上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验

张庆彬 阳军生 吴从师 张学民 梁奎生 刘洪震 方风华

张庆彬, 阳军生, 吴从师, 张学民, 梁奎生, 刘洪震, 方风华. 上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(5): 695-702. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0695-08
引用本文: 张庆彬, 阳军生, 吴从师, 张学民, 梁奎生, 刘洪震, 方风华. 上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(5): 695-702. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0695-08
Zhang Qingbin, Yang Junsheng, Wu Congshi, Zhang Xuemin, Liang Kuisheng, Liu Hongzhen, Fang Fenghua. Experiment of explosive consumption by blasting pretreated boulders with overlying stratum of rock-soil[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(5): 695-702. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0695-08
Citation: Zhang Qingbin, Yang Junsheng, Wu Congshi, Zhang Xuemin, Liang Kuisheng, Liu Hongzhen, Fang Fenghua. Experiment of explosive consumption by blasting pretreated boulders with overlying stratum of rock-soil[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(5): 695-702. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0695-08

上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验

doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0695-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51508038

国家自然科学基金项目 51274049

国家自然科学基金项目 51378505

湖南省教育厅项目 15C0051

长沙理工大学土木与建筑学院重点学科 13ZDXK11

详细信息
    作者简介:

    张庆彬(1980-),男,博士,讲师,cslgzqb@126.com

  • 中图分类号: O381

Experiment of explosive consumption by blasting pretreated boulders with overlying stratum of rock-soil

  • 摘要: 盾构机在风化花岗岩地层掘进会遇到高强度孤石,为降低施工风险、避免刀盘及刀具严重损坏,常采用地面钻孔爆破对前方孤石进行预处理,但其炸药单耗一般由经验公式确定,导致爆破效果不理想。结合实际工程对爆破块度小于30 cm的特殊要求,采用爆破模型实验对炸药单耗进行研究。实验结果表明:满足特殊块度要求的陆地钻孔爆破炸药单耗是常规钻孔爆破的5.4~6.5倍;上覆地层厚度与炸药单耗呈线性递增关系;实验得出的炸药单耗是瑞典经验公式计算值的3.4~4.9倍。由此提出满足工程需要的炸药单耗修正公式,应用于实际工程并通过验证取得良好效果,为类似工程孤石爆破预处理炸药单耗的计算提供依据和参考。
  • 图  1  爆破预处理装药结构示意图

    Figure  1.  Charge structure of blasting pretreatment

    图  2  爆破预处理后芯样

    Figure  2.  Rock fragmentations after blasting

    表  1  模型实验中选取的现场物理量、量纲及数值

    Table  1.   Dimensions and values of on-the-site physical quantities in model test

    编号 符号 名称 单位 量纲 数值
    1 Q 炸药量 kg M -
    2 v 炸药爆速 m/s LT-1 4 000
    3 ρ 炸药密度 kg/m3 ML-3 1 200
    4 R 装药半径 m L 0.045
    5 h 装药长度 m L 0.90
    6 ρr 岩石密度 kg/m3 ML-3 2 800
    7 vr 岩石纵波波速 m/s LT-1 4 000
    8 σr 岩石强度 N/m2 ML-1T-2 1×106
    9 L 岩石尺寸(正方体) m L 1.00
    10 D 岩石破碎的平均块度 m L 0.30
    11 H 岩石埋深 m L -
    12 ρc 上覆层密度 kg/m3 ML-3 2 600
    13 vc 上覆层纵波波速 m/s LT-1 2 400
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    表  2  相似律各参数含义及数值

    Table  2.   Parameters and values of similarity law

    参数 数值 参数含义
    π1 0.05 模型和实际的装药尺寸相似比
    π2 0.045 模型与实际爆破的尺寸相似比
    π3 0.15 模型与实际爆破的爆破块度相似比
    π4 0.143 实验模型和几何原型的相似比
    π5 0.005 2 炸药的爆轰压力与岩石强度的相似比
    π6 0.43 炸药与岩石的波阻抗相似比
    π7 1.8 岩石与覆盖层的波阻抗相似比
    π8 62.8 装药量与装药半径的相似比
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    表  3  混凝土试块配合比(kg/m3)

    Table  3.   Proportions of components in concrete sample (kg/m3)

    标号 水泥 碎石(5~10 mm) 碎石(10~20 mm) 粉煤灰 聚羧酸高效减水剂
    C50 376 659 468 703 94 4.7 145
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    表  4  试块爆破装药量及爆后块度统计

    Table  4.   Charge weight of samples and fragmentation statistics

    试块 Q/g D/cm q/(kg·m-3) H/cm 实验场地 qb/(kg·m-3) 实验现象
    1-1 20 2.00 5.93 0 实验用水池 3.26 在砂层表面形成明显爆坑
    1-2 11 4.50 3.26
    1-3 8 5.54 2.37
    2-1 12 4.63 3.56 30 实验用水池 3.85 覆盖层表面出现了直径约30 cm左右的塌腔
    2-2 13 4.54 3.85
    2-3 14 4.40 4.15
    3-1 14 4.67 4.15 50 实验用水池 4.44 表面出现直径约45 cm的环状裂纹且试块上部出现空腔
    3-2 13 5.33 3.85
    3-3 15 4.48 4.44
    4-1 16 4.46 4.74 70 工地料场 4.74 表面无裂纹,试块周边出现空区
    4-2 17 4.28 5.04
    4-3 18 3.98 5.33
    5-1 15 4.85 4.44 100 工地料场 5.04 表面无裂纹,试块周边出现空区
    5-2 18 4.09 5.33
    5-3 17 4.45 5.04
    6-1 22 3.78 6.52 150 工地料场 5.93 表面无裂纹,试块周边出现空区
    6-2 20 4.65 5.93
    6-3 19 4.31 5.63
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    表  5  模型实验和现场爆破的炸药单耗

    Table  5.   Explosive consumption in model experiment and on-the-tsite blasting

    Hm/m Hf/m qb/(kg·m-3)
    0 0 3.26
    0.3 2.1 3.85
    0.5 3.5 4.44
    0.7 4.9 4.74
    1.0 7.0 5.04
    1.5 10.5 5.93
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    表  6  水下爆破炸药单耗经验公式对比

    Table  6.   Comparison of explosive consumption empirical formula in underwater explosion

    公式来源表达式考虑的主要因素
    中国水利系统q=q+0.01H+0.02H介质+0.03H水深、炸药埋深、梯段高度
    日本炸药协会$ \left\{ \begin{array}{l} {L_\alpha } = H{C_\alpha }\;\;\left( {水压修正} \right)\\ {L_\beta } = {H_0}{C_\beta }\;\;\;(上覆土岩修正) \end{array} \right. $水深、上覆层厚度
    瑞典经验公式q=q1+q2+q3+q4水深、梯段高度、覆盖层高度
    《工程爆破实用手册》Q=KWaH[1.45+0.45Exp(-0.33H0/W)]水深、抵抗线、孔距、梯段高度
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    表  7  瑞典经验公式和本文拟合公式的炸药单耗对比

    Table  7.   Comparison of explosive consumption between results of Sweden empirical formula and fitting formula

    H/m q/(kg·m-3) η
    式(5) 瑞典经验公式
    0 1.10 3.39 3.39
    5 1.37 4.63 3.38
    10 1.52 5.87 3.86
    15 1.67 7.11 4.26
    20 1.82 8.25 4.53
    25 1.97 9.59 4.87
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    表  8  孤石段与正常段盾构掘进参数对比表

    Table  8.   Comparison of boulder's driving parameters with those of normal section

    掘进段 v/(mm·min-1) t/min F/kN
    孤石段 15.5 121 18 739
    正常段 13.8 108 18 035
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-10
  • 修回日期:  2015-06-30
  • 刊出日期:  2016-09-25

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