根据多个国家大型水电工程中的爆破实践,精细爆破清洗应包含如下几个部分:①精确数值化的爆破清洗技术研究;②定量化的工程爆破清洗设计;③高精度高可靠性的爆破清洗器材选型;④精细化的爆破清洗施工技术;⑤精细化的施工管理方法;⑥定量化的爆破清洗效果评价等内容。其核心是定量化、精细化和清洗高安全性。
(1)精确数值化的爆破和清洗技术研究
随着爆炸力学、岩石动力学、工程力学和工程爆破清洗技术等基础理论研究领域的不断进展,借助飞跃发展的计算机技术、爆破试验和测量技术,使得定量化的爆破技术研究成为可能。基于运动学和结构力学的基本理论,采用FEM, DDA, AEM和LS-DYNA等数值方法,己能对城市拆除爆破、土岩爆破、爆炸加工等进行较精确的预测和仿真,不再借助实体模型就可以实现对不同爆破方案的分析、比较和研究。此外,采用高速摄影及其三维数值分析系统,己经可以对爆破全过程实施数值化监测,可以定量化分析每一个破碎块体的运动过程和运动规律。
(2)定量化的工程爆破清洗设计
定量化的爆破研究和分析使定量化的爆破设计成为可能。一个完整的工程爆破设计包含爆破方案比较和选择,爆破参数确定,炮孔布置形式的确定,起爆网络设计。
定量化的爆破方案,包含开挖方式、开挖分区、开挖台阶高度、起爆方式、爆破规模等,通过数值优化分析.以定量化的方式给出。
定量化的爆破参数选择:主爆破孔爆破参数包括炸药单耗、炮孔间排距、密集系数、炮孔孔径、炸药药径、炮孔堵塞长度;预裂孔爆破参数主要包括线装药密度、炮孔间距、堵塞长度等,此外还包括施工预裂参数。在爆破参数的确定上,借助目前的数值分析和试验手段,己经基本摆脱以往凭经验确定的传统模式,精确定量化的选择目前己经成为现实。
精确化的起爆网路:传统的起爆系统,在设计方法上己经实现了定量化,但由于起爆器材的误差,无论是电起爆还是非电起爆,在实践中都很难满足精细化要求。近年来,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统的成熟,才使精确化的起爆网络设计成为可能,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统均可以达到精确毫秒级的起爆精度。
(3)高精度高可靠性的爆破器材选型
高精度非电雷管和数码雷管的研制成功,在控制结构倒塌过程、改善岩石破碎效果、实现抛掷堆积控制以及降低爆破震动效应等方面发挥了显著作用.基本实现了对爆破过程的精确控制。这些爆破器材的进步,加强了对爆破作用过程的控制能力,使在施工中达到精细化的要求成为可能。
(4)精细化的爆破施工清洗技术
施工机械化和自动化水平的提高,为精细爆破施工提供了技术支持,尤其是以3S技术(RS, GIS,GPS)为代表的信息技术在爆破工程中的应用,使得爆破工程测量放线、钻孔精度、装药堵塞等各项工序的精细程度大大提高。满足精细爆破要求的施工机械和施工技术,从施工层面为精细爆破提供了技术保障。
施工工艺流程控为爆破设计及审批→开挖区域大面找平→清面→测量放线→布孔→技术交底→打设插筋、钻机就位、固定→钻孔→清孔→钻孔质量检查→钻孔保护→装药→网路连接→网路检查→起爆→出渣→坡面清理→开挖边坡测量检测→爆破效果分析→下一循环。这一流程有效控制了施工质量,为最终实现对爆破过程的精细控制起到了重要作用。
(5)精细化的施工管理方法
要实现对爆破过程的精确控制,离不开精细化的施工管理方法。施工管理方法包括建立规章制度和制定质量控制标准,质量控制标准包括爆破震动控制标准、声波波速衰减率标准、保留面的超欠挖和平整度和残孔率要求等。
(6)精细化、数值化的爆破清洗效果评价爆破效果评价包括爆破振动的数值化监测、岩体爆破松弛深度的数值化测试、平整度和超欠挖检测、钻孔电视检测等数值化检测手段。
爆破振动的数值化监测:例如目前具有国际先进水平的加拿大MiniMate Plus测振系统以及国内的EXP 3850爆破振动测试系统,都可以对爆破振动进行及时有效的数值分析。
另外,残孔率、平整度和超欠挖检测,提供了对爆破清洗效果进行评估的定量化指标。
(1)精确数值化的爆破和清洗技术研究
随着爆炸力学、岩石动力学、工程力学和工程爆破清洗技术等基础理论研究领域的不断进展,借助飞跃发展的计算机技术、爆破试验和测量技术,使得定量化的爆破技术研究成为可能。基于运动学和结构力学的基本理论,采用FEM, DDA, AEM和LS-DYNA等数值方法,己能对城市拆除爆破、土岩爆破、爆炸加工等进行较精确的预测和仿真,不再借助实体模型就可以实现对不同爆破方案的分析、比较和研究。此外,采用高速摄影及其三维数值分析系统,己经可以对爆破全过程实施数值化监测,可以定量化分析每一个破碎块体的运动过程和运动规律。
(2)定量化的工程爆破清洗设计
定量化的爆破研究和分析使定量化的爆破设计成为可能。一个完整的工程爆破设计包含爆破方案比较和选择,爆破参数确定,炮孔布置形式的确定,起爆网络设计。
定量化的爆破方案,包含开挖方式、开挖分区、开挖台阶高度、起爆方式、爆破规模等,通过数值优化分析.以定量化的方式给出。
定量化的爆破参数选择:主爆破孔爆破参数包括炸药单耗、炮孔间排距、密集系数、炮孔孔径、炸药药径、炮孔堵塞长度;预裂孔爆破参数主要包括线装药密度、炮孔间距、堵塞长度等,此外还包括施工预裂参数。在爆破参数的确定上,借助目前的数值分析和试验手段,己经基本摆脱以往凭经验确定的传统模式,精确定量化的选择目前己经成为现实。
精确化的起爆网路:传统的起爆系统,在设计方法上己经实现了定量化,但由于起爆器材的误差,无论是电起爆还是非电起爆,在实践中都很难满足精细化要求。近年来,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统的成熟,才使精确化的起爆网络设计成为可能,高精度非电起爆系统和数码雷管起爆系统均可以达到精确毫秒级的起爆精度。
(3)高精度高可靠性的爆破器材选型
高精度非电雷管和数码雷管的研制成功,在控制结构倒塌过程、改善岩石破碎效果、实现抛掷堆积控制以及降低爆破震动效应等方面发挥了显著作用.基本实现了对爆破过程的精确控制。这些爆破器材的进步,加强了对爆破作用过程的控制能力,使在施工中达到精细化的要求成为可能。
(4)精细化的爆破施工清洗技术
施工机械化和自动化水平的提高,为精细爆破施工提供了技术支持,尤其是以3S技术(RS, GIS,GPS)为代表的信息技术在爆破工程中的应用,使得爆破工程测量放线、钻孔精度、装药堵塞等各项工序的精细程度大大提高。满足精细爆破要求的施工机械和施工技术,从施工层面为精细爆破提供了技术保障。
施工工艺流程控为爆破设计及审批→开挖区域大面找平→清面→测量放线→布孔→技术交底→打设插筋、钻机就位、固定→钻孔→清孔→钻孔质量检查→钻孔保护→装药→网路连接→网路检查→起爆→出渣→坡面清理→开挖边坡测量检测→爆破效果分析→下一循环。这一流程有效控制了施工质量,为最终实现对爆破过程的精细控制起到了重要作用。
(5)精细化的施工管理方法
要实现对爆破过程的精确控制,离不开精细化的施工管理方法。施工管理方法包括建立规章制度和制定质量控制标准,质量控制标准包括爆破震动控制标准、声波波速衰减率标准、保留面的超欠挖和平整度和残孔率要求等。
(6)精细化、数值化的爆破清洗效果评价爆破效果评价包括爆破振动的数值化监测、岩体爆破松弛深度的数值化测试、平整度和超欠挖检测、钻孔电视检测等数值化检测手段。
爆破振动的数值化监测:例如目前具有国际先进水平的加拿大MiniMate Plus测振系统以及国内的EXP 3850爆破振动测试系统,都可以对爆破振动进行及时有效的数值分析。
另外,残孔率、平整度和超欠挖检测,提供了对爆破清洗效果进行评估的定量化指标。