基坑岩层定向静态爆破组合导向装置的制造方法
【专利摘要】基坑岩层定向静态爆破组合导向装置，由长条钢片与带有可穿过长条钢片导向方孔的金属方管组合而成。本实用新型在静态爆破药孔中安放长条导向钢片，导致岩体在长条钢片宽度方向产生贯通性主裂纹；与常规静态爆破相比，药孔孔距增大了1.3倍～1.5倍，既达到了定向破裂岩体的效果，同时也提高了爆破效能。
【专利说明】
基坑岩层定向静态爆破组合导向装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于建筑施工领域，具体设及一种基坑岩层定向静态爆破组合导向装 置。
【背景技术】
[0002] 目前，在工程建设工程中，对于地下岩石层开挖大多采用传统的炸药进行爆破施 工;炸药在搬运、存储和使用的过程中，都可能对周边环境和人员造成潜在的安全危害。
[0003] 静态破碎剂具有遇水发生水化反映，体积膨胀的特性;将静态破碎剂与水或将无 声破碎剂与水按一定的比例调制成均匀浆体，灌入需要破裂的岩石体孔眼中，随着水化反 应的进行;无声破碎剂在一定时间内产生较大的膨胀压力施加于孔壁，当岩石体内部所受 的拉力大于其抗拉强度时(岩石的抗拉强度一般为5.OMPa~10.OMPa)，岩石体开始出现裂 纹，在膨胀压力的继续作用下裂纹扩展直至岩石体破碎，具有无振动、无飞石、无毒气、无有 害残留物的特点。
[0004] 对于位于城市中屯、人口密集地区和建设项目周边环境复杂的房屋建筑与±木工 程的基坑岩石爆破施工;为确保施工中的安全采用静态破碎剂代替传统炸药进行施工是必 然的选择。
[0005] 如矮寨观光电梯工程位于吉首至茶桐高速公路矮寨大桥茶桐左侧的山崖上，距矮 寨大桥水平距离31.0m。该工程自动扶梯安装所需空间的基坑岩石层开挖施工工程量约 2400m3,其爆破方法是否恰当直接影响着矮寨大桥、行人、车辆及建筑物的安全和爆破的效 能。
[0006] 专利CN 104776765 A中公开了一种静态爆破聚能装置及其爆破方法。该装置及其 爆破方法是采用两瓣带有劈裂角尖端的未连接的圆弧形钢模板，并使劈裂角的尖端与预裂 线位于同一直线上的一种应用静态聚能装置进行爆破的方法。该装置与方法存在Ξ个方面 的不足:其一，该装置构造复杂，其装置设计外径与钻孔孔径一致，对爆破成孔的孔径和垂 直度要求高，但爆破钻孔系人工辅助机械施工，施工过程中容易产生偏差，稍有偏差难W安 装。其二，该装置安装时要求钢模板劈裂角的尖端与预裂线位于同一直线上;实际操作时要 确保所有钻孔中的劈裂角尖端与预裂线一致比较费时。其Ξ，实现爆破的临空面条件未明 确，爆破实施的效果难W确定。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种安全可 靠的基坑岩层定向静态爆破组合导向装置。
[000引本实用新型所依据的工艺原理如下：
[0009] (1)无声破碎剂(HSCA)的主要成分是化0,它与水拌和拌和后生成Ca(0H)2,在自 由状态下，Ca(0H)2体积膨胀为化0的3倍左右，空隙率也随之增大，不会产生膨胀压，只是体 积膨大而已；但是在膨胀空间受到限制的状态下，Ca(0H)2体积增大，互相挤压，空隙率变 小，则产生膨胀压，运种固体膨胀成为破碎岩石的动力。
[0010] (2)在岩石等破碎体钻孔中，灌入无声破碎剂与水按比例调制成均匀浆体后，随时 间经过对孔壁产生膨胀压作用，被破碎体产生压缩变形。同时，在与压缩变形的垂直方向上 发生张拉变形，当张拉变形量超过被破碎体固有的抗拉断裂的变形量时，便发生裂纹;在膨 胀压力的继续作用下裂纹扩展直至岩石体破碎。
[0011] (3)当岩石体孔眼中（即后文中的药孔)插入长条钢片时，由于钢片本身的强度较 之岩石的强度高很多，无声破碎剂发生膨胀时钢片两边的膨胀压力同时作用因而不能破坏 钢片，却对岩石起到相当于撕裂拉应力的作用;拉应力在钢片与岩石体接触处集中，应力集 中处弱单元体在拉应力作用下首先开始破坏，相邻弱单元体的破坏贯通萌生微裂纹，微裂 纹的进一步扩展就形成了主裂纹。由此，在钢片的导向作用下，主裂纹沿预想方向扩展，与 常规静态爆破方法比药孔孔距增大1.3倍~1.5倍。
[0012] (4)当工程中需要有规则地进行岩体破碎时，按所需破裂面和现场试验所得的参 数布设药孔;并依据石材切割面的方向通过组合导向装置将钢片沿宽度方向连成直线;从 而达到定向破裂岩体、形成开挖所需要的孔桐。
[0013] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0014] 基坑岩层定向静态爆破施工方法，包括如下步骤：
[0015] (1)施工准备
[0016] 根据市场购买的无声破碎剂的说明书进行施工前现场试验，W确定所需要爆破岩 层的施工参数(包括:药孔孔径D、药孔孔距A、药孔排距R、药孔孔深L);再根据确定的药孔的 孔距、药孔孔径W及药孔孔深加工组合导向装置。
[0017] (2)布设药孔孔眼
[0018] 首先，清理岩石表面W便于钻孔位置的测放;再根据破碎岩体的部位和破裂形状 进行布孔，同一破裂面的药孔布设不少于2个;岩体静态爆破区域要求至少确保有一个临空 面;当有两个W上互交的破裂面时，则需在互交破裂面的交线上设自由端孔;紧邻自由端孔 的药孔的中屯、与所述自由端孔的中屯、之间的距离，或紧邻临空面的药孔的中屯、与临空面之 间的距离均不大于A/2。
[0019] (3)钻设药孔
[0020] 药孔中屯、位于破裂面上，药孔的孔底标高要求保持一致，药孔垂直度控制在1%W 内；每次钻药孔的深度控制在1000 mm~2000mm;药孔孔径控制在36mm~50mm，W使得药剂 充分发挥效力且不易冲孔;在装药前应该保证药孔孔内和孔旁洁净，余水和余渣应用高压 风吹洗干净。
[0021] (4)配浆
[0022] 按每次需灌药孔的体积称取无声破碎剂和洁净水;无声破碎剂与水的重量之比为 1:0.26~0.36;若气候溫度高于10°C时，水的溫度与气候溫度一致，若气候溫度低于10°C 时，应在水和无声破碎剂混合前将水加热至20°C~30°C ;用木棍或手提式揽拌机揽拌均匀， 使水和无声破碎剂混合物成为流质糊状或胶泥状的浆液即可。
[0023] (5)灌装浆液
[0024] 每次装填浆液前，检查药孔内外是否干净;对于从上往下钻的垂直药孔可直接将 水与无声破碎剂的混合物注入药孔中，使混合物体填充密实，灌满为止;对于水平孔、斜孔、 向上孔可将无声破碎剂与水在拌和后用灰浆累压入，孔口留30mm~50mm用黄泥封堵，保证 水和无声破碎剂的混合物不会流出。
[0025] (6)安放组合导向装置
[0026] 待装药完成后，先在确定的破裂面岩石上放置组合导向装置的带有导向方孔的金 属方管;然后将与导向方孔尺寸匹配的长条钢片通过导向方孔插入静态爆破药孔中。
[0027] (7)爆破出確、回收组合导向装置
[002引当药孔孔眼上表面裂纹宽度> 3mm时，即可进行清確和外运;清確过程中回收组合 导向装置，循环使用。
[00巧](8)降水维持
[0030] 若施工区域存在地下水的情况时，则须在布设药孔孔眼至爆破出確、回收组合导 向装置期间将地下水位降至操作面标高W下不少于500mm。
[0031] 进一步，所述步骤（1)中，无声破碎剂的型号选择根据被破碎岩石的物理力学性 质、边界条件、施工季节和气溫、施工工序时间、膨胀压等因素对应厂家提供的产品说明书 进行综合确定。施工参数的具体确定应根据被破碎物的坚硬程度W及厂家提供的钻孔参数 经验值进行现场试验确定。
[0032] 进一步，所述步骤(3)钻设药孔，具体如下：
[0033] (3-1)若岩体静态爆破区域无临空面时，可选用全密封式金刚石工程水磨钻机进 行临空面钻孔，通过连续的钻孔形成贯通型临空面。金刚石工程水磨钻机的钻头直径宜为 100mm~120mm，功率^ 4kw，金刚石工程水磨钻机的水磨钻定位支架应安装牢靠、便于钻机 移位，为了便于取確，每次钻孔深度可控制在500mm~600mm。
[0034] (3-2)钻设药孔时可使用手持式风动凿岩机成孔，耗气量> 2. SmVmin;每次钻孔 深度控制在500mm~3000mm。
[0035] 进一步，步骤(4)所述配浆，具体如下：
[0036] (4-1)揽拌时，应将无声破碎剂倒入已经盛好洁净水的容器中，而不是将洁净水倒 入无声破碎剂中；静态破碎剂倒入过程中应采用边揽拌边倒入的方法进行;揽拌速度控制 在120 r/min~42化/min,揽拌的时间控制在3 min~5min;从无声破碎剂加入水中至水和 无声破碎剂的混合物灌入钻孔结束的时间应控制在5 min~10 min,否则易冲孔。
[0037] 实施如前所述基坑岩层定向静态爆破施工方法的组合导向装置，包括长条钢片和 金属方管，所述长条钢片的宽度为(D-2mm)~(D-5mm)、长度为化+ 40 mm)~化+60 mm)、厚 度为2.0 mm~3.4mm(优选3 mm)"D表示静态爆破药孔的孔径，L表示静态爆破药孔的孔深。 该段中，"-"表示"减号表示"加号'。
[0038] 所述金属方管的截面尺寸为20mm X 20mm~30mm X 30mm，金属方管的长度为400mm ~4000mm、具体长度根据破裂面上需破裂岩体的长度确定，金属方管长度方向中屯、线上设 有可穿过长条钢片的上下对称的导向方孔，同一水平面上相邻导向方孔之间的水平中屯、距 离等于药孔孔距，导向方孔的长度比长条钢片的宽度大10 mm~30 mm(优选20 mm)，导向 方孔的宽度比长条钢片的厚度大0.5 mm~1.0mm。
[0039] 进一步，所述长条钢片可由扁钢制成，金属方管可为侣方管或钢方管。
[0040] 与现有技术相比，本实用新型之基坑岩层定向静态爆破组合导向装置的有益效果 为：
[0041] 1、使用本实用新型，使得整个爆破的整体工艺流程简化为现场试验、布设药孔孔 目艮、钻设药孔、配浆、灌装浆液、安放组合导向装置、爆破出確及回收组合导向装置、降水维 持，明确了无声破碎剂浆液与水倒入容器中的先后顺序、揽拌的速度W及揽拌与灌装时间， 确保了无声破碎剂与水反应充分、施工过程中的安全。
[0042] 2、在静态爆破药孔中插入导向长条钢片，无声破碎剂与水的水化反应所产生的膨 胀压力在钢片与岩石体接触处出现拉应力集中，导致岩体在长条钢片宽度方向产生贯通性 主裂纹。该方法与常规静态爆破方法比药孔孔距增大了 1.3~1.5倍，既达到了定向破裂岩 体的效果，同时也提高了爆破效能。
[0043] 3、采用金属方管与长条钢片的组合导向装置，取材方便、构造与加工简单;且该组 合导向装置在设计时已经考虑施工过程中容易产生偏差的情况W及导向控制允许的合理 偏差，从而确保了实际操作时所有钻孔中的导向钢片宽度方向与破裂面的重合。
[0044] 4、明确了爆破所需的临空面条件及其施工方法，确保了爆破的效果。
[0045] 5、使用本实用新型，操作简便，实现了岩体破裂区域可进行选择性定向爆破的效 果，且不损伤需要保留的岩体，有利于确保工程质量。使用本实用新型，还可结合垂直运输 机械起重能力和石材二次利用的要求，进行石块规格尺寸的控制破裂。
[0046] 6、使用本实用新型进行岩石破裂时，无噪音、无振动、无飞石、无毒气、无冲击波、 无有毒有害残留物，其组合导向装置可重复利用，具有安全、绿色、环保的特点;有利于避免 传统炸药施工准备周期长W及运输、存储和使用过程中存在可能危及周边环境和人员的安 全风险。本实用新型适用于房屋建筑与±木工程中的基岩保护性开挖、城市人口密集区或 因周边环境复杂不宜采用传统炸药进行爆破的工程施工、石材开采的成型切割等。
【附图说明】
[0047] 图1为本实用新型定向破裂原理图；
[0048] 图2为本实用新型基坑岩层定向静态爆破施工方法的流程图；
[0049] 图3为本实用新型施工参数示意图；
[0050] 图4为本实用新型组合导向装置装配示意图；
[0051] 图5为本实用新型中破碎岩体只有一个临空面时的药孔布孔平面示意图；
[0052] 图6为本实用新型中组合导向装置长条钢片就位平面示意图；
[0053] 图7为本实用新型中组合导向装置安装就位剖面示意图；
[0054] 图中：1 一一药孔；2-一长条钢片；3-一金属方管;4一一互交破裂面的自由端 孔;5-一导向方孔;6-一破裂面;7-一临空面;8-一岩体;L一一药孔孔深；D-一药孔孔 径;A--药孔孔距;R--药孔排距;Η--爆破深度。
【具体实施方式】
[0055] W矮寨观光电梯工程的自动扶梯安装所需空间的基坑岩石层开挖施工为例W及 结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0056] 参照图1，本实用新型所依据的工艺原理如下：
[0化7] (1)无声破碎剂(HSCA)的主要成分是化0,它与水拌和拌和后生成Ca(0H)2,在自 由状态下，Ca(0H)2体积膨胀为化0的3倍左右，空隙率也随之增大，不会产生膨胀压，只是体 积膨大而已；但是在膨胀空间受到限制的状态下，Ca(0H)2体积增大，互相挤压，空隙率变 小，则产生膨胀压，运种固体膨胀成为破碎岩石的动力。
[0058] (2)在岩石等破碎体钻孔中，灌入无声破碎剂与水按比例调制成均匀浆体后，随时 间经过对孔壁产生膨胀压作用，被破碎体产生压缩变形。同时，在与压缩变形的垂直方向上 发生张拉变形，当张拉变形量超过被破碎体固有的抗拉断裂的变形量时，便发生裂纹;在膨 胀压力的继续作用下裂纹扩展直至岩石体破碎。
[0059] (3)当岩石体孔眼中（即后文中的药孔1)插入长条钢片2时，由于钢片2本身的强度 较之岩石的强度高很多，无声破碎剂发生膨胀时钢片2两边的膨胀压力同时作用因而不能 破坏钢片，却对岩石起到相当于撕裂拉应力的作用;拉应力在钢片2与岩石体接触处集中， 应力集中处弱单元体在拉应力作用下首先开始破坏，相邻弱单元体的破坏贯通萌生微裂 纹，微裂纹的进一步扩展就形成了主裂纹。由此，在钢片2的导向作用下，主裂纹沿预想方向 扩展，与常规静态爆破方法比药孔孔距增大1.3倍~1.5倍。
[0060] (4)当工程中需要有规则地进行岩体破碎时，按所需破裂面和现场试验所得的参 数布设药孔1;并依据石材切割面的方向通过组合导向装置将钢片2沿宽度方向连成直线， 从而达到定向破裂岩体、形成开挖所需要的孔桐。
[0061] 参照图2,基坑岩层定向静态爆破施工方法，包括如下步骤：
[0062] (1)施工准备
[0063] (1-1)选择无声破碎剂:无声破碎剂的选择根据工程项目所在地的地质岩层为寒 武系灰岩、一面临空、施工期间气溫在18°C~25°C之间、可安排在每工作班下班前完成无声 破碎剂灌装灌装等因素确定选用Π 型无声破碎剂。
[0064] (1-2)施工参数的确定:根据被破碎物的坚硬程度W及厂家提供的钻孔参数经验 值(如表1给出了某厂家的静态爆破钻孔参数经验取值表)并经现场试验验证进行最后确定 如下：药孔孔径D=40mm，药孔孔距A=300 mm，药孔排距R=500mm，药孔孔深L=1000mm(参见图 3)。
[0065] 表1某厂家静态爆破钻孔参数经验取值表
[0066]
[0067]注:孔深一列中，Η代表爆破深度。
[006引（1-3)在施工前结合工程实际情况编制施工方案。
[0069] (2)布设药孔孔眼
[0070] 首先，清理岩石表面W便于钻孔眼位置的测放;再根据破碎岩体的部位和破裂形 状进行布孔，同一破裂面的药孔布设不少于2个。岩体静态爆破区域要求至少确保有一个临 空面;当有两个W上互交的破裂面时，则需在互交破裂面的交线上设自由端孔;紧邻互交破 裂面6交线上自由端孔4的药孔1的中屯、与所述自由端孔4的中屯、之间的距离，或紧邻临空面 7的药孔1的中屯、与临空面7之间的距离均不大于A/2。本实施例中，该工程基坑岩层定向静 态爆破药孔布孔方式具体可参见图5、图6。图5示出了破碎岩体只有一个临空面时的药孔布 孔图。图6示出了组合导向装置长条钢片就位示意图。
[0071] (3)钻设药孔
[0072] (3-1)临空面的形成
[0073] 根据现场情况该岩层爆破区域已存在一个临空面7,只需按设定的破裂面6进行钻 孔。
[0074] (3-2)药孔的成孔
[0075] 在岩石的破裂面6钻设药孔1，药孔1的孔底标高误差控制在±10mm内；药孔孔径为 40mm，W使得药剂充分发挥效力且不易冲孔;使用Y26型手持式风动凿岩机成孔(耗气量为 2.SmVmin);在岩体8表面破裂线上按设定的药孔孔距进行定位并使药孔中屯、位于破裂面6 上，当有两个W上互交的破裂面即寸，则需在互交破裂面的交线上设自由端孔4;药孔1垂直 度控制在1%W内，每次钻药孔1的深度控制在1000mm。
[0076] (3-3)钻孔清理
[0077] 在装药前应该保证药孔1旁洁净，余水和余渣用高压风吹洗干净。
[007引 （4)配浆
[0079] (4-1)按每次需灌药孔1的体积称取无声破碎剂的重量，该工程无声破碎剂与水的 重量之比为1:0.34。
[0080] (4-2)先将洁净的自来水按比例装在容器中，然后将无声破碎剂倒入已经盛好的 水的容器中，而不是将水倒入无声破碎剂中；静态破碎剂倒入过程中应采用边揽拌边倒入 的方法进行;加揽拌速度控制在3(K)r/min，揽拌的时间为3min;揽拌时采用用手提式揽拌机 揽拌，待揽拌均匀使之成为流质糊状后，迅速倒入药孔1内；从无声破碎剂加入水中至无声 破碎剂与水的混合物灌满药孔1的时间控制在10分钟W内，W避免冲孔。
[0081] (5)灌装浆液
[0082] (5-1)每次灌装浆液前，将药孔1内的余水和余渣用高压风吹洗干净，同时也确保 孔口旁应干净无±石渣。
[0083] 巧-2)将水与无声破碎剂的混合物注入药孔1中，使混合物体填充密实，灌满为止。
[0084] (6)安放组合导向装置
[0085] (6-1)制作
[0086] 导向装置的长条钢片2采用截面尺寸为3mmX35mm、长度为1040mm的扁钢制成，长 条钢片2的宽度为35mm，长条钢片的厚度为3mm，长条钢片的长度为1040mm。金属方管3采用 截面外形尺寸为25mm X 25mm的侣方管制成，长度为2000 mm，在侣方管长度方向中屯、线上开 设可穿过长条钢片2的上下对称导向方孔5,同一水平面上相邻导向方孔5之间的水平中屯、 距离等于药孔孔距，导向方孔5长度为:长条钢片的宽度+20mm，导向方孔5宽度为:长条钢片 2的厚度+lrnrn。
[0087] (6-2)安放:先在确定的破裂面6岩石上放置带有导向方孔5的金属方管3;沿破裂 面6的药孔1方向将长条钢片2通过导向方孔5插入药孔1(参见图4)，调整长条钢片2方向并 确保其宽度方向与破裂面6-致(参见图5、图6、图7)。
[0088] (7)爆破出確、回收组合导向装置
[0089] 本工程药孔1内无声破碎剂与水进行化学反应的时间约为化，当孔眼上表面裂纹 宽度含3mm时，即可进行清確和外运;清確过程中回收组合导向装置，循环使用。
[0090] W上对本实用新型的一种优选【具体实施方式】作了详细介绍。所述【具体实施方式】只 是用于帮助理解本实用新型的核屯、思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不 脱离本实用新型原理的前提下，还可W对本实用新型进行若干改进和修饰，运些改进和修 饰也属于本实用新型权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 基坑岩层定向静态爆破组合导向装置，其特征在于，包括长条钢片和金属方管;所述 长条钢片的宽度为(〇-2111111)~(〇-5_)、长度为(1^ + 4〇1]1111)~(1^ + 6〇1]1111)、厚度为2.〇1]11]1~ 3.4mm;D表示静态爆破药孔的孔径，L表示静态爆破药孔的孔深;所述金属方管的截面尺寸 为20mm X 20mm~30mm X 30mm，金属方管的长度为400mm~4000 mm，金属方管长度方向中心 线上设有可穿过长条钢片的上下对称的导向方孔，同一水平面上相邻导向方孔之间的水平 中心距离等于药孔孔距，导向方孔的长度比长条钢片的宽度大10 mm~30 mm，导向方孔的 宽度比长条钢片的厚度大0.5 mm~1.0mm。2. 根据权利要求1所述的基坑岩层定向静态爆破组合导向装置，其特征在于，所述长条 钢片由扁钢制成，金属方管为铝方管或钢方管。
【文档编号】E02D17/02GK205561694SQ201620084560
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】刘玉柱
【申请人】湖南航天建筑工程有限公司