第十二章特種爆破技術(shù)第一節(jié)聚能爆炸切割技術(shù)一、概述爆炸產(chǎn)物運動方向具有表面垂直或大體垂直的基本規(guī)律。利用這個基本規(guī)律將藥包制成特殊形狀（如半賀形空穴、拋物線空穴、雙曲線形空穴、錐形空穴等），爆破時靠空穴閉合產(chǎn)生沖擊、高壓、碰撞、高密度、高速度運動的氣體流或金屬流（帶金屬罩時），使爆炸產(chǎn)物集聚、能量密度提高，沿軸線向外射出的高能流密度的聚能流稱為空穴效應(yīng)或聚能裝置。在日常生活中，也能觀察到一些聚能現(xiàn)象。例如，投石水中，水內(nèi)形成空洞，然后，水向空洞中心動物，使空沿迅速閉合，在閉合瞬間，相向運動的水發(fā)生碰撞、制動，產(chǎn)生很高的壓力，將水向拋出，形成一股高速運動水流（見圖12-1）。聚能裝藥只有聚能空穴處炸藥的爆轟產(chǎn)物能夠形成聚能流，這部分炸藥的藥量 稱為聚能炸藥的有效藥量。聚能流在運動過程中，其截面最初縮小，然后擴大。在截面最小處，聚能流的運動速度和能流密度最大。最小截面距裝藥端面的距離稱為聚能流的焦距。在焦距處，聚能流破壞作用和空透能力最大，如圖12-2所示。若將聚能穴初以金屬制成的藥形罩，則當(dāng)爆轟波傳至藥形罩時，向裝藥軸向匯聚的爆炸產(chǎn)物將壓縮藥形罩并使其閉合（見圖12-3）。在藥形罩閉合過程中，由于碰撞產(chǎn)生極高壓力，使金屬變成液體，并有一部分液體金屬形成沿軸線方向向前射出一股高速、高密度的細金屬射流，剩余的液體金屬形成較粗的杵體，以較低的速度尾隨在射流后面運動。射流頭部運動速度最大，尾部運動速度最小。因此射流運動過程中將不斷被拉長、拉細。當(dāng)射流頭部超過一定限度后，射流開始斷裂，截面開始增大，射流速度減小。聚能裝藥的早期應(yīng)用始于19世紀(jì)末。二次世界大戰(zhàn)以來聚能裝藥在軍事上的應(yīng)用和研究極大地推動了它在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。在材料工業(yè)，人們利用聚能爆破原理來加工難以加工的材料；在交通運輸業(yè)，人們利用聚能爆破來消除水下礁石，切割沉船；在礦山開采業(yè)，人們利用聚能裝藥爆破技術(shù)控制巖石破裂，在二次爆破中，破碎巖石大塊：在石油開采和煉鋼工業(yè)人們利用聚能射孑L彈來提高原油的涌出量和消除出爐口鋼渣。目前應(yīng)用的聚能裝藥主要有：軸對稱軸向聚能裝藥(見圖12—4a)、軸對稱徑向聚能裝藥(見圖12—4b)、面對稱聚能裝藥(見圖12—4c)三種形式。這三種形式的聚能裝藥，由于其聚能方向不同各有不同用途。二、聚能裝藥爆炸效應(yīng)對于軸對稱軸向聚能，可得如下參數(shù)。1．聚能裝藥金屬罩質(zhì)量（12-1）式中B——藥形罩寬；H——藥形罩高；——藥形罩襯厚；——藥形罩材料密度。2．聚能裝藥炸藥的有效質(zhì)量（12-2）式中——裝藥密度。3．有效部分的爆炸氣體產(chǎn)物平均密度 （12-3）4．有效部分的爆炸金屬射流平均密度 （12-4）5．金屬射流長(CITI)（12-5）式中——射流初長，為金屬罩母線長，cm；——射流在穿甲條件下的伸長率，對于鋼，9。3；——聚能裝藥到目標(biāo)的距離。6．射流的平均半徑(mm)(12-6)式中口——射流輻射角，當(dāng)7．藥形罩的運動速度(12-７)式中————炸藥爆熱；——重力加速度；——有效藥量分布在藥形罩上的平均厚度，8．射流的最大速度(12-8)9．杵體速度(12-9)10．射流遇障礙物的壓力(12-10)11．氣態(tài)射流的能量密度（12-11）12．金屬射流的能量密度（12-12）13．切割深度（12-13）式中pc——爆切體密度，g／cm3。三、應(yīng)用例l被爆切體為一般構(gòu)造用的壓延鋼，密度為=抗拉強度為MPa；彈性模量E：2×10’MPa；鋼板化學(xué)成分含量：C≤0.22％，Si=0.12～0.35％，Mn≯0。5％，P≤0.045％，S≤0.05％；彈性極限變形量為0.002～0.005；聲波速度為5000m／s。鑒于被爆體材料為構(gòu)造用壓延鋼，是彈塑性材料，剛度小，抗壓強度大，在炸藥爆轟的瞬間沖擊力作用下，易變形而不易破壞，故不能直接借助炸藥的爆炸作用破壞解體。因此，選用爆炸威力較大的黑梯炸藥制成聚能藥包進行聚能爆炸切割。具體聚能藥包參數(shù)如圖12—5所示和表12—1所列。藥形罩材質(zhì)原設(shè)計采用紫銅，因成本較高改用1．2mm的普通鋼板，錐角原設(shè)計80。，因加工制作模具困難，改用90。。鋼板爆炸切割試驗分成兩組進行，一組鋼板厚為18mm，另一組鋼板厚為30toni，兩組試驗無論是水中或大氣中均整齊切斷。爆炸效應(yīng)的近似計算結(jié)果見表12—3。

例2某工程的基準(zhǔn)倒垂線，為水電站大壩外部變形觀測的重要設(shè)施。在安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)已埋好的高強度鋼絲倒垂線偏斜，不符合設(shè)計要求，需要重新埋設(shè)。倒垂線是將垂線的一端固定在大壩基巖的深處，即無應(yīng)力變化的穩(wěn)定基礎(chǔ)中。在鉆孔底埋設(shè)錨頭固定高強鋼絲，孔口上部觀測室內(nèi)用油箱浮桶形成張力張拉鋼絲，形成了一條倒置的垂直線，作為水平位移的觀測基準(zhǔn)線，用來觀測大壩的水平位移和變形。倒垂孔孔深42．45m，有效孔徑不小于150mm，孔內(nèi)有鋼保護管，全孔沖滿地下水。錨固鋼絲直徑為1．2mrn，為耐酸不銹鋼高強鋼絲，抗拉強度大于l100MPa。鋼絲錨接在錨塊頂部，鋼絲全長43m，上部油箱浮桶拉力為420N。為了重新埋設(shè)錨頭及倒垂線，要求將原鋼絲從根部切斷，殘留長度不大于5cm，經(jīng)多種方案比較，決定采用聚能裝藥爆破切割。對爆破作業(yè)的基本要求是：在從根部切斷鋼絲的同時不能因爆破造成孔壁坍蹋和增加孔內(nèi)殘留物。因此爆破作業(yè)的技術(shù)難點是：孑L深有水，不能直視直觸，鋼絲又細又硬，頂部又為柔性固定，切除要求準(zhǔn)，控制難度大。在正式施爆以前，在地面做試驗，60g炸藥鋼絲被切斷。在正式爆破時，考慮孔內(nèi)水深近40m，水壓較大，藥量增加系數(shù)為1．2，藥包重量為75g，電雷管引爆。藥包放在一截長10cm半圓形鋼管內(nèi)，用一根牽引尼龍繩操作防止孑L底內(nèi)遺留殘余物。起爆后，孑L口有水柱沖擊，震感輕微，但鋼絲未能切斷。將爆體取出檢查，雷管尾及腳線仍保留，外圍小鋼管開口處略有變形，整體未破壞?？赡苁撬顗毫Υ?，炸藥爆力不足。藥量增大到100骱130g，又進行了二次爆破，但均未能取得成功。在水深40m的情況下，水壓較大、爆速降低、猛度降低、爆破效果顯著下降。炸藥和鋼絲雖然緊貼，鋼絲長度大，上部張力雖然有40多公斤，但鋼絲撓度大，顯示柔性。在深水中受沖擊荷載時，其極限強度也會有增加，繼續(xù)增大藥量也不一定成功，反而可能會破壞孔壁。為了將爆炸能量集中在鋼絲上，采取了幾個技術(shù)措施：一是采用聚能藥包形式，加上豎向聚能藥包，藥形罩為鐵皮制，用輔助支架定位，以保證聚能于鋼絲；二是在藥包的聚能穴中充填低密度介質(zhì)，更有利于爆破能量向低密度介質(zhì)釋放，集中于鋼絲方向；三是增大鋼絲的張拉力，張緊固定．即使鋼絲在爆破時受到一定的預(yù)張力，限制其變形。經(jīng)設(shè)計計算，并加工_r專用器具(見圖12—6)后進行爆破，成功地切斷了鋼絲，經(jīng)抽水后檢查和觀測，孔底情況良好，符合設(shè)計要求。第二節(jié)巷道定向斷裂控制爆破新技術(shù)一、概述從20世紀(jì)50年代仞期，瑞典采用光面爆破技術(shù)以來，許多國家也相繼對光面爆破機理、光爆參數(shù)和光爆效果等進行了大量實驗研究。我國60年代開始引進光面爆破技術(shù)，巖巷掘進出現(xiàn)了新局面。近幾十年，我國對光爆機理、光爆裝藥結(jié)構(gòu)、起爆時差、導(dǎo)向孔效應(yīng)、光爆參數(shù)等進行了大量研究，研制了低密度、低爆速、低威力、低密度的光爆專用炸藥、銨梯炸藥小直徑藥卷、水膠炸藥小直徑藥卷，進行了現(xiàn)場實驗。但在我國目前的井巷工程中真正達到光爆效果的并不多。除了管理方面的原因以外，主要原因還有：(1)光爆炮孔間距較小。鉆孔工作量較大；(2)普通光爆在節(jié)理發(fā)育巖體不可能完全形成光滑壁面；(3)普通光爆中單個炮孔的爆破作用沒有方向性。因此，從根本上改進光爆技術(shù)是一個迫切的問題。早在1905年，F(xiàn)oster曾提出過在巖石中預(yù)制裂縫以控制爆破方向的設(shè)想。1963年，瑞典u．Langefors和日本的伊藤一郎發(fā)展了這一方法。70年代中期，美國馬里蘭大學(xué)W．L．Fourney等人在實驗室做了模擬實驗，并在現(xiàn)場試驗中取得了一些成效。定向斷裂控制爆破，是利用一些方法首先使炮孔孔壁某些部位應(yīng)力集中而產(chǎn)生徑向裂紋，同時避免炮孔壁其他部位產(chǎn)生徑向微裂紋，隨后在爆炸應(yīng)力波和爆生氣體的共同作用下，使徑向裂紋持續(xù)發(fā)展，形成預(yù)期的斷裂面。能夠?qū)崿F(xiàn)定向斷裂的爆破方法很多，本節(jié)主要介紹兩類。一類是在炮孔壁沿縱向切V形槽。當(dāng)柱狀藥包爆炸后產(chǎn)生的應(yīng)力波首先在切槽尖端引起應(yīng)力集中而開裂，爾后在爆炸氣體作用下，使裂縫沿切槽方向持續(xù)開裂，直到相鄰炮孔貫穿。第二類是利用特殊藥包爆炸后首先在炮孔壁的一定部位產(chǎn)生初始裂縫，然后在爆生氣體作用下裂縫繼續(xù)擴展，形成定向斷裂面。線性聚能藥卷和切縫藥包是兩種常用的方法。定向斷裂控制爆破的技術(shù)特點主要有：(1)巷道周邊成形質(zhì)量提高，圍巖破壞程度降低；(2)周邊鉆孔工作量減小，孔距加大。二、切縫定向爆破法它是改變炮孔形狀，在孔壁上預(yù)制V形對稱溝槽，以改變爆炸應(yīng)力分布，在溝槽尖端形成應(yīng)力集中，使爆炸后優(yōu)先在溝槽尖端擴展。切槽的角度大小、高度不同，影響切槽爆破效果，切槽鉆頭直徑一般為38mm，槽角為60。，切槽高度為5mm。實驗表明，切槽孔對定向斷裂控制爆破有明顯作用，利用炮孔切槽爆破，控制巷道的周邊成形，其孔間距可以加大到普通光面爆破的1．5～2．0倍，并且裝藥量和爆破工藝與普通光爆相同。因此，切槽爆破的主要工藝集中到了周邊孔的定向切槽上。目前已有專門的切槽鉆頭產(chǎn)品，一種是鉆孔與切槽一次完成的切槽鉆頭，適用于地面淺孔鉆鑿，井下使用存在夾鉆與鉆頭壽命短等問題；另一種是炮孔套槽鉆頭，它的工藝是先用普通鉆頭鉆出裝藥炮孔，然后利用該鉆頭二次套出設(shè)計方向上的V形槽。這種切槽器的幾何形狀及尺寸參數(shù)如圖12—7所示。切槽工藝為：用普通鉆頭按設(shè)計的孔間距將周邊孔全部打出來，然后換上特制釬桿并裝有套槽鉆，扶釬工將切槽鉆頭的刀槽對準(zhǔn)巷道輪廓線方向，正對已鑿出的周邊炮孔，開動風(fēng)鉆，將鉆頭直沖到孔底，形成了預(yù)定方向的切槽，切槽速度與巖石性質(zhì)有關(guān)。在切槽過程中，由于釬尾是圓形，使釬桿不會轉(zhuǎn)動，另外有對稱切槽刀具的相互制約作用，使切槽具有良好的方向性。每次沖到孔底，即可拔出釬桿。三、聚能定向斷裂爆破聚能槽藥卷的爆破工藝主要集中于聚能槽藥卷的加工與裝藥工藝上，對施工現(xiàn)場的鉆孑L工作及機具沒有特殊要求。這種爆破方法是通過改變藥卷自身結(jié)構(gòu)，沿藥卷軸向壓制聚能槽，利用聚能穴的聚能作用，改變爆轟壓力的分布特征，從而在壓力會聚方向優(yōu)先發(fā)生裂紋并擴展。用于巷道周邊定向斷裂爆破的聚能藥卷如圖12—8所示。根據(jù)藥卷內(nèi)聚能的幾何尺寸，通?？梢圆捎萌缦乱?guī)格[邊長(mm)×邊長(mm)×夾角(。)的聚能藥卷：5×5×90，3×3×60。通過現(xiàn)場實驗，聚能槽規(guī)格以5×5×90的聚能藥包的定向斷裂控制效果相對較好。炮孑L間距比普通光爆有明顯增大。聚能藥包定向斷裂爆破對周邊孔的平行度有很高的要求，從現(xiàn)場試驗可以看出，同樣間距和裝藥條件下，主要由于鉆眼工人操作水平的不同而使眼痕率有較大差別。藥卷聚能槽產(chǎn)生的聚能流對定向斷裂起主要作用。根據(jù)聚能原理，采用聚能裝藥結(jié)構(gòu)，當(dāng)裝藥爆炸以后，聚能穴處的爆轟產(chǎn)物向外飛散，先向聚能穴對稱軸線的方向集中，會集成一股速度和壓力都很高的氣流，即聚能流，該高速高壓氣流直接作用到孔壁上，實現(xiàn)定向斷裂。由于2號銨梯炸藥的爆速低和威力小，聚能槽的金屬罩不可能形成金屬射流，在現(xiàn)場實驗中能發(fā)現(xiàn)不同程度變形的金屬銅片。根據(jù)聚能射流原理，藥卷聚能穴外加金屬銅罩后，聚能穴形成的聚能氣流在推動金屬罩向軸線運動過程中，將能量傳遞給金屬罩體，因為罩體金屬材料本身的可壓縮性很小，它的內(nèi)能增加很少，所傳遞能量的大部分表現(xiàn)為動能形式，迅速產(chǎn)生向軸線方向的壓合運動，當(dāng)壓力足夠大時，罩體表面內(nèi)的速度比罩體本身的壓合運動速度高得多，罩壁在軸線處迅速匯聚碰撞的同時，發(fā)生能量的再分配，產(chǎn)生極高的碰撞壓力形成沿軸線方向射出的高速、高壓、高能量密度的金屬粒子的射流，有定向斷裂作用。在現(xiàn)場試驗中能在爆破后找到變形的金屬罩體，說明炸藥的爆速不夠，威力較低，罩體相碰撞壓力不能使其成為金屬射流，金屬罩沒有充分起到應(yīng)有的作用。所以，巷道周邊聚能裝藥定向斷裂爆破，還需要進一步從機理上對聚能穴的幾何形狀、炸藥品種和性質(zhì)、聚能罩的材料等問題進行研究。四、切縫藥包定向斷裂爆破這種爆破方法是將炸藥裝在特制的外殼中，通過外殼切縫的導(dǎo)壓作用控制孑L壁上裂縫生成與擴展。由于這種裝藥是整體性的，相對比聚能裝藥簡便，另外控制切縫對準(zhǔn)輪廓線也較容易。切縫藥包定向斷裂控制爆破的特點是在爆炸的瞬時，在炮孔孔壁形成定向的應(yīng)力集中，來控制預(yù)定區(qū)域徑向裂縫的發(fā)展。切縫管的作用原理是在炮孑L壁四周形成不均勻的應(yīng)力分布，使預(yù)定區(qū)域受到足夠的破裂力。形成定向裂縫的過程可分為兩個階段：爆炸初期，在切縫管內(nèi)腔還沒有形成均布壓強之前，在爆炸沖擊波的作用下，在對準(zhǔn)切縫的炮孑L壁面局部產(chǎn)生了預(yù)裂縫，然后在爆生氣體壓力作用下使裂縫擴展，如圖12—9所示。切縫藥包爆破效果與切縫寬度、套管材料及其厚度有密切關(guān)系，目前研究較多的切縫藥包有以下兩種結(jié)構(gòu)(見圖12—10)。圖12—10a為內(nèi)切縫方式，加工比較困難；圖12—106為外切縫方式，加工比較簡單。在現(xiàn)場應(yīng)用中，切縫管外徑一般為32～40mm，壁厚2～4mm，切縫寬可選用3～5mm，長度由裝藥量和孔深來確定。裝藥量與普通光爆相同，孔距可以比普通光爆大30％以上。用ABS工程塑料做切縫套管，爆破后無毒，無明顯氣味，具有足夠的強度和剛度。但成本較高。第三節(jié)石材開采爆破技術(shù)我國現(xiàn)使用的石材開采方法有：手工劈裂法、控制爆破法、鋸石機開采法。傳統(tǒng)的手工劈裂法勞動強度大，生產(chǎn)效率低，荒料塊度小等，很難形成一定的生產(chǎn)能力。常規(guī)爆破法對礦體和成品荒料都造成嚴(yán)重破壞，成材率低，而鋸石機開采由于受經(jīng)濟技術(shù)條件及設(shè)備供應(yīng)等因素限制，在許多石材礦山，特別是中小型礦山仍不能使用：實踐證明，采用控制爆破開采飾面石材在現(xiàn)階段是適合我國國情的，對量多面廣的中小型礦山尤為適宜。本節(jié)介紹石材開采中的幾種常用控制爆破技術(shù)。一、導(dǎo)爆索法導(dǎo)爆索法是由錘楔法演化而來的，即在分離面打平行孔，插入楔形物進行錘擊使之形成斷裂面。也有將干燥木楔通過潤濕膨脹形成斷裂面的方法。目前還有靜態(tài)破碎劑等方法。在石材開采中，使用黑火藥已有較長歷史，它的威力低(100～500MPa)，適用于開采石材。但需要使用起爆藥包，起爆藥包爆炸時峰值壓力過大，破裂面難以控制。此時，惟一可行的解決方法是采用不耦合裝藥。目前使用的炮孔孔徑多在30～40mm。因此，較大的不耦合系數(shù)要求藥包的臨界直徑在毫米級范圍內(nèi)，而導(dǎo)爆索正滿足這個要求。在導(dǎo)爆索切割法中，一般用水介質(zhì)沖填不耦合空間(在導(dǎo)爆索與孔壁之間)。裝藥量可由單位炸藥消耗量和開采石材體積確定。單位炸藥消耗量可采用下列經(jīng)驗公式計算：(12一14)式中a、b、C——炸藥消耗系數(shù)；s——切割面積，m2；V——石材塊體體積，m3；——石材塊體運動位移，m。在切割花崗巖時：a=10．52g／m3b=26．478g／m2c=28．74g／m4其中a代表最小的有效單位炸藥消耗量，與石材塊體體積相關(guān)；等代表破裂效果部分，c“代表巖塊位移效果部分。在石材開采中，其主要參數(shù)如下：荒料體積／m3300～8000切割面積／m2120～1800孔距／m0．2～0．4孔徑／mm25～35最大孔長／m2～8導(dǎo)爆索線裝藥密度住·m—t8～15每孔導(dǎo)爆索股數(shù)l～3堵塞水單位PETN炸藥消耗量農(nóng)·n11318～50單位孑L消耗量／m·m一30．6～3．8用適當(dāng)?shù)牟获詈嫌醚b藥系數(shù)，單耗在20～50g／m3范圍內(nèi)，可在花崗巖中進行切割而無碎裂現(xiàn)象。意大利每年用于花崗巖石材開采的導(dǎo)爆索達12000km。二、聚能裝藥切割法聚能裝藥應(yīng)用于大理石等石材開采，可以取得良好的爆破效果。在大理石開采中一般是首先起爆水平炮孔(裝藥)，然后起爆垂直孔，將所采石材塊從原巖體中切割出來(見圖12-11)，并在爆生氣體作用下將其外推出一段距離，得到比較規(guī)整的大理石荒料。為了使爆破能量沿切割面均勻分布而不壓壞孔壁，所有炮孔均采用不耦合分段裝藥。同時，為了沿炮孔軸線方向能實現(xiàn)同步起爆，將TNT熔鑄成中央有直徑為6mm空心孔的藥柱，使低能導(dǎo)爆索能從孔口通過空心孔直穿孔底。藥包兩側(cè)沿軸線方向?qū)ΨQ布置無罩聚能穴，如圖12-12所示。考慮到炸藥直徑對爆轟性能的影響，TNT藥柱直徑d=18mm。因炮孔直徑為D=40mm，故裝藥的不耦合系數(shù)k=2．2。每厘米長藥柱重3．3g。分段間隔尺寸根據(jù)藥量、孔深以及堵塞長度(一般不小于0．2m)，并使爆炸能量分布均勻和盡可能增大裝藥長度為原則進行綜合考慮，一般兩藥包相隔0．2～0．3m。爆破參數(shù)為：垂直孔：孔距a=0．35m；孔深l=0．95H(H為石材塊體高)；單位面積切割藥量C=250g／m；單位裝藥量q=aHc。水平孔：孔距a=0．3m；孔深l=1．05B(B為石材塊體寬)；單位面積切割藥量c=275g／m；單位裝藥量q=aBc。無罩雙側(cè)聚能爆破切割大理石的主要技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于非聚能爆破切割。在同樣條件下，雙側(cè)無罩聚能爆破切割的相對荒料率為63％，而非聚能爆破切割的相對荒料率為56％，前者比后者提高了12．5％。三、黑火藥爆破法(一)工藝過程采用黑火藥控制爆破法開采石材，應(yīng)按下列工藝過程進行：(1)首先清理工作面；(2)根據(jù)礦體及其裂隙產(chǎn)狀選擇垂直和水平排孔的布孔方向，然后鉆孔，水平面盡量利用層理面；(3)裝藥爆破；(4)把爆破切割下來的長條大塊按荒料規(guī)格手工楔裂成荒料毛坯、并整形。(二)開采要素確定開采要素前應(yīng)對擬開采礦段的節(jié)理裂隙走向、傾向、傾角、間距和性質(zhì)等進行詳細調(diào)查，為制定施工方案和細則提供依據(jù)。每次爆破后必須在現(xiàn)場對各要素作詳細分析鑒定，以便確定下一循環(huán)的施工細則。(1)分層高度H：一般1～3m；(2)采掘帶寬(一次推進進尺)B：按荒料最大塊度的某個面(高或?qū)?的尺寸確定。(3)一次采切大塊體長(即預(yù)裂線長)L：一般沿礦體走向布置，為荒料規(guī)格長或?qū)挼恼麛?shù)倍，或為垂直工作面走向的節(jié)理裂隙之間距。當(dāng)無節(jié)理裂隙時，塊體長的最大值以不超出20m為宜，超出此限度，開掘橫向楔形切割槽(楔形槽口寬6=1.2m，楔長為采掘?qū)払，楔高為層厚H)(見圖12—13)，使大塊體的端部與原巖體分離。(三)爆破參數(shù)(1)炮孔直徑：一般為20～35mm，試驗證明20～22mm的效果較好。(2)炮孔間距：垂直孔一般為30～60cm，水平孔一般為20～30cm，試驗證明垂直孔以30cm、水平孔以25cm為宜。(3)炮孔深度：以不超爆為準(zhǔn)。(4)裝藥與填塞：垂直孑L隔孑L裝藥，水平孑L每孑L裝藥，垂直孔裝藥按150～170g／m2考慮，水平孔按330～350g／m2考慮。炮泥堵塞長度為炮孔深度的l／3。(四)應(yīng)用實例某花崗巖石材開采采用黑火藥控制爆破技術(shù)，取得良好效果，其參數(shù)和結(jié)果見表12—4。第四節(jié)爆破疏通技術(shù)一、排水管道爆破疏通(一)概述有些排水管道因排放污水等原因，遇阻結(jié)垢，造成管道堵塞，由于堵塞地點不易直接處理，有時又不能停產(chǎn)檢修，采用爆破法進行疏通簡單方便，行之有效。采用這種方法，必須準(zhǔn)確確定堵塞位置，采取措施，將藥包放到堵塞處，利用水壓爆破原理處理堵塞物。如果堵塞位置難以確定，可以采用間隔裝藥，分段處理。(二)藥量計算單個藥包水壓爆破使被爆體產(chǎn)生臨界破壞狀態(tài)的藥量為式中Q——炸藥量，kg；K，——與被爆體材料、尺寸、破壞程度有關(guān)的系數(shù)，使用的炸藥為黑索金時，對于圓形鑄鐵取0．2(經(jīng)驗選取)；Kc——炸藥換算系數(shù)，用銨梯炸藥時，取1．15～1．2；S——通過藥包中心的面上的被爆體周壁內(nèi)斷面積，m2。爆破疏通取水壓爆破臨界炸藥量的1／4～l／5。當(dāng)藥包位置放在管道中心時取1／4，否則按臨界破壞爆破藥量的1／5計算。(三)應(yīng)用實例‘新疆鋼鐵公司選燒廠、焦化廠直徑800mm的總排水管道因污水中含礦漿結(jié)垢，造成管道堵塞，影響污水排放。長期以來多次用竹片通、鋼絲繩拉，均未徹底解決問題。曾用沖鋒槍向堵塞處射擊，試圖用子彈沖擊來疏通，射擊200發(fā)子彈仍無效果。最后擬采用爆破法預(yù)以清除堵塞。該排水管道兩檢查孔之間大約長30m，很難找到堵塞的確切位置。鑄鐵管直徑800mm。用藥量少，力度不夠，難以排除堵塞；用藥量大，可能損壞排水管。按水壓爆破臨界破壞藥量的l／5裝藥，即每個藥包不超過25g。根據(jù)管道疏通有關(guān)操作規(guī)程，一般由下游向上游疏通，以防嚴(yán)重堵塞。起初在下游爆破，由于水阻，藥包位置不合適等原因，效果不好。后改由上游爆破疏通，單藥包仍無效果。為防止找不到堵塞的確切位置，采取了多藥包方法，每個藥包之間的距離不小于1．5m約為管道直徑的2倍，此法一舉成功。二、爆破沖洗疏通水井機井是地下取水構(gòu)筑物中采用最廣泛的一種形式。機井的深度一般小于200m，直徑在150～200mm之間。井壁管為金屬或非金屬管材。井壁在含水層中的部分設(shè)有過濾器，分圓孔過濾器、鋼筋骨架過濾器、包網(wǎng)過濾器、纏絲過濾器等。機井在使用過程中會因水中泥砂和懸浮物的沉積、粘結(jié)、過濾器的腐蝕而出現(xiàn)淤塞，供水不足，甚至報廢。被淤塞的機井以往通常采用高壓風(fēng)或高壓水沖洗疏通。這樣洗井法需大型設(shè)備，施工復(fù)雜，工期長，成本高，而且疏通能力低，對離并壁較遠處的淤塞物不能徹底清除。爆炸洗井是利用設(shè)在機井內(nèi)的炸藥包爆炸沖擊波的壓縮、沖刷和抽吸作用使井的過濾器淤塞物脫落、含水層裂隙擴張來達到疏通水的目的。實踐證明，爆破是一種快速、簡易、低耗、有效的機井疏通新方法。爆破洗井裝藥量計算。爆破洗井通常是在含水層段沿井深方向等間隔、等藥量布置球形藥包，藥包間隔比機井半徑大得多，而機井的半徑比藥包半徑大得多。裝藥爆炸以后，爆炸應(yīng)力波對過濾器的沖刷、壓縮作用使過濾器中的淤塞物脫落。與含水層失去聯(lián)結(jié)，裂隙擴展并產(chǎn)生新裂隙；稀疏波和空穴區(qū)的負(fù)壓吸附作用使過濾器和含水層中的淤塞物向機井中噴流，使水道疏通；爆轟產(chǎn)物的膨脹、收縮脈動使上述兩個過程反復(fù)進行，加強洗井效果。其中稀疏波和空穴區(qū)抽吸作用在爆炸洗井過程中起重要作用，這可以從爆炸洗井后，井底部有一層淤泥得到證實。從爆破洗井作用機理可知，藥包產(chǎn)生的壓縮波和稀疏波在洗井過程中起主要作用。由于壓縮波和稀疏波沿機井軸向傳播近似于一維平面波，其強度衰減很慢，因此，藥包的間隔可以取較大值，一般可取3～6m。從洗井效果看，每個藥包的藥量愈大愈好，但單個藥包的藥量要限于不能破壞過濾器。此外，還可能受到周圍所能承受的爆破震動限制。單個藥包的藥量為式中尺——過濾器平均半徑，m；d，——過濾器材料的彈性極限，MPa；qs——所用的炸藥量，kg；Qs、QTNT——所用炸藥爆熱和TNT炸藥爆熱。爆破洗井施工中藥包和雷管往往要深入水下幾十甚至百米以上，水壓高，水滲透力強。因此。要確保藥包和起爆系統(tǒng)有足夠的防水和抗壓能力。一般常把炸藥和雷管裝入具有良好密封和剛度較大的藥筒內(nèi)。為確保藥包可靠起爆，最好采用復(fù)式起爆系統(tǒng)。向井內(nèi)放置藥包以前，必須先確定好藥包在機井下的位置，然后在懸吊繩索上做好標(biāo)記。為確保各藥包位于機井軸心，可在藥包上橫向布置一個十字形軟卡。如果藥包下沉力不夠，可在最底部藥包掛上配重。三、管內(nèi)裝藥爆破疏通技術(shù)某油井鉆至深230m處出現(xiàn)卡鉆事故，采用深水爆破簡結(jié)構(gòu)(見圖12一14)處理，內(nèi)裝800g黑索金炸藥。采用內(nèi)夾一層橡膠墊的內(nèi)外密封鋼蓋(螺紋處均涂環(huán)氧樹脂)防滲。導(dǎo)線所有接頭都涂環(huán)氧樹脂后，再包膠布。利用鐵絲將爆破筒放入被卡鉆桿內(nèi)，固定在孔深224．7m深處，起爆后，卡鉆被疏通，鉆桿被順利取出。第五節(jié)爆炸加工技術(shù)一、概述爆炸加工是以炸藥為能源的一種高壓加工方法。爆炸成形或爆炸焊接與常規(guī)加工方法相比，其主要特點是壓力大、變形速度大、加工時間短，因而功率大。實現(xiàn)爆炸加工，需要足夠的壓力和足夠的能量，這一般由炸藥、火藥、爆炸氣體或可燃氣體來提供。炸藥或火藥所生成的高壓氣體，通過適當(dāng)方式，直接或者間接地作用到金屬毛坯上，就能達到成形或焊接的目的。目前爆炸加工的應(yīng)用主要有以下幾個方面：(一)板金零件的成形和校形這是當(dāng)前爆炸加工應(yīng)用最成熟的工藝。常規(guī)工藝中的拉深、脹形、卷邊、翻口、沖孔、彎曲和校形等，都可以用爆炸加工來完成。在板金零件的爆炸成形里，通常不使炸藥和毛料直接接觸，因為炸藥的壓力過大，容易損壞零件和模具。為了將炸藥的壓力傳遞到毛料上去。必須在兩者之間有一個傳遞壓力的介質(zhì)。最常用的傳壓介質(zhì)是水。在一些特殊情況下，也可以采用砂，然而這時的炸藥量要比用水時大幾倍。(二)爆炸焊接利用炸藥爆炸壓力可以使兩種金屬間形成牢固的連接，主要應(yīng)用于雙層金屬板和管的制造，例如，在碳素鋼上蒙以不銹鋼、鋁、鈦、锫、銅及其合金的表層。這種工藝可以節(jié)約貴重金屬，提高焊接質(zhì)量，或制作不同金屬焊接的過濾接頭。如圖12—15所示，甲金屬稱為復(fù)板，乙金屬稱為基板，一般復(fù)板厚度較小。爆炸焊接一般將炸藥直接敷在復(fù)板金屬表面上進行爆炸。有時為了保護金屬表面，可在金屬表面放一緩沖層，如軟橡皮等?；?fù)板之間應(yīng)有一定間隙，兩板之間可以平行，也可以有一定角度。爆炸使復(fù)板金屬下落，并彎曲變形，復(fù)板向下運動的速度約為1000m／s，因而在幾微秒內(nèi)，復(fù)板與基板進行撞擊，撞擊壓力能使兩板內(nèi)金屬表面產(chǎn)生射流，形成冶金的粘結(jié)。為提高焊接質(zhì)量，應(yīng)采用線起爆裝置。(三)爆炸硬化有些金屬，如高錳鋼，在爆炸高壓下，能顯著地提高表層硬度。這種方法曾應(yīng)用于硬化高錳鐵路轍叉，推土機、拖拉機和坦克的履帶以及鏟斗的刃口等。爆炸硬化的方法是一層炸藥敷在需要硬化的部位，炸藥與金屬之間有時放一層薄的硬橡皮或其他物質(zhì)的緩沖層。(四)高速模煅利用火藥和高壓空氣推動煅錘，其速度遠遠大于一般落錘，可達每秒幾十到一二百米。高速模煅具有動量大、設(shè)備小等優(yōu)點。爆炸成形、爆炸焊接有很多優(yōu)點，如加工設(shè)備簡單、能加工一些常規(guī)方法不易加工的材料、產(chǎn)品質(zhì)量高、有利于采用綜合工藝等等。二、爆炸拉深本節(jié)介紹常用的爆炸拉深方法和工藝。這種工藝具有設(shè)備簡單，操作方便，不受零件尺寸限制，能成形冷沖壓難以加工的高強度材料，不需人工整修、精度和表面光潔度高等特點，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。(一)爆炸拉深的特點爆炸作用在毛料上的荷載性質(zhì)與冷沖壓不同，因此成形裝置、工藝參數(shù)也有差異。爆炸拉深分為自由拉深成形和有模拉深成形。自由成形裝置簡單(見圖12一16)，依靠控制工藝參數(shù)來獲得零件外形，易受偶然因素影響，零件精度比較低，適用于形狀簡單而精度要求不高的零件。有模成形分為自然排氣拉深和模腔抽真空拉深成形。自然排氣的爆炸拉深所需裝置如圖12-17所示。排氣孔的大小和數(shù)量根據(jù)模腔容積及毛料厚度、模具強度確定，應(yīng)保證模腔內(nèi)的空氣能自由排出、對模具強度削弱較小、零件表面不致于產(chǎn)生沖孔和壓印。一般排氣孔徑應(yīng)小于毛料厚度，以防出現(xiàn)沖孔；如板材強度較大，排氣孔徑可以略大于毛料厚度。0在模具強度允許的情況下，孔的數(shù)量可以盡可能多一些，以利于提高排氣速度。排氣孔在環(huán)向方向上每兩排孔之間，孔與孔的位置要互相錯開?？走呉箞A角，以防校形時壓傷零件表面。自然排氣的爆炸拉深，成形精度較自由成形高一些，也能成形較復(fù)雜的零件，但僅適合于黑色金屬或厚板鋁件。有時要求大量生產(chǎn)的零件相對厚度較小，精度較高，此時不能再采用自然排氣，而應(yīng)采用模具抽真空的方式。爆炸拉深時所采用的藥包，通常用TNT制成。粉裝與壓裝的藥包用得較多；鑄裝藥包因要加輔助炸藥才能起爆，用的較少。為防潮，藥包可裝在塑料袋里或金屬管內(nèi)，并用黃油或瀝青封口。塑性炸藥由于便于制造各種藥型，也被廣泛使用。水作為傳壓介質(zhì)，其性能良好，制出的零件表面質(zhì)量高。有時也用砂、油、滑石粉或空氣作傳壓介質(zhì)。抽真空的有模爆炸拉深采用水作為傳壓介質(zhì)時，可用護筒盛水，也可以將模具放在水井內(nèi)進行。(二)爆炸拉深工藝參數(shù)(1)藥形。藥包形狀決定著所產(chǎn)生的沖擊波波形。藥包形狀應(yīng)符合零件外形特點及技術(shù)要求，常用球形、柱形、錐形、環(huán)形藥包。球形藥包適用于深度不大，或變薄要求不嚴(yán)的球底零件。長柱藥包多用于狹長拉深零件成形和爆炸脹形。錐形藥包適用于變薄要求較嚴(yán)的橢球底封頭零件的成形，錐角一般為90?！?20。。大型零件往往采用環(huán)形藥包，在對接處引爆，或者采取“兩端”引爆，在沖擊波匯合處的毛料上墊一層砂或鋪一層橡皮。大型零件應(yīng)采用多個分散藥包。(2)藥位。藥包中心距毛料表面的高度^稱為吊高，在采用球形、環(huán)形、錐形藥包時，相對藥位(吊高與?？谥睆街?可在20％～30％之間。(3)藥量。藥量可通過試湊法、估算法確定。在水介質(zhì)中成形低碳鋼封頭零件的藥量公式為(12-16)式中y——頂點撓度，mm；D——?？谥睆?，mm；Q——藥量，g；——毛料厚度，mm；h——藥位，mm。采用砂介質(zhì)時，上式變?yōu)?12-17)三、爆炸焊接爆炸焊接初始參數(shù)包括炸藥的性質(zhì)和重量、材料的物理機械性質(zhì)及幾何尺寸、兩種材料的安裝位置和形狀。爆炸焊接中，單位面積裝藥量C是一個重要的初始參數(shù)。相關(guān)的比值參數(shù)R如下式中m——復(fù)板質(zhì)量。爆炸焊接對炸藥爆速有一定限制，一般爆速的最大值不超過材料聲速的1．2倍。復(fù)板和基板的安裝姿態(tài)由預(yù)置角a和間隔S確定。預(yù)置角一般很小，在大板焊接中，以平行安裝為宜。，爆炸焊接參數(shù)的確定有多種方法，這里只介紹經(jīng)驗估算法。炸藥爆炸作用在復(fù)板單位面積上的沖量 (12-18)式中——炸藥密度；——炸藥厚度；——炸藥爆速。復(fù)板的運動速度 (12-19)式中C——復(fù)板上單位面積裝藥量；——復(fù)板厚度及密度；K——與炸藥性質(zhì)及材料有關(guān)的系數(shù)，見表12—5。復(fù)板達到最大速度時所需要距離為第六節(jié)地基爆破處理技術(shù)地基爆破處理技術(shù)不需大型施工機械和復(fù)雜的施工技術(shù)。若使用得當(dāng)，可以收到消耗人力少、投資省、見效快等技術(shù)經(jīng)濟效果，日益引起重視，應(yīng)用范圍愈來愈廣。一、樁基一次爆擴成孔一次爆擴成孔(樁基)，采用一根底部有擴大部分的封閉條形藥包，放入直徑8～12cm的土孔中，爆后一次形成直徑40～60cm的圓形孔和底部直徑為100～140cnl的球狀體。這一方法可以避免樁身樁頭分二次施工，使成孔速度加快一倍。一次爆破成孔，孔頸中心與擴大頭中心相吻合，減少修壁工作量。而二次爆擴成孔，則易出現(xiàn)孔頸中心與擴樁頭中心偏斜，難以修理，甚至有時報廢。(1)樁頸藥量的確定。樁頸藥量可以參考表12—6選取。(2)樁頭直徑的藥量確定。樁頭直徑的藥量可按表12—7選取。表12—7適用于地面以下深度3．5～9．0m的粘性土，土質(zhì)松軟取小值，堅硬者取大值；在地面以下2～3m的土層中爆擴時，取值減小20％～30％：在砂質(zhì)土中爆擴時，取值增大10％。(3)藥包制作。采用直徑3．5～5cm的塑料袋裝藥，可爆擴成直徑40～60Cn]的孔。樁頭的藥包與樁徑藥包做成一體，為一長20cm,寬度10cnl的扁平體，可擴成直徑為100～140cm的空腔。裝藥密度控制在0.39kg／m3。(4)炸藥。可以用一直徑16～18mm的鋼筋，底部每隔0.6cm處有一個彎鉤，將彎鉤套在繩子上，向下將藥包推入孔內(nèi)，裝好后鋼筋上提，彎鉤自然與麻繩脫離。(5)起爆。每一條形藥包內(nèi)放置雷管不少于3個。樁頭藥包內(nèi)放兩個，藥包頂部放一個。在凍融土分界處必須安放一個雷管，以防爆后該處縮頸：引爆順序由爆擴影響間隔確定。參考值為，軟塑粘土和回填土中為爆擴樁頭直徑的1.8倍，其他土為1.5倍。當(dāng)樁距大于爆擴影響間隔時，可以單個順序引爆；當(dāng)間距小于影響間隔時，可以同時引爆。當(dāng)相鄰的樁頭不在同一高程時，引爆順序是先淺后深，否則會造成深樁柱彎曲、縮頸和斷裂等質(zhì)量事故。二、飽和土爆破壓實當(dāng)炸藥在飽和土中爆炸時，瞬間釋放的能量使非粘性土地基中的孔隙水壓力急劇增大，有效應(yīng)力銳減，隨之在剪切波作用下，土的原有結(jié)構(gòu)被解體，甚至產(chǎn)生液化現(xiàn)象。隨著水從土粒間孑L隙中滲出，土體在自重、超荷重和動力作用下，獲得新的較緊密結(jié)構(gòu)．地面產(chǎn)生沉陷，從而密實地基。濕陷性黃土在爆炸松動后，則與水充分作用，消除濕陷性。在具有一定水深條件下，進行水中或水底接觸爆炸時，藥包周圍的水介質(zhì)直接受到爆炸產(chǎn)物、氣體膨脹壓力及沖擊波的作用。當(dāng)爆炸沖擊波到達水底地基面上時，一部分被反射，一部分沿著地基固體顆粒和孑L隙水傳到地基土層中，破壞并疏松穩(wěn)定性較差的土壤結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生土顆粒移動，土層中的孑L隙水被產(chǎn)生的沖擊波壓縮擠出來，土層被次生沖擊波夯實。爆炸中產(chǎn)生的氣體膨脹壓力又對地基土產(chǎn)生水錘效應(yīng)，進一步夯實土層，從而加密地基，減小后期沉陷量。表12—8是我國爆擴樁的一些實例。上述處理地基爆破方法都必須嚴(yán)格控制用藥量，以不產(chǎn)生爆破漏斗，又能在土和飽冪1J土層中產(chǎn)生內(nèi)部爆破作用為前提。如果用藥量控制不當(dāng)，則不僅達不到壓密目的，甚至造成地基破壞。為了使堤壩、路堤不致懸浮在承載力極低的沼澤土淤泥層中，可利用爆破作用沖擊破壞淤泥的粘滯稠度及靜力平衡狀態(tài)，使土粒邊界處產(chǎn)生新的應(yīng)力，改變土層結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)強度變小，壓縮性增大等現(xiàn)象，填筑土便能依靠自重沉陷到沼澤土的堅硬底層或一定深膻處。對承載力稍高的沼澤土層也可以利用定向拋擲原理，在將淤泥拋擲出加固地基范圍后，立即充填抗剪強度較大的土料，從而提高建筑物地基的承載力及穩(wěn)定性。(一)地基與基礎(chǔ)爆炸壓實參數(shù)爆炸壓密法可用于各種含水飽和的粗粒土、砂質(zhì)土、砂土、砂土質(zhì)淤泥及砂壤土，捉高地基承載力，詳見表12～9。微濕和濕的巖土應(yīng)用水預(yù)先浸透。爆炸處理地基與基礎(chǔ)有三種方法：第一種，炸藥懸吊在水中的爆夯法；第二種，炸藥放在水底地基面上的水底接觸爆炸法；第三種，炸藥埋在松散砂質(zhì)地基中的飽和砂層液化爆炸法。1．水中爆夯法主要用于爆炸法夯實非粘性土(塊石地基、砂卵石地基)。要求以水作為傳壓介質(zhì)．保證既能產(chǎn)生內(nèi)部藥包爆破作用，又不產(chǎn)生拋擲漏斗作為決定藥包重量及藥包懸吊高度的主要條件。2．水底接觸爆炸法用于壓實細粒土(如砂土及粘性土)。壓實砂性土的裝藥量為（12-21）式中Q——是壓實砂質(zhì)土?xí)r水底裸露藥包質(zhì)量，kg；^0——壓實厚度，m。有效半徑為（12-22）限以下，爆炸將使其松散。因此，爆炸法壓實粘性土主要用在經(jīng)多年沉積含水量適中的米性土層，常用在加深渠道、運河的同時，密實渠底，提高渠底粘性土的不透水性。壓實粘性土裝藥量為（12-24）式中——壓實粘性土的裝藥量，kg；——最大壓縮沉陷量(壓縮坑半徑，一般不超過1．5n1)；——系數(shù)，對砂壤土第一遍爆炸為0．4～0．5，第二遍為0．25～——指數(shù)，第一遍爆炸為3，第二遍為4。藥包間距一般取(1.5～2.0)PB。(二)飽和松散砂液化爆炸法在飽和松散砂中爆炸時，其作用與土巖中的爆破作用不一樣，有類似于流體中的爆破效應(yīng)。土體孔隙水壓力與水中爆炸沖擊波壓力相類似，呈脈沖壓力狀，峰值高，隨后出現(xiàn)高頻脈動壓力，量值雖低，但作用時間較長，使土體產(chǎn)生液化=根據(jù)試驗，前蘇聯(lián)伊凡諾夫提出的產(chǎn)生最大壓強p。。(MPa)的公式為（12-24）式中Q——單藥包質(zhì)量(按TNT考慮)，kg；R——到藥包中心的距離，m；——試驗系數(shù)，詳見表12—10。可以看出，砂的含氣量稍有增加，爆炸壓力將明顯減弱。所以，此法只適用于飽和砂，對地下水很深的松砂層，則要預(yù)先筑堤灌水，使其飽和：采用這種爆炸液化來密實飽和松砂，每立方米松砂耗藥量約25～50g。按下式計算藥量Q(kg)：（12-25）式中K3——單位土體壓實所需的炸藥量，kg／m3；對于銨梯炸藥，粗砂時取0．03～O．04，中砂為0．04～0．05，細砂為0．05～0．065；Hz——藥包埋入深度，m。一般取所需加固深度的2／3。有效壓實深度^0(n1)：（12-26）有效作用半徑R(m)：（12-27）式中C13——系數(shù)，中粒砂為3，細粒砂為4～5。爆破孑L距取有效作用半徑的1.5～2.0倍，或藥包埋置深度的3～4倍，通常為4～12m，最大爆炸加密深度可達45m。當(dāng)加固厚度超過7m時，需同時爆炸幾層埋入式藥包。藥包重量Q、埋人深度，z及有效作用半徑R按下列公式計算：從上層藥包算起，第二層藥包為（12-28） （12-29）（12-30）式中Ql——第一層埋入式藥包重量，由式(12—25)計算。第三層藥包為 （12-31） （12-32） （12-33）壓實總厚度，在2層及3層布置藥包時，分別為1.3h2及1.2h3，爆炸下層藥包的延發(fā)時間T，取0．8倍的爆炸壓實時間f。土體表面沉降量應(yīng)滿足下式： （12-34）式中ho——要求壓實的總厚度；e1——土體初始孔隙比；ek——要求爆炸壓實后的土層孔隙比(或取臨界孔隙比)。所需爆炸壓實時間為 （12-35）式中是——壓實土層的滲透系數(shù)，m／s： （12-36）一般單藥包的重量在12kg以內(nèi)，埋深以爆破時地表不產(chǎn)生噴砂為準(zhǔn)。控制從地面到被加固土層底面之間深度的1／4以上(一般取1／2～3／4)。藥包間隔5～15m，爆炸2～3遍，松砂經(jīng)液化爆炸加密后，一般可達到中密狀態(tài)(相對密度為0.5～0.7)。產(chǎn)生的地表沉降量約為土厚的2％～10％，平均干重力密度可達1500kg／m3以上，最大加固深度30m，但表層lm范圍內(nèi)的效果較差，尚需在充分灑水后，用10～13.5t振動碾壓4～6遍。三、消除黃土沉陷性爆破技術(shù)采用常規(guī)預(yù)浸水法只能消除濕陷性黃土的自重及外荷濕陷性，而上部4～5m厚的土層由于自重壓力小，外荷濕陷性不能完全消除，尚需采取土墊層、重錘夯實等方法處理．且耗水量大，處理lm2面積至少要5～9t水，歷時長達一年左右。水下爆破法可克服上述缺點，減少處理淺層土的工程量；既可與預(yù)浸水法結(jié)合處理深厚自重濕陷性黃土地基．也可用于處理飽和黃土地基；施工不受季節(jié)限制或影響，施工方法簡便，比預(yù)浸水法經(jīng)濟。當(dāng)處理濕陷性黃土厚度超過12m時，提高地基承載力效果與樁基相當(dāng)，工效卻比樁基提高3～3.5倍。表12一11列出了爆破壓實實例。表12一ll爆炸壓實實例為達到濕陷性黃土充分與水接觸產(chǎn)生沉陷性、從而消除自重濕陷性的目的，一般采用水浸鉆孔爆破法或水中爆破法。(一)水浸鉆孔爆破法與預(yù)浸法結(jié)合進行，以消除深厚黃土層的濕陷性，提高地基承載力。深度在10m以內(nèi)時，采用預(yù)先水浸法，待土層浸透后，進行鉆孔爆破；深度超過10m時，則先在天然濕度上體中，用鉆孔法浸水，或采用鉆孔爆破法預(yù)先爆松，形成裂縫和空洞，以縮短浸水時間，然后采用鉆孑L爆破法夯實，如圖12一L8所示。1．預(yù)浸水法為_r減少預(yù)浸水時漏到基坑外的水量，宜先在浸水場地周圍挖掘一定深度的溝槽，然后用虛土回填，以破壞浸水土體與周圍未浸濕土體之間的連結(jié)力，使?jié)裣葸^程加速，浸水范圍外的裂縫數(shù)量及擴展距離也顯著減小。由于溝槽邊土體下沉量增大，密度增加，因而滲透性減弱，水自基坑內(nèi)向四周擴散量也將大大減少，然后在處理區(qū)四周筑堤，在黃土表面覆蓋10cm砂層，再蓄水0．3～0．5m深。預(yù)浸水時間可表示為 （12-37）式中丁?！钌俳畷r間，d；km——濕陷性黃土層的滲透系數(shù)，m／d；ho——需考慮濕陷的黃土層厚度，見表12-12。表12一12不同建筑物所需h0值采用鉆孑L法浸水時，為防止堵塞，必須在成孔后的孔內(nèi)填小石子，然后充水，或采用射水管充水。射水管下部lm布置有直徑10～20mm、孔距為炮孑L直徑的1．5～2．0倍的噴水孔，其中管底兩排為斜向噴水孔，孔徑15～25rrlITl，孔向控制射流交點在管軸外0．3～0．5m。2．爆破參數(shù)爆破時可以采用圖12—19所示深部爆破裝置裝藥爆破，第一個藥包到土層表面距離控制為藥包半徑的55～60倍，相應(yīng)藥量為式中——第一個藥包裝藥量，k；——第一個藥包到表面距離，m；——系數(shù)，為0．02～0．025：藥包間隔a及排距6可以取為藥包作用半徑的2．2～2．4倍：炮孔內(nèi)藥包個數(shù)為式中——炮孔的實際深度，m；——最上部藥包埋深．m：——藥包間隔，m：——圓柱形藥包的最大長度，m。炮孔中藥包總量為前蘇聯(lián)某工地用此法處理厚度達15～16m的自濕陷性黃土地基，浸水基坑面積27m×27.m，在浸水地段周圍開挖深3～3.5m的溝槽，然后用松土回填，浸水后用4個5kg的炸藥包在11～12.5m深處引爆，地表下沉達0.815m，而用一般預(yù)浸水法經(jīng)一年時間才下沉0.445m。(二)水中爆炸法該方法用于預(yù)先沉降建筑物的基礎(chǔ)和正在建設(shè)的或已使用的渠道以及要求處理厚度在4～5m以內(nèi)的濕陷性黃土層，它能完全消除表層1.5～2.0m以內(nèi)黃土在0.15～0.2MPa外載下的濕陷性，加固影響深度可達4～5m。這種方法不用鉆鑿炮孔，只需采用水平加長圓柱藥包或集中藥包、然后充水進行水中爆炸。炸藥懸掛或支持在水中，藥包以下的水層起墊層作用，用以均衡對土層的爆炸力，藥包以上水層起阻斷消除爆炸能量向上逸散的作用：1．炸藥包定位方法定位藥包有兩種方法：固定式和懸掛式。固定式是將炸藥包綁扎在木料或鋼筋、鋼管制作的支撐桿上，然后將支撐桿插入土中0.5～0.8m，藥包露出坑底以上0.3～0.4m；懸掛式則將藥包懸掛在定位鋼絲網(wǎng)上，利用浮漂懸掛在水中。2．施工順序基坑開挖到預(yù)定深度后，向坑中浸水，使土層飽和，再將水疏干以設(shè)置炸藥包；再次注水浸沒炸藥到一定深度后，同時起爆各藥包，充水深度一般為1．5～1．9m。藥包以上水層厚度應(yīng)超過水墊層厚度(最好不小于1m)，應(yīng)滿足下式：（12-41）3．爆炸參數(shù)水中爆炸消除黃土濕陷性的爆破參數(shù)可按表12—13選取。前蘇聯(lián)某工程曾在面積為100m×100m的場地上對濕陷性黃土地基進行處理，采用預(yù)浸水法。土的自重濕陷量達到2m。但表層土仍有一定濕陷性，在0.1MPa壓力下的濕陷性系數(shù)達到0.07，后采用水中爆炸加密淺層黃土，爆炸前重新浸水3d，將藥包懸掛在網(wǎng)隔尺寸為lm×lm的金屬網(wǎng)上，距坑底高度0.5m，經(jīng)處理后，2m以內(nèi)的土層在().2MPa壓力下的濕陷性完全消除。前蘇聯(lián)在某取水結(jié)構(gòu)物濕陷性黃土地基上，圍成基坑面積17.5m×10.5m，進行較長時間浸水，在爆炸前一天，將水疏干，然后在距坑底1m高處設(shè)置間隔尺寸為lm×ln1的鋼筋網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)交義點鄙綁上0.8kg重的炸藥包，共180個藥包，總重144kg，再向基坑中充水，水墊層厚lm。藥包以上水深0.7～1.0m。爆炸后，坑底濕陷量25～30cm，在基坑周圍形成濕陷裂縫，并測得4.5m處深標(biāo)點的濕陷量為3．8cm，證明土層爆破松動厚度超過4.5m。試驗結(jié)果表明上部2m厚黃土層濕陷性已完全消除，在0.15MPa壓力下的濕陷系數(shù)為0.002～0.006，土的孔隙率減少到39％～44％。四、爆破法排淤在拋石體前方下部的淤泥中埋設(shè)藥包，依藥包爆炸的能量將淤泥排開，拋石體在爆炸和自重作用下，向前方或下方沉移。繼續(xù)堆石、爆炸，則在計劃的范圍內(nèi)堆筑成較為密實、底部落在硬土層或基巖的一座堆石基礎(chǔ)。這種方法稱為排淤填石。圖12—20所示是爆炸排淤填石的一個典型過程。n為欲使上部堆石體均勻下沉，則在堆石體底部的淤泥中設(shè)置藥包，爆后情況如圖6所示。在6的情況下，欲使堆體繼續(xù)向外擴大，則水上繼續(xù)堆石，在外側(cè)前下方淤泥中設(shè)置藥包，爆破后的情況如圖c所示。在c的情況下，欲使內(nèi)側(cè)擴大、外側(cè)擴大并壓實，則內(nèi)側(cè)設(shè)置排淤藥包、外側(cè)設(shè)置非接觸壓實藥包，爆后如圖d所示。(一)下填爆破法先將所需填料鋪設(shè)在沼澤地上面，然后通過套管裝入炸藥，爆破位于填料下面的淤泥。此法一次可以處理淤泥厚度為3～5m，寬度不超過18m。既可以一次處理整個地基，也可以分區(qū)段爆破(每段長30～60m)，對較深的淤泥，要重復(fù)多次(見圖12—21)。施工時，首先在淤泥上填筑透水土料(粗礫、塊石)，如果淤泥土表層有硬殼土，必須沿填土中心線挖開，形成一條寬1．5～3m的溝(見圖12—22a)；填土后，土堤沉入地基中一定深度(見圖12—22b)，此時，填土露出地面高度應(yīng)不小于1m；通過填土鉆孔，埋入直徑38～127m／n套管，通過套管將炸藥埋在淤泥土底部，先起爆兩側(cè)輔助藥包，再起爆中央主藥包，淤泥土即被擠到兩側(cè)(見圖12—22c)；再填土直到設(shè)計高度。(二)堤頭炸穴擠淤法如果填筑材料為塊石，通過塊石鉆孔比較困難，則采用堤頭炸穴方法。填方沿軸線逐步挺進，在填方前的淤泥地基上，先用砂土填筑一個厚30～60cnl工作平臺，在平臺上鉆孔放置炸藥(見圖12—23a)，然后在爆破孔上填土，填完后爆破，填土沉落將淤泥擠開(見圖12—23b)。(三)卸栽擠淤法在已鋪設(shè)填料的一側(cè)鉆孔，爆破拋擲填料下部的淤泥，以解除堤外淤泥側(cè)壓力，依靠填土自重擠出淤泥，此法主要用于加寬堤面。(四)土填高度與步距采用上述方法排淤、擠淤時，爆破前淤泥上部應(yīng)有一定填土高度，不致于爆破后全部填料沉入淤泥中；也不應(yīng)填土過高，造成堤面滑坡。一般取不大于淤泥厚度兩倍，且滿足表12—14。采用堤頭炸穴卸截法擠淤時，每次填土長度（步距）為： h——淤泥深度，m。(五)裝藥量及孔距采用卸載爆破時，每孔裝藥量（12-43）式中Q——裝藥量，kg；L——鉆孔長度，m；K——單位耗藥量系數(shù)(見表12一15)。裝藥長度控制為孔深度的l／2，并由此確定孔徑。下填法及堤頭炸穴擠淤爆破，裝藥量按下式計算：式中K——單位耗藥量系數(shù)，見表12—15。炮孔間距按下式計算：式中C——系數(shù)，見表12一14。下填擠淤采用孑L距及裝藥量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表12—16。五、爆擴砂樁固結(jié)淤泥淤積加速固結(jié)可通過爆破產(chǎn)生的砂樁來實現(xiàn)，有效深度可達7～14m，沉陷量可達淤泥厚度的6％～10％。施工時，先在淤泥層上鋪設(shè)砂層，并使其處于水飽和狀態(tài)，然后在通過砂層及淤泥層的鉆孔內(nèi)放炸藥。爆炸時產(chǎn)生的沖擊波使土壤骨架應(yīng)力突然增加，土壤中孔隙水出現(xiàn)高壓。上面鋪設(shè)的飽和砂在爆破瞬間處于液化流動狀態(tài)，充填淤泥中的爆破漏斗，形成砂樁(見圖12—24)，砂樁起排水作用，進一步加速淤積固結(jié)。砂樁用藥量按下式計算：式中——每米爆破孔所需炸藥量，kg／m；——炸藥特性值，銨梯炸藥為1．17～1．4；——土壤特性值；液態(tài)淤泥為0．7～1．5，軟塑性粘土為1．5～2．5；——爆炸后砂樁直徑，m。法國格但斯克海洋學(xué)院曾采用孔距5m的方格網(wǎng)布置形式進行爆擴砂樁實驗，孔內(nèi)采用質(zhì)量分別為26kg、36kg、46kg的片狀TNT延長藥包，藥包上端高出淤泥層頂部1～2.5m，下端比淤泥層底加深O.5m，爆破后土壤表面沉陷平均值0.467～0.688m，淤泥層上面的砂層厚度減薄值為4.4cm，密度區(qū)半徑約為爆擴后砂樁直徑的3～3.6倍。六、處理地基及土壩集中滲漏爆破技術(shù)當(dāng)采用爆破法處理地基或土壩、堤防集中滲漏時，在壩體防滲軸線附近沿滲漏范圍挖一深坑，深坑尺寸應(yīng)便于施工，坑壁能維持施工期穩(wěn)定，坑底放置藥包后，拋入粘土蓋住藥包。粘土被深坑內(nèi)積水飽和崩解。藥包爆炸后，粘土漿及附近地基土被強大爆炸力帶進滲漏處，堵塞孔洞，周圍地基土得到壓實，提高防滲性能，然后迅速向坑內(nèi)拋入粘土并夯實。裝藥量可以根據(jù)埋入式藥包爆炸時，土壤變形能等于爆炸總能量的原理，導(dǎo)出土中爆炸壓縮區(qū)邊界半徑Rc的計算公式求出式中——壓縮區(qū)邊界半徑，m；——單位質(zhì)量的炸藥能量×10J／kg；——炸藥質(zhì)量，kg；-----層變形模量，對被水飽和的粘土為10MPa；——土層的泊松比，對于飽和土，盧=0．4。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并簡化得式中RC——壓縮區(qū)邊界半徑，m。某電站土石圍堰，由于防滲體內(nèi)凍土在春季氣溫回升時融解，造成集中滲漏，僅4h便淹沒整個施工基坑。經(jīng)多種方法處理無效后，決定采用爆破方法處理。在滲漏處挖_r兩個深2.5m、寬3m、長4m的土坑，坑底放置6kg銨梯炸藥及2個雷管，再用粘土覆蓋住。起爆后，土坑內(nèi)粘土呈泥漿狀，迅速向土坑內(nèi)投入草袋土，直到出水面后，再填筑散土并夯實。處理后，整個圍堰滲水量僅100m3／h。思考題l什么叫聚能裝藥?聚能爆破作用的原理是什么?2定向斷裂控制爆破與光面爆破機理有何區(qū)別?工藝有什么不同?3、在石材開采中，一般采用哪幾種爆破材料?為什么?4、爆破疏通一般用在何種場合?它的優(yōu)點