深埋地下厂房开挖程序及轮廓爆破方式比选研究

 合理的开挖程序和轮廓爆破方式是深埋地下厂房施工中的关键技术之一。首先总结并综合分析我国已建和在建的主要大型水电工程地下厂房的岩体开挖程序与轮廓爆破方式。在考虑岩体初始应力场和邻近炮孔的联合影响基础上,基于爆炸气体驱动的轮廓爆破裂缝扩展过程分析,论证了高地应力区强约束条件下预裂爆破形成裂缝的可能性。研究表明,地应力是影响预裂爆破形成裂缝的主要因素,当垂直于厂房轴线的水平向岩体应力超过10～12 MPa时,一般不应采用先预裂、再扩挖的开挖程序,而宜选用先拉槽、再预裂或光面爆破的开挖程序。     

谈光面爆破施工中的技术问题及相应措施

光面爆破是沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区爆破后起爆,以形成平整轮廓面的爆破施工技术。目前,光面爆破已经被广泛应用到各类掘进施工及边坡防护中,对光面爆破施工中的技术性问题及相关解决措施展进行分析与探究,对提高施工安全性、经济性、可靠性具有重要意义。     

谈光面爆破施工中的技术问题及相应措施

光面爆破是沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区爆破后起爆,以形成平整轮廓面的爆破施工技术。目前,光面爆破已经被广泛应用到各类掘进施工及边坡防护中,对光面爆破施工中的技术性问题及相关解决措施展进行分析与探究,对提高施工安全性、经济性、可靠性具有重要意义。     

基于爆破损伤的岩台保护层开挖爆破参数研究

  摘要：在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的爆破损伤效应及其主要影响因素,并导出爆破参数计算公式。对主厂房内分布较广且初始损伤程度不同的2类岩体,分别给出相应的开挖爆破参数。通过现场爆破试验、爆破振动速度测试以及钻孔声波测试,验证爆破参数的合理性以及完善爆破参数设计。研究结果表明：爆破参数设计需要考虑岩体初始损伤的影响。考虑损伤效应后,岩台保护层开挖的炮孔密集系数小于普通光面爆破参数设计值;岩体初始损伤程度较大时,应增加光爆孔的装药不耦合系数和减小炮孔密集系数;岩台开挖爆破影响深度和爆破地震效应均满足安全控制要求,爆破参数设计合理。研究成果可为同类工程提供借鉴。     

节理发育泥岩地区边坡光爆损伤范围预测技术

光爆损伤范围的预测是爆破领域研究的重要课题,提出了节理发育泥岩边坡光面爆破岩体损伤范围的预测方法;针对节理发育泥岩边坡两次光爆试验中取得的爆破效果与爆破震动实测资料,采用对比分析方法总结了不同的爆破参数对泥岩边坡光爆的适用性.预测了两次光爆开挖后边坡轮廓线外部岩体的损伤范围,得出了节理发育泥岩边坡进行光面爆破的质点振动速度限值,并提出了提高节理发育泥岩地区光爆效果的措施.     

白鹤滩坝址柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值研究

白鹤滩水电站坝址处柱状节理玄武岩分布广泛,节理裂隙发育,爆破损伤控制是白鹤滩坝基开挖中的技术难题之一。结合白鹤滩水电站坝基保护层开挖,开展水平预裂爆破、水平光面爆破和竖直孔复合消能爆破条件下的现场爆破试验,基于不同爆破方式下爆前爆后岩体声波速度的对比检测数据以及坝基岩体钻孔内预埋速度传感器的振动测试结果,建立坝基岩体损伤程度与质点峰值振速的对应关系,提出与声波速度降低率相关的质点峰值振速安全阈值。现场试验结果表明:质点峰值振速安全阈值是岩体的固有性质,不受爆破方式和爆破参数的影响;在声波速度降低率为5%,10%和15%的条件下,对应的柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值可大致确定为50,65和90 cm/s。     

潜孔钻光面爆破技术在土建工程中的运用

光面爆破技术在岩体开挖施工中应用十分普遍,其中尤以准32钻孔光面爆破技术最为成熟,而潜孔钻光面爆破因其工作效率高而在高边坡开挖施工中运用的越来越广泛。分别从光爆孔间距确定、光爆层厚度设置、光爆孔深度确定、炸药用量及装药方法等方面介绍了潜孔钻光面爆破技术在高边坡开挖施工中的应用,为类似工程的实施提供了借鉴。     

核电站基岩爆破开挖损伤区研究

根据岭澳核电站二期工程基岩爆破现场进行的4组声波试验，并基于爆前爆后声波波速变化率确定的损伤门槛值得到了各次爆破岩体的损伤范围。研究结果表明，周围岩体在爆孔的装药区段深度范围内，损伤程度最大，而近地面和爆孔底部以下的岩体损伤则较小：距爆区越近，岩体损伤变量越大，爆孔底部以下的损伤深度也越大；爆破作用下岩体的损伤深度要小于水平方向的损伤范围，其比例大约为1：3；岩体的损伤范围随单孔药量增大的趋势咀显。     

工程爆破的控制

回顾了黑火药开创工程爆破的历史贡献,列举了工程爆破对保留岩体或围岩的破坏和损伤实例,评价了原有光面爆破预裂爆破等定向断裂控制优缺点。发明了定向卸压隔振爆破。由于此两种爆破方法的基本原理、应用范围和目的相同,可构成“工程控制爆破”的另一种爆破类型,它专门用于轮廓线炮孔爆破,使保留岩体避免破坏;减轻损伤和采矿分采爆破,降低贫化损失。对两种方法进行了特征比较和效果评价,列出了后一种方法的效果图片。     

预裂爆破震动效应试验研究

为研究预裂爆破震动效应,在山东石岛湾核电站基坑进行多次爆破和声波测试试验,得到场地爆破震动衰减规律和爆孔下卧基岩的损伤范围。试验结果表明,岩性相同时,基岩损伤深度随最大段药量的增加而线性增加,随质点峰值震动速度增加而呈指数增加;离爆源越近,岩体受损程度越大;预裂爆破对爆孔上部岩体影响较大。同时,在试验的基础上,建立距爆源30 m处质点峰值震动速度与对应爆破影响下卧基岩深度的函数关系,进而确定以质点峰值震动速度为参考指标的预裂爆破安全控制标准,并在基坑边坡爆破中验证该控制标准的有效性。     

岩体开挖过程中初始应力的动态卸荷效应研究

提出了边坡、地下洞室开挖施工过程中岩体初始应力动态卸荷的概念。以龙滩水电站地下厂房开挖为例，比较了爆破荷载和岩体初始应力动态卸荷对岩体的动态影响。计算结果表明：（1）在中高地应力区，岩体开挖过程中初始应力场的动态卸荷可能是引起岩体松动的重要因素之一；（2）虽然炮孔近区的损伤主要是由爆破荷载引起的，而远区的忪，力则可能由岩体初始应力的动态卸荷引起；（3）初始应力卸荷越快，其引起的松动范围越大。     

钻爆开挖条件下岩体临界破碎状态的损伤阈值统计研究

 研究岩体的临界破碎损伤阈值对于划分岩体的破碎状态和确定爆破岩体可开挖范围有重要意义。根据爆破作用过程和岩体破碎机制,分析钻爆条件下岩体的破碎状态,提出保留岩体与可开挖岩体的分界面处于一种临界破碎状态。基于岩体的声波特性和损伤理论,利用岩体损伤变量来表征岩体的破碎程度,并将岩体损伤分为初始损伤和爆破损伤。依托白鹤滩水电站工程项目,在坝肩爆破开挖区进行大量的声波测试试验,分析不同深度岩体的损伤状态,试验结果表明,爆后岩体临界破碎损伤变量在0.8左右。搜集国内外有关项目的声波实测数据,统计临界破碎状态岩体的损伤变量,并最终确定其损伤阈值为0.75～0.85。     

宁德核电站核岛基坑爆破开挖安全控制研究

 基坑在进行爆破开挖时,爆孔周围岩体必然会因爆炸作用而造成破坏,因此加强爆破开挖安全控制对于保障工程质量至关重要。以福建宁德核电站核岛基坑爆破开挖为依托,根据场地地质勘测资料,通过现场爆破振动试验获得场地爆破振动衰减规律,通过声波测试以及数值模型试验获得爆区损伤深度与距爆源30 m处质点峰值振动速度之间的函数关系,结合工程施工对基础爆破开挖损伤的要求确定30 m处爆破振动速度阈值,并通过后期全程监测验证控制参数的有效性。     

高应力软岩近距离巷道工程的掘进扰动与稳定性

针对高应力近距离巷道工程的开挖掘进及稳定性问题,进行了理论分析、数值计算及现场监测等一系列研究。首先,在某矿山深部巷道工程的地质与施工条件基础上,采用理论方法分析了掘进爆破扰动应力传播规律及其对邻近巷道或硐室围岩稳定性的影响,并给出了扰动波在岩体中的衰减方程。然后,根据相关理论,采用FLAC软件进行了一次爆破掘进长度和开挖工序等掘进方案的数值分析,结果表明：在动荷载（爆破掘进）作用下,由施工巷道开挖时所产生的变形会直接影响到邻近硐室或巷道周边岩体,应力释放区域较大；当一次爆破掘进长度较小时,由于整段巷道的扰动次数较多而会引起变形增大,但初始速度较小,则反之。最后,采用监测的方式,对施工巷道进行了开挖扰动分析,结果表明：相距为20 m左右的两条巷道,开挖爆破扰动程度较大区域在后掘巷道掘进工作面的前后10～20 m范围之内,而对本条巷道扰动程度较大范围一般距掘进工作面25 m左右；并按照扰动程度大小可分为破坏区、影响程度较大区和影响程度较小区,破坏区和影响区一般位于掘进面30 m以内。     

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

 结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明：锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6 cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3 m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2 cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。     

三峡工程临时船闸与升船机开挖中的爆破方案优化和爆破振动控制

 根据三峡工程临时船闸与升船机岩体开挖过程中的施工期安全监测的实践, 对与围岩爆破损伤影响范围有关的岩石基础开挖中的合理爆破方式与程序选择、岩质高边坡及中隔墩的爆破振动控制等几个与爆破开挖相关的主要问题作了概括性的介绍, 文中同时对一些值得进一步研究的问题作了讨论。     

浅埋隧道爆破开挖及其振动效应研究

 以密兴路火郎峪隧道工程出口段开挖为研究背景,进行隧道爆破开挖和地表振动监测试验研究。分析结果表明：(1) 沿隧道开挖方向,自成形隧道区向未开挖区,地表爆破振动速度逐渐降低;浅埋隧道爆破开挖振动波传播规律与其断面尺寸、隧道埋深、开挖方法以及围岩地质条件等有关。(2) 掏槽孔爆破振动控制是降低浅埋隧道振害的关键,使用多级小楔形掏槽能有效改善爆破振动效应与破岩效果。(3) 全面监控浅埋隧道掘进爆破振动效应,优化爆破参数,能有效控制爆破减振害,提高施工效率。     

岩石高边坡开挖爆破动力损伤的数值仿真

 实现高边坡爆破开挖损伤区的数值仿真对研究保留岩体的损伤控制有重要意义。基于采用经典爆破损伤模型表达拉伸损伤的方法,引入对压缩损伤的考虑,同时,修正岩体宏观弹性参数的确定方法,建立自定义拉压损伤定量计算模型,详细推导其建立的数学过程,并采用LS-DYNA用户自定义接口将其成功导入LS-DYNA。采用该模型对溪洛渡高边坡640 m高程马道下边坡保留岩体的爆破开挖损伤效应进行数值仿真,通过岩体声波测试得到的实测损伤区,验证模型的有效性。选取目前应用较为广泛的爆破损伤模型进行对比计算,计算结果表明：拉压损伤模型的计算值与损伤区实测结果有较好的一致性,且与常用的爆破损伤模型相比,拉压损伤模型的精确性略有提高。