控制爆破技术.ppt

控制爆破技术.ppt

《控制爆破技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制爆破技术.ppt（86页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

控制爆破技术工程技术学院土木工程教研室第一章绪论第一节控制爆破的发展简况一、初期二次大战后，日、德等国为拆除战争遗留的废弃建筑物和构筑物。

采用了了一些属于控制爆破的技术措施。

二、中期六十年代，美、日、瑞典、丹麦等国已将控制爆破应用于城市建筑物、桥墩、基础的拆除、隧道的开挖和公路的改建等工程中。

三、成熟期七十年代，控制爆破在破碎机理、所用能源、施工技术与实际应用等方面都有很大程度的发展。

近年来，控制爆破应用范围越来越大，它已被应用到拆除超级高大建筑物和结构复杂的构筑物、开挖隧道、清除近岸礁石百吨级以上地定向抛掷爆破、抢救地震后的受难人员等方面。

我国在控制爆破的研究和施工方面，居世界先进国家之列。

早在抗战时期，利用已控爆技术炸毁敌方工事；解放后，1973年，北京铁路局采用拆除了旧北京饭店2200m2的钢筋混凝土结构的地下室，保证了周围建筑物交通和人员的安全；1976年，解放军工程兵工程学院运用控爆技术拆除了天安门广场两侧总面积达1.2万m2的三座大楼；八十年代第一个春天，我国将控爆技术应用到疾病治疗-爆破拆除膀胱石第二节控制爆破的定义和要求一种看法是，城市爆破或拆除爆破；另一看法是，光面爆破、预裂爆破也称为控爆；控爆和常规爆破区别：

常规爆破一般不考虑爆破方向、范围、空气冲击波和飞石等危害等，而控爆则不然。

定义：

根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件，通过精心设计，采用各种施工与防护等技术措施，严格地控制爆炸能的释放过程和介质的破碎过程，既要达到预期的爆破破碎效果，又要将爆破范围、方向以及爆破地震波、空气冲击波、噪音和破碎无飞散等的危害控制在规定的限度之内，这种对爆破效果和爆破危害进行双重控制的爆破，称为控制爆破。

对控制爆破的要求：

破碎程度的要求：

“碎而不抛”或“碎而不散”甚至“宁裂勿飞”；破坏范围：

必须严格控制破坏范围与设计尺寸相符，其误差不得超过设计规定值；抛掷或塌倒方向：

必须严格符合预先指定方向；爆破危害：

必须将爆破地震、空气冲击波、噪音和飞石的危害作用严格控制在允许范围之内。

第三节控制爆破的基本类型一、三定控制爆破：

定向、定距和定量的控爆，常用于定向爆破筑坝；二、四减控制爆破：

减少爆破地震、空气冲击波、飞石和噪音的控制爆破；最终目的：

四无爆破。

三、成型控制爆破：

爆破后被爆介质形成一定的几何形状和尺寸的控制爆破，饰面石材和宝石开采；四、光稳控制爆破：

爆破后原岩体的切割面具有一定的平整度以及能保持原岩本身稳定性的控制爆破，露天矿边坡、路堑、隧道等光面爆破；五、拆除控制爆破1、大型块体的切割爆破：

桥梁、墩台、码头船坞、桩基；2、钢筋混凝土框架结构的拆除；3、建筑物、构筑的拆除：

楼房、烟筒、水塔。

4、金属结构物拆除：

桥梁、船舶、钢柱等5、高温凝结物拆除：

炼钢炉；6、地坪拆除：

混凝土路面、地坪、飞机跑道；7、其他工程的拆除爆破。

六、联合控制爆破：

成型控爆、光面爆破属于改善爆破质量方面的控爆；而减震、减冲、减飞和减音控爆则属于减小爆破危害方面的控爆；而实际爆破工程中，很多均需要二者的结合。

七、特殊控制爆破1、抛松控制爆破2、高温控制爆破破3、水下岩塞控制爆破4、医疗控制爆破：

爆破拆除膀胱结石5、急救控制爆破：

紧急情况下救生筏打开、地震救灾等；6、疏松控制爆破：

管道、河道疏松等。

第二章控制爆破基本原理第一节等能原理定义：

使介质只产生一定宽度的裂缝或原地松动破碎，而无剩余的能量造成危害。

-等能原理。

单位爆炸能A可用下式计算：

A=Qv（1-T2/T1）J/kg式中：

Qv-单位炸药爆热，j/kg;T1-爆炸反应终了瞬间爆炸气体的温度；T2-爆炸气体膨胀后的温度。

如果设介质裂纹表面能为，则裂纹扩展单位面积所需能量2，若介质破坏后形成的裂纹表面积为F,则需的能量总和为：

2F。

等能原理可用下式表示：

Q.Qv（1-T2/T1）=2F式中：

Q-炮孔装药量，kg;-爆炸能量利用系数。

第二节微分原理控制爆破的微分原理是将爆炸某一目标所需的总药量进行分散化与微量化处理的原理，即“多打眼，少装药”；换言之，它是将总装药量“化整为零”合理地微量地装在分散的炮孔中。

微分原理广泛用于市区内的建筑物的控爆拆除，天安门广场两侧，总建筑面积达1.2万米2的三座钢筋混凝土大楼的控爆拆除，就是运用微分原理的一个典范实力。

将重达439kg的总炸药量分散地装在8999个炮孔中，平均每孔装药量为48.8g，有效地控制了爆破的危害作用。

第三节失稳原理运用控爆技术将承重结构的某些关键部位爆松，使之失去承载能力，同时破坏结构刚度，建筑物或结构物在整体失去稳定性的情况下，在其自重作用下原地坍塌或定向倾倒，这一原理成为失稳原理。

根据上述失稳原理，设计和施工时应当遵循下述几点原则：

1、钢筋混凝凝土整体框架结构的控爆拆除方式可分为：

原地坍塌折叠坍塌（倾倒）定向倒塌u其共同特点是：

均须形成相当数量的铰支和倾覆力矩。

u铰支是结构的支撑立柱某一部位受到爆破，从而失去其支撑能力所形成的。

u对于素混凝土立柱，一般只需对立柱的某一部位进行爆破，使之失去承载能力，立柱在自重作用下下移，造成偏心失稳，就能形成铰支。

u对于钢筋混凝土立柱，则需对立柱某一部位的混凝土进行爆破，使钢筋出露，钢筋在结构自重作用下失稳或发生塑性变形，失去承载能力，才能形成铰支。

u铰支的形成取决于钢筋的出露长度及立柱内钢筋的布置形式。

u立柱内的钢筋一般分为孤立和整体布置两种形式u对于孤立布置的钢筋，单根立钢筋受压失稳的条件是：

P410-42EJ/L2式中：

P-钢筋所受的垂直压力，N;E-弹性模量，N/m2；J-截面惯性矩，cm4;L-立钢筋的暴露长度，cm。

u钢筋所受的压力可根据立柱的承载情况来估算，所以，立钢筋的暴露长度为：

L210-2（EJ/P）1/2u对于整体式布置的钢筋，即使钢筋暴露较长，也很难造成偏心失稳，因此，往往只能依靠自重作用，使钢筋内应力达到屈服极限，产生塑性流动以致失稳形成铰支。

u为了形成倾覆力矩，宜选用容易形成铰支的部位作为优先突破点，而把整体式钢筋布置的立柱部位作为延续的铰支形成点。

u实践得知，结构的重力倾覆力矩可以从下述的方法中获得：

在控爆倾倒方向上各立柱的破坏高度不同来形成倾覆力矩；ph1h2h3h4p承重立柱至的破坏高度依次取:

h4h3h2h1在各立柱与顶板连接处，均应适当地将混凝土炸松形成铰支，同时起爆所有立柱。

运用毫秒延时起爆技术，使各个立柱按照严格的毫秒延时间隔依序起爆来产生倾覆力矩。

11112222h3456将承重立柱的不同破坏高度与毫秒延时起爆相结合，可以实现建筑或构筑物整体的原地坍塌、定向倾倒、折叠倾倒等多种拆除形式。

p111132232233h1h2原地倾倒2、必须对整体框架承重立柱的一定高度的混凝土加以充分破碎，造成在自重作用下偏心失稳。

被控爆破碎的混凝土将脱离钢骨架，当该骨架顶部承受的静压荷载超过其抗压强度极限或达到失稳临界荷载时，立柱便失稳下塌。

满足此条件的立柱底部破碎高度成为最小破碎高度hmin。

承重立柱控爆破碎高度h还应满足框架倾倒瞬间有一定的触地冲量，以保证框架的断裂和解体。

钢筋混凝土框架结构承重立柱破坏高度h为：

h=k（B+hmin）米式中：

B-承重立柱截面的最大边长；k-与框架结构坚固程度和爆破条件有关的系数，k=1.01.5;hmin-承重立柱底部最小破碎高度，米。

hmin的计算方法如下：

欲计算hmin，必须首先判别钢筋在建筑物自重作用下属于哪一种类型的压杆，然后在应用相应公式进行计算。

根据受压干件的柔度值（或称细长比），将压杆分为三类型：

小柔度杆、中柔度杆、大柔度杆。

柔度计算：

=hmin/i式中：

-长度系数，立柱炸出的钢筋，可看作一端固定，一段自由，则=2i-截面惯性半径，i=d/4;=8hmin/d对于一般的碳素钢来讲，当60时为小柔度杆-粗短杆；60100时为中柔度杆-中长杆；100时为大柔度杆-细长杆。

下面分三种情况进行计算：

1）、首先进行压缩强度校核，若实际作用于每根立筋上的压力荷载p/n（n立筋数）大于立筋容许的屈服极限（许用应力）p时，钢筋必然发生压缩破坏，从而导致结构失稳，即：

p/np.FF单根立筋截面积。

这种情况属于粗短杆的压缩破坏，一般比较少见，如果出现这种情况，就不存在临界炸毁高度的问题。

2）当p/np.F时，为简化计算，单根主筋可视为一段自由，一端固定的压杆。

此时钢筋属细长杆受压状态，要计算其失稳长度许用欧拉公式计算临界荷载;=8hmin/d、100，即hmin12.5d。

若先取=100,即取hmin=12.5d，代入A式可得若p/npm,则承重立柱必然失稳，此时最小破坏高度取：

hmin=12.5d。

若p/npm时，可由A式反求hmin，并令p/n=pm得：

hmin=/2.（EJn/p）1/2上式中J为截面惯性矩，J=d4/643）、对于中柔度的压杆，可应用雅兴斯基公式来计算临界应力：

m=a-b-C对于普通钢，上式的适用范围为60100，式中a和b是与材料有关的常数，如A3钢a=304MPa,b=1.12MPa；优质钢a=460MPa,b=2.57MPa等。

若取=60则hmin=7.5d（=8hmin/d）代入C式算出临界应力m。

当实际作用于每根主筋上的荷载p/nmF时，则立柱必然失稳，此时取：

hmin=7.5d若p/nmF时，可令p/n=mF，将其代入C式反求：

hmin=d（a-p/nF）/8b立柱形成铰支部位的控爆破碎高度：

hj=（1.01.5）B米。

3、对于钢筋混凝土框架，为确保失稳，须将框架结构的刚度加以部分破坏或全部破坏。

反妨碍倾倒的一切梁、柱、板、箍等，必须在主爆之前，预先切除。

第四节缓冲原理在优选适合控爆的爆破能源以及装药结构等的基础上，缓和爆轰波的波峰值压力对介质的冲击作用，使爆破能量得到合理地分配与利用，这就称为缓冲原理。

缓冲原理的实质：

就是通过某些手段，延长爆破压力的作用时间，从而降低炮孔中的压力。

缓冲比f:

设爆炸生成的初始压力为pb，经缓冲后作用于孔壁的压力为pf，则称pb与pf之比值为缓冲比。

即：

f=pb/pf式中：

pf可根据对破碎介质的破碎程度的要求而定。

缓冲爆破的方法：

不耦合装药。

一、环状间隙充满空气爆炸生成物的初始压力：

pb=12.5De2N/式中：

-炸药密度，kg/cm3;De-炸药爆速，cm/s.设爆炸生成物的最终压力为p0，则根据爆炸生成物的压力与体积的关系，可将爆炸生成物的初始压力、最终压力、炮孔直径及药卷直径写成如下关系式：

式中：

D-炮孔直径，cm;d-药卷直径，cm；ke-不耦合系数；pk-爆炸生成物的临界压力，pk2108N/作用于孔壁上的压力：

pf=kp0式中：

k-由空气向岩石传递能量时的损失系数。

p0=pb/f.k要求缓冲后的炮孔压力达到使炮孔周围裂纹得以扩展的最小压力应为岩石介质的抗拉强度b值的18倍，即：

pf=18b此时，f=pb/pf=0.69De2/b所以，二、环状间隙有充填物爆炸生成物的初始压力仍按前面方法进行计算。

爆轰压力充填物炮孔壁岩石中，有两次损失，压力显著下降（即缓冲作用），因此，作用于孔壁介质的压力：

pf=pbk1k2（d/D）2-c式中：

k1-爆炸能从炸药传递到充填物时的损失数；k1=2/（1+c/1c1）k2-爆炸能由充填物向岩石传递时的损失数。

k2=2/（1+1c1/2c2）其中：

、1、2为炸药、充填物和岩石的密度。

c、c1、c2为炸药、充填物和岩石内的从波传播速度。

引入缓冲比f,则ke=（fk1k2）1/2将f=pb/pf=0.69De2/b代入此式为：

第五节防护原理通过采用行之有效的技术措施，对已受到控制的爆破危害再加以防护，这称之为防护原理。

一、爆破地震及振动速度1、爆破地震与自然地震的比较

（1）、爆破地震的振动频率较高爆破：

一般为1030HZ,岩石中高于土壤，小药量高于大药量，自然地震属于低频率振动，一般为25HZ，与普通建筑物的自振频率接近。

（2）、爆破地震的持续时间短，约0.12秒（炸药量小和距离近时，持续时间0.5秒），自然地震的持续时间一