李征文

摘要：隧道工程爆破作業(yè)中，炮孔堵塞長(zhǎng)度與最終爆破效果密不可分，是現(xiàn)場(chǎng)爆破控制的重要參數(shù)之一。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵位置的應(yīng)力分析結(jié)合經(jīng)典爆破理論，從而獲得堵塞長(zhǎng)度最優(yōu)值，可以有效提升最終爆破效果。

關(guān)鍵詞：隧道;光面爆破;堵塞長(zhǎng)度;

引言

隧道工程施工中，鉆爆法是最為常見(jiàn)的施工方式。我們知道，爆破作業(yè)中，實(shí)際炮孔堵塞的長(zhǎng)度與爆破效果密不可分，合理的長(zhǎng)度設(shè)置往往可以使得內(nèi)部進(jìn)行充分徹底的化學(xué)反應(yīng)，降低飛石以及空氣沖擊波等的影響，提高炸藥的利用率，提升最終爆破效果。故有必要探討炮孔堵塞長(zhǎng)度對(duì)隧道光面爆破效果的影響。

1.炮孔堵塞作用原理分析

一般認(rèn)為堵塞可以有效緩解爆轟氣體過(guò)快的從孔內(nèi)排出，從而增加作用時(shí)間，此外還可以改變巖石中的應(yīng)力作用形式，提升最終爆破效果?，F(xiàn)階段普遍認(rèn)為爆炸所產(chǎn)生的沖擊波以及所產(chǎn)生的氣體之間的相互作用是對(duì)巖體介質(zhì)產(chǎn)生破壞的重要因素，而實(shí)際上，在不同的階段依據(jù)不同的巖石情況最終兩種作用機(jī)理所達(dá)到的效果也各不相同。所以，為了進(jìn)一步提升爆破效果，不僅僅要求炸藥在爆轟時(shí)釋放足夠多的能量，同時(shí)還需要爆生氣體有充足的時(shí)間發(fā)生作用。假定炸藥整個(gè)爆轟瞬間完成，且所得到的爆生氣體均為理想氣體;則爆生氣體將在瞬間對(duì)炮孔空間各個(gè)位置進(jìn)行作用，堵塞材料被壓縮過(guò)程為沖擊壓縮波在整個(gè)過(guò)程中的傳播方式;堵塞物均為非彈性體，堵塞材料在炮孔內(nèi)的整體移動(dòng)與鋼體移動(dòng)相當(dāng)。

2.堵塞物移動(dòng)所需要耗費(fèi)時(shí)間a

實(shí)際炮孔堵塞物的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要分為兩個(gè)部分，即微觀運(yùn)動(dòng)部分和宏觀運(yùn)動(dòng)過(guò)程。微觀運(yùn)動(dòng)主要是指沖擊波對(duì)堵塞物進(jìn)行壓縮的一個(gè)過(guò)程;而宏觀則主要是指移動(dòng)的過(guò)程。

當(dāng)爆生氣體對(duì)堵塞物進(jìn)行作用時(shí)會(huì)逐漸使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，將堵塞物由炮孔的內(nèi)側(cè)逐漸向外側(cè)傳導(dǎo)。相關(guān)研究表明，壓力波在巖體中的傳播速率往往高于堵塞物中的傳播速率，且波的作用往往發(fā)生于爆生氣體作用前。由此不難看出，炮孔堵塞物在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)前，壓縮粉碎圈已經(jīng)形成，則堵塞物在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間a為堵塞物長(zhǎng)度和沖擊波傳播速度比值。

3.堵塞物移至炮孔外時(shí)間

由于堵塞物自身存在一定的質(zhì)量以及慣性定律，實(shí)際堵塞物沖出排孔往往額外需要一定的時(shí)間。當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)堵塞物外緣時(shí)，則視整個(gè)堵塞物為一個(gè)開(kāi)始移動(dòng)的完整體。實(shí)際堵塞物完全移出炮孔的時(shí)間為

（1）

公式中，實(shí)際堵塞物移出炮孔所需要耗費(fèi)的時(shí)間t和炮孔堵塞長(zhǎng)度ls，實(shí)際堵塞物體的密度值ρ以及炮孔中所存在的氣體壓力Pa密不可分。一定程度上增加炮孔的堵塞長(zhǎng)度ls與堵塞物的密度值ρ，或者是在可以確定炸藥類型的基礎(chǔ)上，對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，從而設(shè)計(jì)科學(xué)合理的不裝藥耦合系數(shù)，科學(xué)的降低爆轟氣體的壓力值Pa，也可以有效的增加整個(gè)堵塞物在炮孔中的移動(dòng)耗費(fèi)時(shí)間t，此外使用摩擦系數(shù)較高的堵塞物也可以起到較好的增加爆生氣體時(shí)間的效果。就公式1中不難看出，增加粉碎區(qū)Db，也可以一定程度上延長(zhǎng)總體移出時(shí)間t，但增加Db就意味著裝填藥量需要進(jìn)一步增加，大部分的炸藥能量將會(huì)應(yīng)用到粉碎圈方面。因此，我們必須按照工程的實(shí)際需求，科學(xué)合理的進(jìn)行炮孔裝藥參數(shù)的設(shè)置，避免粉碎去生成以及依據(jù)爆破工程的實(shí)際情況進(jìn)行范圍大小控制。

4.堵塞長(zhǎng)度分析

如若填充的堵塞材料過(guò)短，則會(huì)使其過(guò)短的移出炮孔，從而無(wú)法達(dá)到理想的氣楔效果，最終影響爆破質(zhì)量，而如若堵塞物料長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)進(jìn)一步增加炮孔堵塞的工作強(qiáng)度，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度與效率，特別在掘進(jìn)爆破過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn)掛門(mén)簾等情況，對(duì)最終的爆破質(zhì)量產(chǎn)生影響。巷道與隧道掘進(jìn)爆破通常需要盡可能達(dá)到爆碎的效果，因此我們必須要讓整個(gè)破碎過(guò)程在堵塞物沖出炮孔前完成，即臨界條件需要符合：

（2）

公式中t1指填塞在炮孔內(nèi)作用所需要的時(shí)間;t2指巖石破碎所需要的時(shí)間。如前文所述，實(shí)際堵塞材料在炮孔中的時(shí)間包括堵塞物受到?jīng)_擊波壓縮的時(shí)間值a與堵塞材料沖出炮孔所需要的時(shí)間t，則，

（3）

而因?yàn)闆_擊波的傳播速率非?？?，但堵塞材料在炮孔中的運(yùn)動(dòng)速率非常低，因此可以忽略沖擊波壓縮作用的是a，則上述公式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為

（4）

依據(jù)爆炸力學(xué)以及應(yīng)力波相關(guān)知識(shí)，介質(zhì)破碎所耗費(fèi)的時(shí)間t2為

（5）

公式中w表示為裝藥的最小抵抗線，Cp與Cr則分別表示為實(shí)際被爆的介質(zhì)其縱向波的傳播速率以及表面瑞利波的傳播速率。對(duì)上述公式進(jìn)行合并，假定堵塞材料在炮孔內(nèi)部的勻速加速度值為0，則該炮孔的堵塞長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為

（6）

5.結(jié)束語(yǔ)

此次就炮孔堵塞物的作用原理及其在整個(gè)炮孔中的運(yùn)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行探討，并通過(guò)對(duì)其它學(xué)者研究結(jié)果分析表明，無(wú)論就技術(shù)層面還是經(jīng)濟(jì)層面，隧洞光面爆破堵塞問(wèn)題均應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)人員重視。爆

生氣體的壓力可以對(duì)炮孔空壁與堵塞物之間的摩擦力進(jìn)行克服，從而推動(dòng)堵塞物沿著軸向方向運(yùn)動(dòng)，堵塞物的運(yùn)動(dòng)和堵塞的長(zhǎng)度以及炮孔的規(guī)格型號(hào)、裝藥量等密不可分。選擇摩擦系數(shù)更高的堵塞物，進(jìn)一步增大彈藥的充填密度以及加長(zhǎng)堵塞的長(zhǎng)度等均會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)堵塞物停留在炮孔內(nèi)的時(shí)間，并延長(zhǎng)應(yīng)力波與爆生氣體的對(duì)被爆價(jià)值的時(shí)間。而當(dāng)堵塞物填充合理時(shí)，則裝藥量與炸藥單耗可以明顯降低，循環(huán)進(jìn)尺與炮孔利用程度也能明顯增加，此外還可以有效利用炸藥的爆能，進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)爆破效果，減少過(guò)程中所存在的毒氣以及巖塵濃度等的影響，優(yōu)化施工作業(yè)環(huán)境，減少現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)強(qiáng)度。爆破是隧道施工項(xiàng)目最常見(jiàn)的施工方法，科學(xué)合理的爆破設(shè)計(jì)可以有效解決施工中的難題，并推進(jìn)項(xiàng)目迅速完工，但缺乏合理設(shè)計(jì)的爆破同樣也會(huì)給整個(gè)項(xiàng)目帶來(lái)負(fù)面影響，因此對(duì)于相關(guān)人員務(wù)必對(duì)爆破各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把控，尤其是堵塞長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，從而保證爆破質(zhì)量，提升工程質(zhì)量。

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