密集区域内，产生的振动给建筑物带来安全隐患。爆破的部分能量转化为振动冲击波后，其对岩石的破岩应力波的能量反而降低，对岩石的破坏能力下降，从而不能达到预期的爆破效果，如果增加炸药的药量，爆破所产生的振动也同时大幅度增加，对建筑物的安全影响太大，而且爆破所产生的飞石、粉尘以及噪声污染等也随着炸药的药量增加而增大，对周围环境的影响非常严重。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种峰值振动小、安全性高，而且能量利用率高、破坏力强，能够有效控制爆破范围，降低环境污染的空气弹簧减振爆破施工方法。

本发明的技术方案是：空气弹簧减振爆破施工方法，在划分的爆破区域内设计孔网参数及起爆网路，在确定的炮孔点钻孔并填充炸药；各炮孔填充炸药包括如下步骤：

1)在孔底预留孔底空气腔，孔底空气腔是由孔底设置的第一支撑体的内部空腔形成，第一支撑体为空心管状结构且两端开口；

2)在孔底空气腔的上端依次安装起爆体和炸药，起爆体通过引线与外部起爆装置连接；

3)在炸药的上端设置孔顶空气腔，孔顶空气腔通过第二支撑体的内部空腔形成；

4)往炮孔内填装堵塞材料，堵塞材料用于填充支撑体和炸药的周围空隙并将炮孔填满。

本发明的原理是利用空气腔较大的能量存储功能，吸收冲击、消除脉动和回收能量。炮孔内药柱爆炸时，孔底、孔顶的空气柱吸收峰值冲击能量，转换为平滑过渡的均衡压缩能，从而提高能量利用率，降低峰值振动。设定装入炮孔中的炸药为性质相同、密度均匀且连续分布，则炸药爆炸时的脉动初始压力和爆炸作用时间可用下式计算：

P_{m} = \frac{1}{2} . \frac{1}{K + 1} . \frac{1}{1 + l_{a} / l_{c}} ρ_{o} D^{2}

t = \frac{2 (K + 1) (1 + l_{a} / l_{c})}{ρ_{o} D^{2}} I

式中：P_m-爆轰脉动初始压力；

K-爆轰产物等熵系数，K＝3；

ρ_o-炸药密度；

D-炸药爆速；

I-爆破冲量；

l_a-空气柱长；

l_c-装药长度。

当空气柱长度分别为l_a＝A、l_a＝0时，由前面公式可得

P_{m} |_{l_{a} = A} < P_{m} |_{l_{a} = 0}

t |_{l_{a} = A} > t |_{l_{o} = 0}

于是可以得出，当炮孔中设置空气腔时，孔内药柱爆后的脉动峰值压力降低，同时，爆破产生的应力波对岩石的作用时间被延长。

进一步的技术特征，所述上、下支撑体均是由竹管、纸筒或PVC管的任意一种构成。

所述上、下空气腔的直径相同，且下端空气腔的长度大于上端空气腔的长度。

所述上、下空气腔的长度之和不大于药柱长度的40％。

相对于现有技术，本发明具有以下显著优点：

1、减弱了振动峰值，安全性能大幅度提高，在孔内药柱爆轰后的初始阶段，爆压迅速向空气腔卸荷，从而降低了初始爆压，减弱了爆轰的冲击作用，对周边岩体的峰值振动明显降低，减少了飞石的产生，解决了在建筑密集地段频繁爆破对周边建筑结构产生的应力积累，使周边建筑结构不受爆破带来的剧烈振动影响。

2、改善了爆破效果，提高了能量利用率、破坏力加强，在孔内药柱爆炸时，随着爆压的下降，减小了孔壁岩石粉碎圈体积，从而破岩应力波能量加强，作用范围增大，爆炸能量转换为破岩的利用率提高，部分能量被空腔内的空气柱蓄储，并伴随直接作用在岩体上的主压缩波连续释放，压缩空气柱继续释放能量，形成了爆轰冲击和气压破环两段动态破岩组合，增加了对岩石的破坏作用时间和脉动周期，使爆轰波和应力波创造的裂隙，在高压气体劈裂作用下进一步扩展。

3、能够有效控制爆破范围，提高爆破精度，其爆破范围与建筑物支护安全距离可达到2000mm以内，进而提高爆破效率，减少挖掘成本，并且降低了环境污染，对于减少粉尘、降低噪声、减少水污染也有突出作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的炮孔安装的结构示意图；

图2为本发明的施工工艺流程图；

图3为本发明的爆破网路的示意图。

图1中，1-孔底空气腔，2-第一支撑体，3-起爆体，4-炸药，5-孔顶空气腔，6-第二支撑体，7-堵塞材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的空气弹簧减振爆破施工方法适用于城市密集地区的岩土爆破、爆区周边保护设施要求严格的各种岩土爆破、大型混凝土块体的局部切割爆破以及大型岩土爆破场合。

本发明的施工方法是在划分的爆破区域内设计孔网参数及起爆网路，在确定的炮孔点钻孔并填充炸药；如图1所示，其创新点在于，在给炮孔装药时，按照如下步骤进行操作：

1)检查布孔符合设计要求后，在孔底预留300mm～500mm的孔底空气腔1，孔底空气腔1是由孔底设置的第一支撑体2的内部空腔形成，第一支撑体2为空心管状结构且两端开口；

2)按照设计要求，在孔底空气腔1的上端开口处依次安装起爆体3和炸药4，起爆体3通过引线与外部起爆装置连接；

3)在炸药4的上端设置300mm～500mm孔顶空气腔5，孔顶空气腔5通过第二支撑体6的内部空腔形成，第二支撑体6与第一支撑体2结构相同；

4)往炮孔内填装堵塞材料7，堵塞材料7用于填充支撑体和炸药的周围空隙并将炮孔填满。堵塞材料7使用现场采集的土石，在堵塞时应保证堵塞质量，特别是在孔顶空气腔5的上端开口处先用大于空气腔直径的石块堵住开口，再填装堵塞材料，防止空气腔被堵塞。

所述支撑体2、6是由竹管、纸筒或PVC管的任意一种构成。

为控制工程质量，在布孔时一定要精准，选用的支撑体应一致，以确保空气腔1、5的直径相同，上、下空气腔的总长度应控制在药柱总长度(即上、下空气腔与中间起爆体和炸药长度之和)的40％，且孔底空气腔1的长度大于孔顶空气腔5的长度，空气腔1、5的具体长度值可以根据岩石的性质、振动和飞石的控制需求作出调整。炮孔内填充的炸药量需严格按照设计要求，不能随意增加或减少，而且对炮孔的堵塞也要求保证质量，以达到能量均衡和防止飞石的作用。

在施工时，具体流程如图2所示，其操作步骤如下：

1、施工准备阶段完成以下操作：

1)完成三通一平、围护、警戒等工作；

2)配备相应的机具，选择火工产品，城区内应选用非电起爆系统，以确保安全；

3)配备爆破振动监测设备。

2、对爆区进行划分和编序：

根据地形、岩层走向及周边环境合理划分爆区，确定爆破时的主振方向与最重要的保护区相互垂直，在主振方向设置临空面，利用控制爆破主振方向与弱振方向量级分配技术，逐区依序开挖，能够有效减弱、阻隔振动能量的传递。

3、根据划分的爆区设计孔网参数及起爆网路：

1)根据岩石的物理特性确定爆破单耗，通常特坚石单耗q＝0.6～0.8kg/m³，坚石单耗q＝0.5～0.6kg/m³，普坚石单耗q＝0.3～0.5kg/m³，岩石的具体单耗值可通过试爆来确定；

2)根据确定的单耗设计孔网参数，预裂爆破孔、光面爆破孔网参数应根据爆源距保护建筑的距离由专业技术人员分析、计算确定；

3)根据岩石特点以及周边环境的要求确定最大单段药量：

计算公式为：

Q = {[R {(\frac{V}{K})}^{1 / α}]}^{3}

式中，Q——最大单段药量，单位：kg；

R——爆源与保护点的距离，单位：m；

V——保护点许用地表质点振动速度，单位：cm/s；

K、α——与地质、地形有关的系数。可根据岩石特性初选，经过试爆、监测分析计算，确定当地适用值；

4)根据最大单段药量，完成起爆网路的设计工作。

4、钻孔及试爆：

1)钻少量孔，选择已有临空面的地形，同样按布置空气腔工艺布药，孔网参数按设计要求，装药完成后，按对数规律测距布点，并布置监测设备，爆后分析回归计算K和α的值。

2)用监测分析计算出的K、α值，进一步完善孔网参数，修改药量分布与分配。

3)如图3所示，按设计方案，依区布孔。

5、按照如前所述给炮孔装药，并且在边壁设置的预裂孔和光面孔同样设置上、下空气腔，并将预制好的不藕合药体装入预裂孔和光面孔内，按设计要求完成堵塞。起爆体各段的雷管应安装正确，随装随检，采用毫秒微差控制爆破技术完成网路参数设计。

6、完成联网、防护后，布设监测设备。起爆后，及时处理监测数据，分析总结，控制最大噪声小于85dB。

7、检查爆破现场有无盲炮等安全隐患，检查爆破对周边环境的影响程度和范围，检查爆后边壁情况，总结分析完善后续爆破。

8、依次对划分区域进行爆破，所有划分区域爆破完成后进行清渣、护壁处理。

在爆破工程中，还必须对粉尘、噪声以及污水进行控制和处理。钻孔时，应在钻机上装设岩粉收集装置，减少粉尘对周边环境的影响。对于含水的炮孔，应选用乳化炸药，以提高炸药利用率，减少爆破炮烟的产生量。在待爆破区域的表面覆盖纤维物质，比如棕垫、排栅、麻包等，爆破的同时对爆区进行高压洒水。选择合理的时段，安排易产生强噪声的作业工序，以减少噪声给人们生活带来的影响。爆破作业过程中，地下水、雨水、降尘以及洒水会造成泥浆等流体污染物流出工地污染环境，特别是在运渣过程中还会造成二次污染，应在工地内设置多个隔砂池，将泥浆导入，经沉淀后再将清水排入城市排水管，同时配合相应的运输车辆进行环卫清洁措施。

本发明较好地解决了城市高密集地区建筑群落中深基坑开挖精细控制爆破的难题，实现开挖工艺规范、安全、高效和高质量的综合目标，推动了城市控制爆破的精细化，解决了爆破“扰民”的长期问题。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、空气弹簧减振爆破施工方法，在划分的爆破区域内设计孔网参数及起爆网路，在确定的各炮孔点钻孔并填充炸药；其特征在于，各炮孔填充炸药包括如下步骤：

1)在炮孔底部预留孔底空气腔(1)，所述孔底空气腔(1)由孔底设置的第一支撑体(2)的内部空腔形成，第一支撑体(2)为空心管状结构且两端开口；

2)在孔底空气腔(1)的上端依次安装起爆体(3)和炸药(4)，起爆体(3)通过引线与外部起爆装置连接；

3)在炸药(4)的上端设置孔顶空气腔(5)，孔顶空气腔(5)通过第二支撑体(6)的内部空腔形成，第二支撑体(6)与第一支撑体(2)结构相同；

4)往炮孔内填装堵塞材料(7)，堵塞材料(7)用于填充支撑体和炸药的周围空隙并将炮孔填满。

2、根据权利要求1所述的空气弹簧减振爆破施工方法，其特征在于，所述第一、二支撑体(2、6)是由竹管、纸筒或PVC管的任意一种构成。

3、根据权利要求1所述的空气弹簧减振爆破施工方法，其特征在于，所述孔底空气腔(1)、孔顶空气腔(5)的直径相同，且孔底空气腔(1)的长度大于孔顶空气腔(5)的长度。

4、根据权利要求1或3所述的空气弹簧减振爆破施工方法，其特征在于，所述孔底空气腔(1)、孔顶空气腔(5)的长度之和小于药柱长度的40％。