浅议水袋+炮泥堵塞炮眼爆破施工方法

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1、浅议水袋+炮泥堵塞炮眼爆破施工方法　　摘要隧道爆破施工通常采用传统的炮泥堵塞炮眼，缺点：炸药能量的有效利用率不高，炸药单孔消耗量较大。针对这种情况，提出了一种水袋+炮泥堵塞炮眼爆破方法。该方法充分利用水的不可压缩性，减少冲击波在传播过程中的衰减，相对延长了爆生气体的作用时间，提高了岩石的破碎度和炸药能量的有效利用率，降低了粉尘危害，节省了工程造价。关键词中图分类号：U45文献标识码：A水袋+炮泥；爆破；隧道施工1引言传统的炮泥，主要由粘土、砂或土砂的混合料加工而成。传统的炮泥堵塞炮眼，虽然能在一定程度上保证炸药充分反应，由于爆破

2、气体逸出自由面的温度仍然很高，能量并没有被充分利用。因而，装药量不少，岩石的破碎度不够理想，这就增加了处理大块岩石的环节，影响了开挖进尺。开挖进尺一直是隧道施工的关键，直接影响隧道施工的各项技术和经济指标。为此，我们开始不断摸索提高隧道爆破施工效率。6为了提高炸药能量的有效利用率和岩石的破碎度，提出了一种水袋+炮泥堵塞炮眼爆破方法。这一爆破技术在元坝气田大梁山隧道工程中得到成功应用，不但提高了炸药能量的有效利用率，而且提高了岩石的破碎度，加快了工作进尺，提高了经济效益，同时也改善了隧道内施工环境。2水袋+炮泥爆破原理水袋+炮泥堵

3、塞炮眼爆破，就是用水袋、炮泥复合堵塞炮眼，代替传统的炮泥堵塞炮眼，利用水的不可压缩性，减少冲击波在传播过程中的衰减，相对延长了爆炸能量的作用时间，提高了岩石的破碎度[1-3]。水袋+炮泥堵塞炮眼爆破时，炮眼的内壁首先受到应力波的作用，沿炮眼的径向和切向产生拉应力，当拉应力超过岩石的极限抗拉强度时，岩石中将产生大量的径向、切向裂纹和裂隙；而冲击波在水中发生反射，在炮眼内壁形成强荷载，岩石进一步发生变形和位移，在炮眼内壁形成空化区。随后，在爆生气团的作用下形成的水球迅速向外膨胀，使空化区消失，并将能量传递给岩石周围，形成一次突跃的加

4、载，加剧岩石的破碎。此后，具有残压的水汽从裂缝中向外溢出，形成雾状分布在空气中裹携粉尘，改善了洞内施工环境。水袋+炮泥堵塞炮眼爆破正是从冲击波和爆生气团两方面人手，使传统的炮泥堵塞炮眼爆破施工中存在的问题得到满意的解决。2．1冲击波作用岩石中切向拉应力峰值σθmax随距离的衰减规律为6σθmax=(bPr)／(rα)(1)式(1)中b与泊松比和应力波传播距离有关，爆炸近区的b值较大(b≈1)，但随距离增大b值迅速减小，并趋于只依赖于泊松比的固定值b=μ／(1-μ)；r为对比距离；α为衰变指数。因径向裂隙是由拉应力引起的，因此以岩

5、石抗拉强度σt取代式(1)中的周向拉应力峰值σθmax即可求得炮孔周围径向裂隙区的半径为RP=(bPr／σt)1／αrb(2)式(2)中RP、σt和rb分别为破坏区半径、岩石抗拉强度和炮孔半径。在岩石中，σθmax／σrmax=b=μ／(1-μ)＜1；而在水中，σθmax／σrmax=b=1，代入式（1）和式（2）。所以在相同装药量的情况下，水袋+炮泥堵塞炮眼爆破的切向应力和炮孔周围径向裂隙区的半径比传统的炮泥爆破的效果好。2．2爆生气团作用继应力波之后，爆生气体及水受热变成蒸汽形成气团充满爆腔，以准静压力的形式作用在空腔壁上和

6、冲人由应力波形成的径向裂隙中，在此高温、高压气团的膨胀、挤压及气楔作用下，径向裂隙继续扩展和延伸。裂隙尖端处气体压力6造成的应力集中也起到了加速裂隙扩展的作用。高压气团在炮孔中等熵膨胀，充满炮孔时的高压气团压力为P0=kρeDe2(dc／db)6(3)式(3)中k为比例系数，其取值范围0.2～0.25；ρe、De、dc和db分别为炸药密度、炸药爆速、药卷直径和炮孔直径。封闭在炮孔内的爆生气体以准静压的形式作用于炮孔孔壁，形成岩石中的准静态应力场，其应力状态近似于承受均匀内压的厚壁圆筒(认为筒的外径趋于无穷大)。因此可用弹性力学的

7、厚壁筒理论求解岩石中的应力状态，其径向压应力和周向拉应力数值相等，即σθ=｜σr｜=(rb／r)2P0(4)式(4)中r、rb、σr和σθ分别为距炮孔中心的距离、炮孔半径、径向压应力值和切向拉应力值。同样以岩石的抗拉强度取代式(4)中的切向拉应力σθ，即求得破裂区半径为RP=(P0／σt)1／6（5）水袋+炮泥堵塞炮眼爆破时，由于水蒸汽参与了与爆生气体共同对岩石的作用，与传统炮泥爆破相比，式(3)中的k值相对增大，故P0增大，式(5)中的RP也相对增大。3应用试验水袋+炮泥堵塞炮眼与传统炮泥爆破施工工艺的区别：前者增加了一个20

8、cm长的水袋。下面，我将针对两种爆破方法进行试验，以作比较。63.1工程概况大梁山隧道位于四川盆地西缘之川西褶带和川中褶带，场地内岩层层面、风化裂隙和节理裂隙发育导致岩层稳定性差，地质复杂多变。大梁山隧道属于构造剥蚀深丘-低山地貌，隧道洞身全部为V级围岩，隧道全