專利名稱：空氣彈簧減振爆破施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于基坑土石方爆破的空氣彈 簧減振爆破施工方法。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源的利用率也在不斷提高，系統(tǒng)規(guī)劃 實(shí)現(xiàn)多功能綜合配套的大型建筑逐步成為城市建設(shè)的主流，這必然涉及城市 高密度建筑群中的深基坑開(kāi)挖工程。我國(guó)現(xiàn)目前的工程技術(shù)，對(duì)于大量的巖 石基坑開(kāi)挖工藝仍以爆破為主，特別是在施工場(chǎng)地狹窄，處于商業(yè)繁華地段 的建筑群落而言，基坑開(kāi)挖造成的振動(dòng)、噪聲等對(duì)周邊環(huán)境影響很大。因此， 提高復(fù)雜環(huán)境條件下巖土爆破的安全性、可控性和可行性十分迫切。
現(xiàn)目前深基坑開(kāi)挖主要采用爆破和機(jī)械挖掘相結(jié)合的方法，機(jī)械挖掘用 于較松軟的土層和與建筑物距離較近無(wú)法爆破的地段，由于機(jī)械挖掘的成本 太高，產(chǎn)生的噪聲污染嚴(yán)重，而且挖掘巖石的難度太大，因此爆破還是基坑 開(kāi)挖的主要手段。現(xiàn)目前進(jìn)行爆破時(shí)，先在設(shè)計(jì)好的孔點(diǎn)進(jìn)行鉆孔，其鉆孔 深度根據(jù)巖石的密度、硬度而定，然后分別在炮孔內(nèi)直接填裝炸藥，并用土 石進(jìn)行填塞。爆破時(shí)，由于炸藥產(chǎn)生的瞬時(shí)壓強(qiáng)很大，沖擊力很強(qiáng)，能量直 接通過(guò)巖石傳導(dǎo)，造成周圍地面和建筑強(qiáng)烈振動(dòng)，特別是在建筑密集區(qū)域內(nèi)， 產(chǎn)生的振動(dòng)給建筑物帶來(lái)安全隱患。爆破的部分能量轉(zhuǎn)化為振動(dòng)沖擊波后， 其對(duì)巖石的破巖應(yīng)力波的能量反而降低，對(duì)巖石的破壞能力下降，從而不能達(dá)到預(yù)期的爆破效果，如果增加炸藥的藥量，爆破所產(chǎn)生的振動(dòng)也同時(shí)大幅 度增加，對(duì)建筑物的安全影響太大，而且爆破所產(chǎn)生的飛石、粉塵以及噪聲 污染等也隨著炸藥的藥量增加而增大，對(duì)周圍環(huán)境的影響非常嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種峰值振動(dòng)小、安 全性高，而且能量利用率高、破壞力強(qiáng)，能夠有效控制爆破范圍，降低環(huán)境 污染的空氣彈簧減振爆破施工方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是空氣彈簧減振爆破施工方法，在劃分的爆破區(qū)域 內(nèi)設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)路，在確定的炮孔點(diǎn)鉆孔并填充炸藥；各炮孔填充 炸藥包括如下步驟
1) 在孔底預(yù)留孔底空氣腔，孔底空氣腔是由孔底設(shè)置的第一支撐體的內(nèi) 部空腔形成，第一支撐體為空心管狀結(jié)構(gòu)且兩端開(kāi)口；
2) 在孔底空氣腔的上端依次安裝起爆體和炸藥，起爆體通過(guò)引線與外部 起爆裝置連接；
3) 在炸藥的上端設(shè)置孔頂空氣腔，孔頂空氣腔通過(guò)第二支撐體的內(nèi)部空 腔形成；
4) 往炮孔內(nèi)填裝堵塞材料，堵塞材料用于填充支撐體和炸藥的周圍空隙 并將炮孔填滿。
本發(fā)明的原理是利用空氣腔較大的能量存儲(chǔ)功能，吸收沖擊、消除脈動(dòng) 和回收能量。炮孔內(nèi)藥柱爆炸時(shí)，孔底、孔頂?shù)目諝庵辗逯禌_擊能量， 轉(zhuǎn)換為平滑過(guò)渡的均衡壓縮能，從而提高能量利用率，降低峰值振動(dòng)。設(shè)定 裝入炮孔中的炸藥為性質(zhì)相同、密度均勻且連續(xù)分布，則炸藥爆炸時(shí)的脈動(dòng)初始?jí)毫捅ㄗ饔脮r(shí)間可用下式計(jì)算:<formula>formula see original document page 5</formula>式中/^一爆轟脈動(dòng)初始?jí)毫Γ?br> 《一爆轟產(chǎn)物等熵系數(shù)，《=3; P。一炸藥密度；
炸藥爆速； /—爆破沖量； Z。一空氣柱長(zhǎng)； ~—裝藥長(zhǎng)度。 當(dāng)空氣柱長(zhǎng)度分別為"-A、 L^時(shí)，由前面公式可得
<formula>formula see original document page 5</formula>
于是可以得出，當(dāng)炮孔中設(shè)置空氣腔時(shí)，孔內(nèi)藥柱爆后的脈動(dòng)峰值壓力降低， 同時(shí)，爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波對(duì)巖石的作用時(shí)間被延長(zhǎng)。
進(jìn)一步的技術(shù)特征，所述上、下支撐體均是由竹管、紙筒或PVC管的任
意一種構(gòu)成。
所述上、下空氣腔的直徑相同，且下端空氣腔的長(zhǎng)度大于上端空氣腔的 長(zhǎng)度。
所述上、下空氣腔的長(zhǎng)度之和不大于藥柱長(zhǎng)度的40%。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
1、減弱了振動(dòng)峰值，安全性能大幅度提高，在孔內(nèi)藥柱爆轟后的初始階段，爆壓迅速向空氣腔卸荷，從而降低了初始爆壓，減弱了爆轟的沖擊作用， 對(duì)周邊巖體的峰值振動(dòng)明顯降低，減少了飛石的產(chǎn)生，解決了在建筑密集地 段頻繁爆破對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力積累，使周邊建筑結(jié)構(gòu)不受爆破帶來(lái) 的劇烈振動(dòng)影響。
2、 改善了爆破效果，提高了能量利用率、破壞力加強(qiáng)，在孔內(nèi)藥柱爆炸
時(shí)，隨著爆壓的下降，減小了孔壁巖石粉碎圈體積，從而破巖應(yīng)力波能量加 強(qiáng)，作用范圍增大，爆炸能量轉(zhuǎn)換為破巖的利用率提高，部分能量被空腔內(nèi) 的空氣柱蓄儲(chǔ)，并伴隨直接作用在巖體上的主壓縮波連續(xù)釋放，壓縮空氣柱 繼續(xù)釋放能量，形成了爆轟沖擊和氣壓破環(huán)兩段動(dòng)態(tài)破巖組合，增加了對(duì)巖 石的破壞作用時(shí)間和脈動(dòng)周期，使爆轟波和應(yīng)力波創(chuàng)造的裂隙，在高壓氣體 劈裂作用下進(jìn)一步擴(kuò)展。
3、 能夠有效控制爆破范圍，提高爆破精度，其爆破范圍與建筑物支護(hù)安 全距離可達(dá)到2000mm以內(nèi)，進(jìn)而提高爆破效率，減少挖掘成本，并且降低 了環(huán)境污染，對(duì)于減少粉塵、降低噪聲、減少水污染也有突出作用，取得了 良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明的炮孔安裝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的施工工藝流程圖； 圖3為本發(fā)明的爆破網(wǎng)路的示意圖。
圖1中，l一孔底空氣腔，2—第一支撐體，3—起爆體，4一炸藥，5—孔 頂空氣腔，6—第二支撐體，7—堵塞材料。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的空氣彈簧減振爆破施工方法適用于城市密集地區(qū)的巖土爆破、爆區(qū)周邊保護(hù)設(shè)施要求嚴(yán)格的各種巖土爆破、大型混凝土塊體的局部切割爆破以及大型巖土爆破場(chǎng)合。
本發(fā)明的施工方法是在劃分的爆破區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)路，在確定的炮孔點(diǎn)鉆孔并填充炸藥；如圖1所示，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，在給炮孔裝藥時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行操作
1) 檢查布孔符合設(shè)計(jì)要求后，在孔底預(yù)留300mm 500mm的孔底空氣腔1，孔底空氣腔1是由孔底設(shè)置的第一支撐體2的內(nèi)部空腔形成，第一支撐體2為空心管狀結(jié)構(gòu)且兩端開(kāi)口；
2) 按照設(shè)計(jì)要求，在孔底空氣腔l的上端開(kāi)口處依次安裝起爆體3和炸藥4，起爆體3通過(guò)引線與外部起爆裝置連接；
3) 在炸藥4的上端設(shè)置300mm 500mm孔頂空氣腔5，孔頂空氣腔5通過(guò)第二支撐體6的內(nèi)部空腔形成，第二支撐體6與第一支撐體2結(jié)構(gòu)相同；
4) 往炮孔內(nèi)填裝堵塞材料7，堵塞材料7用于填充支撐體和炸藥的周圍空隙并將炮孔填滿。堵塞材料7使用現(xiàn)場(chǎng)采集的土石，在堵塞時(shí)應(yīng)保證堵塞質(zhì)量，特別是在孔頂空氣腔5的上端開(kāi)口處先用大于空氣腔直徑的石塊堵住開(kāi)口，再填裝堵塞材料，防止空氣腔被堵塞。
所述支撐體2、 6是由竹管、紙筒或PVC管的任意一種構(gòu)成。為控制工程質(zhì)量，在布孔時(shí)一定要精準(zhǔn)，選用的支撐體應(yīng)一致，以確?？諝馇?、 5的直徑相同，上、下空氣腔的總長(zhǎng)度應(yīng)控制在藥柱總長(zhǎng)度(即上、下空氣腔與中間起爆體和炸藥長(zhǎng)度之和)的40%，且孔底空氣腔l的長(zhǎng)度大于孔頂空氣腔5的長(zhǎng)度，空氣腔l、 5的具體長(zhǎng)度值可以根據(jù)巖石的性質(zhì)、振動(dòng)和飛石的控制需求作出調(diào)整。炮孔內(nèi)填充的炸藥量需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，不能隨意增加或減少，而且對(duì)炮孔的堵塞也要求保證質(zhì)量，以達(dá)到能量均衡和防止飛石的作用。
在施工時(shí)，具體流程如圖2所示，其操作步驟如下-
1、 施工準(zhǔn)備階段完成以下操作
1) 完成三通一平、圍護(hù)、警戒等工作；
2) 配備相應(yīng)的機(jī)具，選擇火工產(chǎn)品，城區(qū)內(nèi)應(yīng)選用非電起爆系統(tǒng)，以確保安全；
3) 配備爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。
2、 對(duì)爆區(qū)進(jìn)行劃分和編序
根據(jù)地形、巖層走向及周邊環(huán)境合理劃分爆區(qū)，確定爆破時(shí)的主振方向與最重要的保護(hù)區(qū)相互垂直，在主振方向設(shè)置臨空面，利用控制爆破主振方向與弱振方向量級(jí)分配技術(shù)，逐區(qū)依序開(kāi)挖，能夠有效減弱、阻隔振動(dòng)能量的傳遞。
3、 根據(jù)劃分的爆區(qū)設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)路
1 )根據(jù)巖石的物理特性確定爆破單耗，通常特堅(jiān)石單耗q=0.6 0.8 kg/m3，堅(jiān)石單耗q-0.5 0.6kg/m3，普?qǐng)?jiān)石單耗q=0.3 0.5 kg/m3，巖石的具體單耗值
可通過(guò)試爆來(lái)確定；
2) 根據(jù)確定的單耗設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)，預(yù)裂爆破孔、光面爆破孔網(wǎng)參數(shù)應(yīng)根據(jù)爆源距保護(hù)建筑的距離由專業(yè)技術(shù)人員分析、計(jì)算確定；
3) 根據(jù)巖石特點(diǎn)以及周邊環(huán)境的要求確定最大單段藥量計(jì)算公式為e =
式中
Q——最大單段藥量，單位kg;R~~爆源與保護(hù)點(diǎn)的距離，單位m;V——保護(hù)點(diǎn)許用地表質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，單位cm/s;K、"——與地質(zhì)、地形有關(guān)的系數(shù)?？筛鶕?jù)巖石特性初選，經(jīng)
過(guò)試爆、監(jiān)測(cè)分析計(jì)算，確定當(dāng)?shù)剡m用值；
4)根據(jù)最大單段藥量，完成起爆網(wǎng)路的設(shè)計(jì)工作。
4、 鉆孔及試爆
1) 鉆少量孔，選擇己有臨空面的地形，同樣按布置空氣腔工藝布藥，孔網(wǎng)參數(shù)按設(shè)計(jì)要求，裝藥完成后，按對(duì)數(shù)規(guī)律測(cè)距布點(diǎn)，并布置監(jiān)測(cè)設(shè)備，
爆后分析回歸計(jì)算K和"的值。
2) 用監(jiān)測(cè)分析計(jì)算出的K、"值，進(jìn)一步完善孔網(wǎng)參數(shù)，修改藥量分布
與分配。
3) 如圖3所示，按設(shè)計(jì)方案，依區(qū)布孔。
5、 按照如前所述給炮孔裝藥，并且在邊壁設(shè)置的預(yù)裂孔和光面孔同樣設(shè)置上、下空氣腔，并將預(yù)制好的不藕合藥體裝入預(yù)裂孔和光面孔內(nèi)，按設(shè)計(jì)要求完成堵塞。起爆體各段的雷管應(yīng)安裝正確，隨裝隨檢，采用毫秒微差控制爆破技術(shù)完成網(wǎng)路參數(shù)設(shè)計(jì)。
6、 完成聯(lián)網(wǎng)、防護(hù)后，布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備。起爆后，及時(shí)處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析總結(jié)，控制最大噪聲小于85dB。
7、 檢查爆破現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)盲炮等安全隱患，檢查爆破對(duì)周邊環(huán)境的影響程度和范圍，檢査爆后邊壁情況，總結(jié)分析完善后續(xù)爆破。8、依次對(duì)劃分區(qū)域進(jìn)行爆破，所有劃分區(qū)域爆破完成后進(jìn)行清渣、護(hù)壁處理。
在爆破工程中，還必須對(duì)粉塵、噪聲以及污水進(jìn)行控制和處理。鉆孔時(shí)，應(yīng)在鉆機(jī)上裝設(shè)巖粉收集裝置，減少粉塵對(duì)周邊環(huán)境的影響。對(duì)于含水的炮孔，應(yīng)選用乳化炸藥，以提高炸藥利用率，減少爆破炮煙的產(chǎn)生量。在待爆破區(qū)域的表面覆蓋纖維物質(zhì)，比如棕墊、排柵、麻包等，爆破的同時(shí)對(duì)爆區(qū)進(jìn)行高壓灑水。選擇合理的時(shí)段，安排易產(chǎn)生強(qiáng)噪聲的作業(yè)工序，以減少噪聲給人們生活帶來(lái)的影響。爆破作業(yè)過(guò)程中，地下水、雨水、降塵以及灑水會(huì)造成泥漿等流體污染物流出工地污染環(huán)境，特別是在運(yùn)渣過(guò)程中還會(huì)造成二次污染，應(yīng)在工地內(nèi)設(shè)置多個(gè)隔砂池，將泥漿導(dǎo)入，經(jīng)沉淀后再將清水排入城市排水管，同時(shí)配合相應(yīng)的運(yùn)輸車輛進(jìn)行環(huán)衛(wèi)清潔措施。
本發(fā)明較好地解決了城市高密集地區(qū)建筑群落中深基坑開(kāi)挖精細(xì)控制爆破的難題，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖工藝規(guī)范、安全、高效和高質(zhì)量的綜合目標(biāo)，推動(dòng)了城市控制爆破的精細(xì)化，解決了爆破"擾民"的長(zhǎng)期問(wèn)題。
最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管申請(qǐng)人參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、空氣彈簧減振爆破施工方法，在劃分的爆破區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)路，在確定的各炮孔點(diǎn)鉆孔并填充炸藥；其特征在于，各炮孔填充炸藥包括如下步驟1)在炮孔底部預(yù)留孔底空氣腔(1)，所述孔底空氣腔(1)由孔底設(shè)置的第一支撐體(2)的內(nèi)部空腔形成，第一支撐體(2)為空心管狀結(jié)構(gòu)且兩端開(kāi)口；2)在孔底空氣腔(1)的上端依次安裝起爆體(3)和炸藥(4)，起爆體(3)通過(guò)引線與外部起爆裝置連接；3)在炸藥(4)的上端設(shè)置孔頂空氣腔(5)，孔頂空氣腔(5)通過(guò)第二支撐體(6)的內(nèi)部空腔形成，第二支撐體(6)與第一支撐體(2)結(jié)構(gòu)相同；4)往炮孔內(nèi)填裝堵塞材料(7)，堵塞材料(7)用于填充支撐體和炸藥的周圍空隙并將炮孔填滿。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣彈簧減振爆破施工方法，其特征在于，所 述第一、二支撐體(2、 6)是由竹管、紙筒或PVC管的任意一種構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣彈簧減振爆破施工方法，其特征在于，所 述孔底空氣腔(1)、孔頂空氣腔(5)的直徑相同，且孔底空氣腔(1)的長(zhǎng) 度大于孔頂空氣腔(5)的長(zhǎng)度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的空氣彈簧減振爆破施工方法，其特征在于， 所述孔底空氣腔(1)、孔頂空氣腔(5)的長(zhǎng)度之和小于藥柱長(zhǎng)度的40%。
全文摘要
空氣彈簧減振爆破施工方法，在劃分的爆破區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)路，在確定的炮孔點(diǎn)鉆孔并填充炸藥；在給炮孔裝藥時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行操作1)在孔底預(yù)留空氣腔，空氣腔是由孔底設(shè)置的支撐體的內(nèi)部空腔形成，支撐體為空心管狀結(jié)構(gòu)且兩端開(kāi)口；2)在孔底空氣腔的上端開(kāi)口處依次安裝起爆體和炸藥，起爆體通過(guò)引線與外部起爆裝置連接；3)在炸藥的上端再設(shè)置空氣腔，空氣腔通過(guò)支撐體的內(nèi)部空腔形成；4)往炮孔內(nèi)填裝堵塞材料，堵塞材料用于填充支撐體和炸藥的周圍空隙并將炮孔填滿。本發(fā)明的施工方法爆破時(shí)峰值振動(dòng)小、安全性高，而且破壞力強(qiáng)，能量利用率高，能夠有效控制爆破范圍，降低環(huán)境污染。
文檔編號(hào)E02D17/02GK101672613SQ20091019101
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者周永紅, 彭小毛, 施富強(qiáng), 堅(jiān) 王 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑第五工程局有限公司;西南交通大學(xué)工程爆破研究所