一种适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法。

背景技术：
水利水电工程中水工建筑岩体的开挖质量直接关系到岩体结构和水工建筑物在施工期和运行期的变位和稳定性控制，是水利水电工程建设中的关键技术问题。近年来，大型水利水电工程的建设中心转向西南高山峡谷地区，而西南地区地质条件复杂，岩体风化较深、卸荷深度大，节理裂隙发育，给岩体爆破开挖工作带来了巨大挑战。如白鹤滩水电站的柱状节理玄武岩等在爆破荷载作用下易出现损伤和松动的岩体，技术人员需要提出一种更优化的爆破方式，以有效控制岩体损伤。现阶段控制岩体开挖质量的主要方法是采用轮廓爆破方法，但常规的轮廓爆破方法已很难适用于柱状节理等易出现损伤与松动的岩体。如何控制这类岩体的开挖质量以获得较好的开挖效果是目前急需解决的问题。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法，适用于水利水电、铁道、城市建设等工程领域的爆破开挖工程。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法，包括如下步骤：向轮廓爆破孔中装入炸药与起爆器材，装药段中仅在孔口处（装药段靠近堵塞段处的部位）和孔底处采用加强装药结构；然后灌入水泥浆，使水泥浆利用其自重对轮廓爆破孔及其周边的节理、裂隙进行填充，在水泥浆初凝前引爆炸药。所述的水泥浆，应满足如下配制要求：（1）一般采用标号不低于C32.5的普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥，用量不宜小于200kg/m3。（2）对水泥细度的要求为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%，一般水泥颗粒应小于裂隙宽度的1/3～1/5。（3）水灰比控制在0.35:1～5:1，水泥浆中添加缓凝剂使水泥浆的初凝时间控制在1～5小时。外加剂的掺量一般不超过水泥质量的5%。所述的炸药与起爆器材是将炸药以竹片或PVC塑料板等材料为支撑物与导爆索捆绑在一起，然后放置于炮孔中；装药段中，仅在孔口（装药段靠近堵塞段部位）和孔底处采用加强装药，其余位置不放置炸药，导爆索的长度和装药段长度相同。采用导爆索传爆来引爆装药段两端的炸药，且导爆索也产生了部分爆炸的能量，利用两端炸药和导爆索的能量进行爆破形成轮廓面。所述的适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法，具体包括如下步骤：（1）根据爆破设计要求，在待开挖爆区钻设轮廓爆破孔后，将炸药以竹片或PVC塑料板等材料为支撑物与导爆索捆绑在一起，向轮廓爆破孔内装药。装药段两端的孔口处和孔底处采用加强装药，导爆索的长度与装药段的长度相同，导爆管雷管位于装药段上端孔口处（装药段靠近堵塞段的孔口处），并与导爆索捆绑搭接。（2）利用注浆设备向孔内灌注入依据现场要求配制好的水泥浆，使水泥浆利用其自重对轮廓爆破孔及其周边的节理、裂隙进行填充。并用岩渣对炮孔进行堵塞，堵塞长度依爆破设计要求。（3）按照爆破网络设计要求用导爆管连接各导爆管雷管并确认起爆网络安全。在水泥浆初凝前，通过导爆管雷管引爆炸药。爆破完成后观察、探测轮廓孔的损伤情况。本发明的原理是，钻孔后，将炸药用竹片、PVC塑料板等材料为支撑物固定，与导爆索捆绑在一起放入孔中，仅在装药段孔口和孔底处采用加强装药。将炸药放置好后，利用注浆设备将配制好的水泥浆灌注入轮廓爆破孔中，使水泥浆在自重作用下充填满轮廓爆破孔及其周围的节理、裂隙。用现场采集的岩渣作为堵塞材料置于堵塞段，导爆索不穿过堵塞段。在水泥浆初凝前，采用雷管引爆孔内的导爆索，导爆索继而引爆位于孔口和孔底的炸药。本发明将传统的空气或水等耦合介质以水泥浆代替，水泥浆可充填炮孔及其周围岩体的节理裂隙，硬化后可提高岩体的强度与整体性。在巨大的爆炸冲击压力作用下，水泥浆的压缩性相对较小，爆生气体的膨胀速度较慢，作用时间增长，从而使爆炸荷载比较平缓而均匀的作用在周围的孔壁上，在节理发育岩体中得到较好的轮廓爆破效果，并降低爆破损伤效应。同时，可提高炸药的能量利用率，有效减少爆破器材和炸药的消耗，降低爆破费用。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、利用水泥浆的自重灌浆作用，使得节理发育岩体中的细微节理裂隙被充填，使得节理发育岩体的强度与整体性得以提高。2、轮廓爆破孔中充填的水泥浆作为耦合介质，较传统的水、空气来说，在巨大爆炸冲击力下，压缩性较小，有效延长爆生气体的作用时间，提高炸药利用率，如此可以减少装药消耗，降低工程造价。3、水泥浆的灌注设备与工艺简单、材料成本低廉，易于获取。4、导爆索全段均在孔内，采用雷管引爆轮廓爆破孔内炸药和导爆索，更加安全可靠。5、仅在装药段孔口和孔底处加强装药，利用导爆索和两端炸药的能量进行爆破从而形成轮廓面，该种装药结构大大节省了炸药用量，降低了工程造价。附图说明图1为本发明轮廓爆破孔整体结构示意图；图2为保护层开挖钻孔布置图；图3为图2中A-A向剖面图；图中，1为导爆管，2为岩渣，3为导爆管雷管，4为加强装药段，5为导爆索与竹片，6为水泥浆，7为堵塞段，8为装药段，9为主爆孔，10为缓冲孔，11为轮廓爆破孔，α为岩石基础倾角。具体实施方式下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的描述。本发明轮廓爆破孔整体结构示意图如图1所示，分为堵塞段7和装药段8两部分。炸药以竹片为支撑物与导爆索捆绑在一起放置于炮孔中，导爆索的长度和装药段的长度相同，图1中，5为导爆索与竹片，4为加强装药段。位于装药段上端孔口处的导爆管雷管3与导爆索捆绑搭接，导爆管1的一端与导爆管雷管3连接、另一端露出孔外并与其他轮廓爆破孔的导爆管连接。装药段8灌注水泥浆6，堵塞段7用岩渣2对进行堵塞。本发明适用于节理发育岩体的轮廓爆破方法，具体包括如下步骤：（1）根据爆破设计要求，在待开挖爆区钻设轮廓爆破孔后，将炸药以竹片或PVC塑料板等材料为支撑物与导爆索捆绑在一起，向轮廓爆破孔内装药。装药段两端的孔口和孔底处采用加强装药，导爆索的长度与装药段的长度相同，导爆管雷管位于装药段上端孔口处，并与导爆索捆绑搭接。（2）利用注浆设备向孔内灌注入依据现场要求配制好的水泥浆，使水泥浆利用其自重对轮廓爆破孔及其周边的节理、裂隙进行填充。并用岩渣对炮孔进行堵塞，堵塞长度依爆破设计要求。（3）按照爆破网络设计要求用导爆管连接各导爆管雷管并确认起爆网络安全。在水泥浆初凝前，通过导爆管雷管引爆炸药。爆破完成后观察、探测轮廓孔的损伤情况。实施例1某水利水电工程高拱坝岩石基础保护层开挖工程，由于基础岩体属于柱状节理岩体，常规轮廓爆破爆破振动大，爆破损伤范围大，爆破后柱状节理面松动范围大。故考虑用本发明的轮廓爆破技术以保证开挖质量，根据要求，轮廓爆破方式选用预裂爆破方案。保护层采用深孔台阶爆破，保护层开挖钻孔布置如图2和3所示，台阶高度8m，岩石基础倾角α=65º，保护层厚度为5m，预裂孔11（轮廓爆破孔）钻孔深度为8.8m，主爆孔9与缓冲孔10需超钻0.3m，为9.1m。预裂孔11间距0.8～0.9m，抵抗线为1m。缓冲孔10间距1.8m，抵抗线为1.5m。主爆孔9间距为3m，抵抗线为2.5m。钻孔直径为90mm，主爆孔炸药药卷直径70mm，缓冲孔炸药药卷直径50mm，预裂孔的炸药药卷直径为32mm，每节药卷长20cm，重150g。主爆孔9、缓冲孔10和轮廓爆破孔11的倾斜角度与岩石基础倾角α一致。具体步骤如下：1、钻孔：根据爆破设计要求，测量放样钻孔点位后钻设爆破孔，钻孔完成后要做好验孔工作。孔深不足的要补钻到设计高程，超深的炮孔要做填砂处理。2、装药：主爆孔和缓冲孔装药采用常规梯段装药结构，炸药沿炮孔轴线均匀分布。对于预裂孔，分别将3卷炸药串联置于装药段孔口和孔底处，和导爆索并联绑接于竹片上。靠近孔口的一段导爆索与两发1段导爆管雷管捆绑搭接，再用导爆管与导爆管雷管连接，导爆管的另一端延伸出孔外。3、灌注水泥浆：将炸药放置于炮孔后，利用注浆设备向钻设好的预裂孔内注入现场拌制好的水泥浆，使水泥浆利用其自重对预裂孔及其周边的节理、裂隙进行填充。水泥浆采用C32.5普通硅酸盐水泥，细度为10μm，水灰比采用1:1，按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）计算，每立方米水泥浆中水泥用量约210kg，水为210kg。4、堵塞：利用现场采集到的岩渣对主爆孔、缓冲孔和预裂孔进行堵塞，堵塞长度为1m。5、联网与起爆：在水泥浆初凝前，将预裂孔外露出的导爆管按照设计要求连接成爆破网络后，在确认网络安全及警戒范围内人员设备撤离之后，起爆整个爆破网络。6、爆破效果检测：爆破完成之后，观察轮廓面的平整度及其裂纹分布情况，利用声波测试设备检测壁面内部岩石的损伤深度。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。