工程爆破的基本方法
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工程爆破的基本方法范文第1篇
爆破法施工因其经济、高效、快速等特点，成为岩体等各类工程建设的主要方法，广泛应用于隧道、矿山、路堑边坡、基坑等工程，对国民经济建设起着积极促进作用。爆破工程是安徽理工大学土建类矿山建设、岩土工程、城市地下空间工程以及道路与桥梁工程四个方向的专业必选课；旨在通过课程的学习，学生能够了解爆破工程的发展历史，掌握基本的理论与方法，具备独立进行一般爆破工程设计与施工的能力。教学大纲规定该课程为32个学时（其中，教学30个学时，考试2个学时），通过课程的学习，要求学生能够熟练掌握常用的起爆方法、爆破破岩机理、露天爆破技术、地下工程爆破技术、拆除爆破原理与方法以及爆破安全技术措施；能够进行一般岩土爆破、井巷掘进爆破和隧道施工爆破设计，以及烟囱、水塔等拆除爆破设计。
二、存在的问题
（一）内容多、学时少
目前，主要的《爆破工程》教材主要内容为：绪论、炸药理论、爆破器材与起爆技术、岩土中爆炸的基本理论、地下工程爆破、露天工程爆破、拆除爆破技术、钻孔方法和钻孔机具、爆破安全。显然，在教学大纲规定的32个学时内，无法讲授全部内容，造成后面章节（多为钻孔方法和钻孔机具、爆破安全）没有时间讲授。而爆破安全是爆破施工中尤为重要的环节，特别是现在城市复杂环境下的爆破是难点。
（二）教学内容
土建类专业主要是利用炸药爆炸破岩，解决实际工程问题。教材中存在一些理论性较强、脱离工程实践的内容，教师讲授时不可能都做到生动形象，使学生们缺乏兴趣。例如：在各版本教材中，炸药理论均占有一定的篇幅。实际工程中，较多使用的是水胶炸药和乳化炸药系列，选择余地小。因此，此类纯理论的内容可少讲或不讲，如炸药热化学参数的具体计算、炸药的爆轰等。而工程实际密切的内容可以多讲，如露天岩土爆破、隧道施工爆破等。
（三）教学方法
教学方法是提高教学质量的重要手段，广泛使用的多媒体教学与板书相结合已不能完全满足教学要求。至于实验课，爆破工程因其材料的特殊性，实验难以实现每个环节人人参与；而只能做一些简单、危险性小的实验，如霍金逊效应、爆破漏斗实验，其他的难以实现。
（四）爆破安全教育重视不足
爆破安全包括爆破工程的安全实施和爆破作用有害效应对周围环境的影响两部分。由于学时、重视不足等原因，在教学时此方面内容较少涉及。加强爆破安全教育的重要性如下：
1．爆破工程事故层出不穷，每次都造成较大的人员伤亡和财产损失，为爆破行业带来了负面效应，也增加了人们对爆破的恐惧心理，不利于爆破施工企业与爆区周围居民的协调。爆破工程事故主要有：爆破器材使用不当引起的事故、爆破施工过程管理不善造成的事故和爆破有害效应引起的事故。
2．爆破有害效应的控制或消除需要掌握其致灾原理、控制机理和方法。如爆破震动，作为最常见的爆破有害效应，在城市内各种爆破时要求尤为严格，因为稍有不慎，过强的爆破震动会造成周围建（构）筑物开裂、倒塌，地下管线爆裂等严重灾害。爆破震动的控制要求掌握爆破地震波的传播规律，爆破震动的监测与分析等知识。在以地铁为代表的城市地下工程中，爆破有害效应的控制有着前所未有的重要。
三、教学内容体系改革
（一）矿山建设方向矿山建设方向学生毕业后的主要就业岗位为各类矿山开采、井巷工程掘进施工、边坡工程施工等，因此，其教学内容主要为以下几个方面：
1．爆破工程的基础理论，包括炸药基本理论、工业炸药、起爆器材与起爆方法、爆破破岩机理等。重点是起爆方法（电雷管、导爆索、导爆管等）中的各种起爆网络和光面爆破、预裂爆破。
2．露天爆破，包括露天浅孔爆破、露天深孔爆破和硐室爆破等。主要讲授露天台阶爆破和硐室爆破，并结合煤矿露天开采爆破实例，如神华集团黑岱沟露天矿。
3．地下工程爆破，包括井巷掘进爆破、隧道掘进爆破和地下采矿爆破。以井筒和巷道掘进爆破、地下采矿爆破为主。
4．拆除爆破，包括烟囱、水塔等高耸构筑物的拆除爆破，高大建筑物如各种楼房的拆除爆破，以及基础、桥梁、冷却塔等建（构）筑物的拆除爆破。
5．爆破安全与管理，包括爆破安全管理，拒爆的处理，爆破工程事故案例（包含爆破器材、早爆和拒爆事故、爆破施工和爆破有害效应等不同原因的事故案例），爆破有害效应的形成机理与控制，爆破对环境的影响与控制等，如爆破震动监测与分析，爆破损伤测等。
（二）岩土工程与城市地下空间工程方向这两个专业方向的毕业生主要从事（地铁）隧道工程、岩土工程方面的工作，除了爆破工程的基础理论，主要教学内容还包括：
1．露天爆破，包括露天浅孔爆破、露天深孔爆破、定向断裂控制爆破以及基于光面爆破的护壁爆破技术等。以露天台阶爆破为主，案例如闹市区深大基坑开挖爆破，沟渠爆破开挖等。
2．地下工程爆破，包括井巷掘进爆破、隧道掘进爆破和地下采矿爆破。以隧道掘进爆破为主，结合隧道掘进施工、桩井爆破施工等工程案例。
3．拆除爆破，包括烟囱、水塔等高耸构筑物的拆除爆破，高大建筑物如各种楼房的拆除爆破，以及基础、桥梁、冷却塔等建（构）筑物的拆除爆破。
4．特殊控制爆破，主要包括特殊环境爆破施工（含瓦斯区域，临近特殊物体如油库和天然气库、输油输气管道旁边的控制爆破，危岩体处理爆破等），爆炸挤淤，冻土爆破，爆炸处理软基，爆炸成型和爆炸焊接，爆破成井，水压爆破，静态破碎等。
5．爆破安全与管理，主要包括爆破安全管理、安全评价，拒爆的处理，城镇及复杂环境岩土爆破中的安全技术，爆破工程事故案例，爆破有害效应控制等。
（三）道路与桥梁工程方向
该专业方向学生毕业后主要从事交通工程如公路、铁路、隧道等方面的工作，其中，路堑开挖、桥梁桩基、隧道等都涉及爆破工程。除了爆破工程的基础理论，主要教学内容还包括：
1．露天爆破，主要有路堑开挖爆破，如台阶爆破、光面爆破，预裂爆破，硐室爆破，采石爆破，危（旧）桥梁拆除爆破等。
2．地下工程爆破，包括井巷掘进爆破、隧道掘进爆破。以隧道掘进爆破、桥梁桩井开挖爆破为主。
3．特殊控制爆破，主要包括特殊环境爆破施工（含瓦斯区域，临近特殊物体如油库和天然气库、输油输气管道旁边的控制爆破，危岩体处理爆破等），爆炸挤淤，冻土爆破，爆炸处理软基，爆破成井，水压爆破，静态破碎等。
4．爆破安全与管理，各类交通工程建设过程中，可能有部分爆破工程周围存在人口密集的居住区或重要的建（构）筑物，故在此类工程进行时，同样要加强爆破安全管理，进行爆破有害效应如爆破震动、飞石、冲击波等的监测与控制。因此，进行爆破安全与管理方面的教育是十分必要的。在针对专业方向改革教学内容的同时，教学过程中要充分利用多媒体教学信息量大的特点，结合科研和实际工程进行讲授，通过录像和照片对实际工程爆破进行剖析，以大大提高学生学习兴趣，进而改变教学过程由教师单方灌输为学生主动探索学习，这更有利于学生理解和掌握专业知识，并进行爆破方案和参数的设计。
四、结语
工程爆破的基本方法范文第2篇
摘 要：为了提高开挖边坡的工程质量，避免或者消弱开挖爆破对围岩的破坏作用，最佳方案就是采用光面爆破和预裂爆破等弱扰动爆破技术。为此，本文以浙赣线电化提速工程第七标段DIK119+150～DIK119+350裁弯取直段路堑工程为背景，进行光面爆破开挖试验，提出了在当前工艺条件下光面爆破合理施工工艺，以满足高标准铁路的高质量边坡开挖工程要求。
关键词：路堑边坡；光面爆破；施工工艺
关键词：路堑边坡；光面爆破；施工工艺
Abstract: In this paper, the Zhejiang-Jiangxi Electrochemical speed engineering the seventh tenders DIK119 to +150 ~ +350 DIK119 cutting the bends straight section of road cutting engineering as the background, to take the smooth blasting excavation test, point out smooth blasting reasonable construction technology in the current process conditions, to meet the high standards of railway high-quality slope excavation.Key words: cutting slope; smooth blasting; construction process
Abstract: In this paper, the Zhejiang-Jiangxi Electrochemical speed engineering the seventh tenders DIK119 to +150 ~ +350 DIK119 cutting the bends straight section of road cutting engineering as the background, to take the smooth blasting excavation test, point out smooth blasting reasonable construction technology in the current process conditions, to meet the high standards of railway high-quality slope excavation.Key words: cutting slope; smooth blasting; construction process
中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：
中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：
1、工程概况
1、工程概况
浙赣线电化提速工程第七标段位于浙江义乌市后宅镇，系原有铁路的裁弯取直段，施工过程对既有铁路没有影响，故该标段施工条件等同于新线建设。其中DIK119+150～DIK119+350段的双线路堑石方边坡总长度为613m，路堑上部开槽宽度为34－48m，底宽20m左右，最大挖深为32m，需要采用弱扰动光面爆破法施工。
浙赣线电化提速工程第七标段位于浙江义乌市后宅镇，系原有铁路的裁弯取直段，施工过程对既有铁路没有影响，故该标段施工条件等同于新线建设。其中DIK119+150～DIK119+350段的双线路堑石方边坡总长度为613m，路堑上部开槽宽度为34－48m，底宽20m左右，最大挖深为32m，需要采用弱扰动光面爆破法施工。
为使试验具有代表性和普适性，根据施工现场的实际情况，深孔光面爆破试验于2004年夏在DIK119+150~DIK119+350内只进行了200m，最大挖深30m，分2个台阶开挖。上台阶高10m，岩体较风化，坡度为1:0.75;下台阶高20m，岩体为弱风化，坡度为1:0. 5，如图1－1。
为使试验具有代表性和普适性，根据施工现场的实际情况，深孔光面爆破试验于2004年夏在DIK119+150~DIK119+350内只进行了200m，最大挖深30m，分2个台阶开挖。上台阶高10m，岩体较风化，坡度为1:0.75;下台阶高20m，岩体为弱风化，坡度为1:0. 5，如图1－1。
2、钻孔施工
2、钻孔施工
2.1钻孔前的施工准备
2.1钻孔前的施工准备
2.1.1边坡测量放线
2.1.1边坡测量放线
施工前要严格做好测量放线工作。边坡测量应分两次进行，第一次测量主要为钻机操作的平台定位，在钻机平台修好后，进行第二次定位测量。其测量方法可以用全站仪一次完成，边桩点10m设一个，边桩点连线为钻孔轮廓线。
施工前要严格做好测量放线工作。边坡测量应分两次进行，第一次测量主要为钻机操作的平台定位，在钻机平台修好后，进行第二次定位测量。其测量方法可以用全站仪一次完成，边桩点10m设一个，边桩点连线为钻孔轮廓线。
2.1.2钻机平台修建
2.1.2钻机平台修建
钻机平台是钻机移位和架设的场地。钻机平台原则是越宽越好，一般根据钻孔机械类型而确定，但最小不要小于1.5m。平台应尽量做到横向平整，纵向平缓。
钻机平台是钻机移位和架设的场地。钻机平台原则是越宽越好，一般根据钻孔机械类型而确定，但最小不要小于1.5m。平台应尽量做到横向平整，纵向平缓。
2.2钻机对位
2.2钻机对位
为了提高钻孔水平，在总结大量施工经验的基础上，提出必须按“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机。
为了提高钻孔水平，在总结大量施工经验的基础上，提出必须按“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机。
钻机对位要准：为了保证钻机在同一水平面上对位开孔，在钻机平台上利用钢管作为钻机移动的轨道。钢管一般架设在边坡线外30cm处，连接并固定垫实，再根据设计的孔距用油漆在钢管上标明孔位，以保证对位准确。
钻机对位要准：为了保证钻机在同一水平面上对位开孔，在钻机平台上利用钢管作为钻机移动的轨道。钢管一般架设在边坡线外30cm处，连接并固定垫实，再根据设计的孔距用油漆在钢管上标明孔位，以保证对位准确。
钻孔方向要正：钻孔方向正就是要使炮孔垂直于边坡线，并保证相邻炮孔相互平行并处在同一坡上。一般做法是沿边坡开挖线拉一条测线，量测机架两侧至测线距离相等时，则钻机没有发生扭曲现象。同时还应注意，由于边坡高低不平，为了机身不倾斜，在机架顶部焊接20cm角钢或者半圆钢，并将其垫平以保证方向正确。
钻孔方向要正：钻孔方向正就是要使炮孔垂直于边坡线，并保证相邻炮孔相互平行并处在同一坡上。一般做法是沿边坡开挖线拉一条测线，量测机架两侧至测线距离相等时，则钻机没有发生扭曲现象。同时还应注意，由于边坡高低不平，为了机身不倾斜，在机架顶部焊接20cm角钢或者半圆钢，并将其垫平以保证方向正确。
钻孔角度要精：钻孔角度是爆破坡面平整、光滑的保证。一般的做法是在钻机机架上吊一垂线，以标准角尺调整钻孔角度。
钻孔角度要精：钻孔角度是爆破坡面平整、光滑的保证。一般的做法是在钻机机架上吊一垂线，以标准角尺调整钻孔角度。
2.3钻机工艺
2.3钻机工艺
钻机作业的基本要求：必须熟悉岩石性质，摸清不同岩层的凿岩规律。
钻机作业的基本要求：必须熟悉岩石性质，摸清不同岩层的凿岩规律。
凿岩的基本要领：孔口要完整，孔壁要光滑，湿式凿岩时要调整好水量，掌握好岩浆浓度，保证排渣顺利。
凿岩的基本要领：孔口要完整，孔壁要光滑，湿式凿岩时要调整好水量，掌握好岩浆浓度，保证排渣顺利。
凿岩的基本操作方法：钻孔开孔时不加压，利用自重打出眼窝后再加压钻孔。在钻孔过程中，软岩慢打，硬岩快打。
凿岩的基本操作方法：钻孔开孔时不加压，利用自重打出眼窝后再加压钻孔。在钻孔过程中，软岩慢打，硬岩快打。
3、装药和堵塞施工工艺
3、装药和堵塞施工工艺
严格做好药包、药串加工，装药量、装药结构和堵塞质量均需符合设计要求，这是搞好光面、预裂爆破的重要技术措施。
严格做好药包、药串加工，装药量、装药结构和堵塞质量均需符合设计要求，这是搞好光面、预裂爆破的重要技术措施。
3.1装药结构
3.1装药结构
光面预裂爆破的装药结构能使其爆破后达到理想的爆破效果，即形成一个光滑平整的壁面。常采用不耦合装药结构，径向不耦合系数k＝D/d(孔径/药径)，通常取2～5。
光面预裂爆破的装药结构能使其爆破后达到理想的爆破效果，即形成一个光滑平整的壁面。常采用不耦合装药结构，径向不耦合系数k＝D/d(孔径/药径)，通常取2～5。
3.2装药与堵塞
3.2装药与堵塞
一般采用人工装药。装药前要将孔内残渣和存水吹干净，有水的孔要使用防水炸药。为了使炸药爆炸时能获得良好的不耦合效应，尽量将药柱（或者药卷串）置于炮孔的中心。为达到此目的，可采用一种塑料制的膨胀联结套（称居中器）将药卷串固定在炮孔中央。炸药装填好后，孔口的不装药段应使用岩粉或干沙等松散材料堵塞。目的，可采用一种塑料制的膨胀联结套（称居中器）将药卷串固定在炮孔中央。炸药装填好后，孔口的不装药段应使用岩粉或干沙等松散材料堵塞。
4、起爆网路
4、起爆网路
起爆网路是爆破成败的关键，因此必须做好设计和施工工作。
起爆网路是爆破成败的关键，因此必须做好设计和施工工作。
主炮孔为导爆管毫秒雷管，边坡孔为导爆索接力传递，采用复式交叉网路。传爆顺序为：
主炮孔为导爆管毫秒雷管，边坡孔为导爆索接力传递，采用复式交叉网路。传爆顺序为：
导爆索连接起爆，连接方法如图4－1
导爆索连接起爆，连接方法如图4－1
图4－1 预裂爆破起爆网路连接示意图
图4－1 预裂爆破起爆网路连接示意图
在连接起爆网路时应注意以下几点：
在连接起爆网路时应注意以下几点：
主炮孔下部雷管反向安置在底部，以避免产生瞎炮和残留药。
主炮孔下部雷管反向安置在底部，以避免产生瞎炮和残留药。
孔内引出导爆索与地面导爆索主线连接时，应注意连接方向必须端头朝向引爆雷管，且其绑接长度不少于20cm。
孔内引出导爆索与地面导爆索主线连接时，应注意连接方向必须端头朝向引爆雷管，且其绑接长度不少于20cm。
当光面、预裂爆破规模较大时，为了减轻爆破过程中的振动影响，可以使用分段爆破。在同一时段内采用导爆索起爆，各段之间分别用毫秒电雷管引爆，每一段可以接5～10孔。
当光面、预裂爆破规模较大时，为了减轻爆破过程中的振动影响，可以使用分段爆破。在同一时段内采用导爆索起爆，各段之间分别用毫秒电雷管引爆，每一段可以接5～10孔。
若单独起爆可用电、非电或者火雷管；若于主体爆破同时施爆则必须使用符合设计要求的相应段数的电或者非电毫秒雷管。
若单独起爆可用电、非电或者火雷管；若于主体爆破同时施爆则必须使用符合设计要求的相应段数的电或者非电毫秒雷管。
5、安全措施
5、安全措施
5.1 爆破安全设计
5.1 爆破安全设计
5.1.1 爆破振动安全设计
5.1.1 爆破振动安全设计
按照爆破安全规程（GB6722-2003），爆破地震控制以地面质点振动速度为安全依据：
按照爆破安全规程（GB6722-2003），爆破地震控制以地面质点振动速度为安全依据：
式中：
式中：
V——地面质点振动速度（cm/s）；
V——地面质点振动速度（cm/s）；
Q——一次起爆的最大炸药量（kg）；
Q——一次起爆的最大炸药量（kg）；
K——与地质条件有关的系数；
K——与地质条件有关的系数；
——地震波衰减系数；
——地震波衰减系数；
R——建筑物距爆破中心距离（m）。
R——建筑物距爆破中心距离（m）。
根据以往的工程经验，本次试验取值K＝150，＝1.5。
根据以往的工程经验，本次试验取值K＝150，＝1.5。
当最大单响药量为90kg时200m外的村庄最大质点振动速度小于0.5cm/s。
当最大单响药量为90kg时200m外的村庄最大质点振动速度小于0.5cm/s。
5.1.2 飞石安全距离设计
5.1.2 飞石安全距离设计
按照爆破安全规程，爆破时为了防治飞石的安全距离设为300m。
按照爆破安全规程，爆破时为了防治飞石的安全距离设为300m。
5.1.3 空气冲击波的安全距离设计
5.1.3 空气冲击波的安全距离设计
临空面位于山谷内，山谷出口方向2km无人居住，山背侧影响很小，现场可以设在300m处设置警戒线。
临空面位于山谷内，山谷出口方向2km无人居住，山背侧影响很小，现场可以设在300m处设置警戒线。
纵上所述经过计算分析，每次爆破在300m处设置警戒线，可以满足安全要求。
纵上所述经过计算分析，每次爆破在300m处设置警戒线，可以满足安全要求。
5.2安全措施
5.2安全措施
无论在何种情况下，都应保证设计所要求的堵塞长度。堵塞段内均采用粘土掺岩粉的方式充填密实。在靠近居民区、通讯线、高压线等重点保护区域，必须采用橡胶垫覆盖炮孔。对有水孔堵塞时，不能充填含水量高的粘土和岩粉，而应用干岩粉充填捣实。严格按照爆破安全规程有关规定施工。
无论在何种情况下，都应保证设计所要求的堵塞长度。堵塞段内均采用粘土掺岩粉的方式充填密实。在靠近居民区、通讯线、高压线等重点保护区域，必须采用橡胶垫覆盖炮孔。对有水孔堵塞时，不能充填含水量高的粘土和岩粉，而应用干岩粉充填捣实。严格按照爆破安全规程有关规定施工。
6、 试验效果及小结
6、 试验效果及小结
在浙赣线电化提速工程DIK119+150～DIK119+350工点路堑光面爆破试验中，按照光面爆破工艺流程来进行施工试验，得到了很好的光面效果。爆破开挖后试验段的路堑边坡一次成型，坡面平整、美观，半孔率达到95％左右，如下图。
在浙赣线电化提速工程DIK119+150～DIK119+350工点路堑光面爆破试验中，按照光面爆破工艺流程来进行施工试验，得到了很好的光面效果。爆破开挖后试验段的路堑边坡一次成型，坡面平整、美观，半孔率达到95％左右，如下图。
参考文献：
参考文献：
张继春 等. 工程控制爆破. 成都:西南交通大学出版社. 2001
张继春 等. 工程控制爆破. 成都:西南交通大学出版社. 2001
张志毅 王中黔. 交通土建工程爆破工程师手册. 北京：人民交通出版社. 2002
张志毅 王中黔. 交通土建工程爆破工程师手册. 北京：人民交通出版社. 2002
冯叔瑜 马乃耀. 爆破工程. 北京：中国铁道出版社. 1980
冯叔瑜 马乃耀. 爆破工程. 北京：中国铁道出版社. 1980
张电吉. 爆破震动对边坡影响的分析与研究. 爆破. 1993.2
张电吉. 爆破震动对边坡影响的分析与研究. 爆破. 1993.2
戴俊. 岩石动力学特性与爆破理论. 北京：冶金工业出版社，2002. 05
戴俊. 岩石动力学特性与爆破理论. 北京：冶金工业出版社，2002. 05
蔡福广. 光面爆破新技术. 北京：中国铁道出版社,1994.
蔡福广. 光面爆破新技术. 北京：中国铁道出版社,1994.
刘殿中.工程爆破实用手册.北京:冶金工业出版社，1999.
刘殿中.工程爆破实用手册.北京:冶金工业出版社，1999.
GB6722-2003,爆破安全规程. 中国建筑工业出版社，2003.
GB6722-2003,爆破安全规程. 中国建筑工业出版社，2003.
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工程爆破的基本方法范文第3篇
[关键词]浅孔爆破技术 极薄矿体 调整爆破参数
[中图分类号] P578.2+5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-323-2
0前言
由于大村矿床的矿体为极薄矿体。依据生产实践及采矿实验的经验总结，在开采时选择只开采矿层部分不开采顶底板围岩的采矿方法，才最终能够降低损失率、贫化率保证供矿品质的方法。但是，既要保证品质又要提高生产效率，就必须在爆破技术上不断的摸索，最终找到一条可行的出路，才能实现公司的长期盈利，也才能使桂花公司带来生存与发展的机会。
1浅孔爆破参数的设计
1.1爆破地质条件
桂花大村矿床为层状面型矿床，在矿石的垂直产出中，分为上、中、下三层，从上至下依次为页岩、砾岩、砂岩，三种类型的矿石在矿体中无明显的分界线，矿体连续性好，矿体产状与围岩产状一致。矿体平均厚度约为0.59m，松散系数1.6，矿石硬度系数f=8～14，围岩硬度系数f斑岩=8～14 、f泥=3～5，顶、底板围岩稳固。地质构造较简单，断裂及次一级褶皱不多，一般规模小，节理裂隙较发育。
1.2孔网参数的确定
（1）炮孔直径及药卷直径。桂花公司目前所使用的钻头直径基本为42mm，药卷直径为32mm（硝铵炸药）。依据现场对爆破效果的总结，因为矿层较薄，爆破时对顶、底板围岩的破坏都相对比较大，爆破空区高度还是难以顺利控制在设计范围内。
通过这些现象的分析表明，除部分区域内的岩石可爆性有所复杂外，主要是需要在炮孔直径及药卷直径上找原因。
依据“岩石爆破理论”中的“岩石内部作用分析”可得出，药包在无限岩体内爆炸作用后，会引起岩体产生不同程度的破坏，可分为近区、中区和远区三个部分。其中，中区（破裂区）是工程爆破中矿岩破碎的主要区域。破裂区破坏范围为（8―150）R0的区域（R0为药包半径）。在相同性质的矿岩中药包半径越小破裂区域越小。
因此，在对大村矿床极薄矿体的爆破中，若要降低空区高度，减小对顶、底板围岩的破坏。就应当使用小钻头打小孔径的炮孔，同时使用小直径的药卷。建议药卷直径采用25―28，mm的小直径药卷，炮孔直径施工成30―35mm的小孔径炮孔。
（2）抵抗线W。结合大村矿床极薄矿体爆破地质条件，及现场爆破效果经验可总结出：W=（10―20）d，式中：d―钻头直径，29--34mm；或W=（0.2―0.25）L，L―炮孔平均深度，1.5―2.5m。
（3）孔间距和排间距。依据现场的总结，对极薄矿体的爆破应当是，排间距基本等于布孔位置处的矿体厚度，孔间距可略小于排间距，且两者相差一般不超过10--20cm；孔间距a=0.3―0.5m；排间距b=0.35―0.6m，在爆破时，对排间距与孔间距的灵活调整，才能最终降低采空区高度。
1.3炸药单耗的确定
炸药单耗与岩石的硬度普氏系数、断层控制状况及裂隙发育情况有关，主要取经验值，且根据岩石风化程度薄弱面分布情况来调整。
因为砂岩矿石硬度系数为f=8～14，页岩矿石f=3～5。因此，通过查表1-1可得，砂岩矿炮孔炸药单耗约为1.0―2.5/kg・m-3；页岩矿炮孔炸药单耗约为0.26―1.0/kg・m-3。
2大村矿床极薄矿体内布置眼孔的最佳方式
2.1浅孔爆破中炮孔排列的原则及炮孔排列的三种方法
炮孔排列的原则是：尽量使炮孔排间距等于最小抵抗线W；排与排之间尽量错开使其分布均匀，让每孔负担的破岩范围基本相等，以保证矿块均匀；多用水平或上向孔，以便凿岩；炮孔方向尽量与自由面平行。
浅孔爆破中，炮孔排列一般有三种不同的方法：①平行排列；②之字形排列；③梅花形排列。
2.2适合于大村矿床极薄矿体的炮孔排列的方法
按照矿体厚度分类，厚度在0.8m以下的称之为极薄矿体。在回采时，如果只考虑回采矿层不回采顶底板废石，我们在打眼布孔时就必须要求把眼孔布置在矿体内。因此，对打眼位置，布眼形式等都有比较高的要求。
依据现场经验总结，适合于大村矿床极薄矿体的眼孔布置方式主要为梅花形布眼。简言之，就是单、双眼交错布置，布置一排双眼后，又布置一排单眼，并依次轮回。要求单眼布置在矿体的正中间，双眼也必须布置在矿内，双眼的顶眼和底眼都必须分别距离矿体顶底板界线5―10cm以上。基本遵循“多打眼少装药”的原则。（如图1）
3炮孔装药量计算
3.1顶眼装药量计算
依据现场矿体情况，双眼中的顶眼一般情况下布置在泥质页岩的矿层里面。而泥质页岩矿炮孔炸药单耗约为0.26―1.0/kg？m-3；若炮孔深度为1.5m，炮孔直径为35mm，炸药单耗取中值0.63/kg？m-3时，装药量为363.5g/孔，若按200g/筒药来计算，大约装2筒/孔的药量。
3.2底眼装药量计算
依据现场矿体情况，双眼中的底眼一般情况下布置在砂岩矿里面。砂岩矿炮孔炸药单耗约为1.0―2.5/kg・ m-3；若炮孔深度为1.5m，炮孔直径为35mm，炸药单耗取中值1.75/kg・m-3时，装药量为1009.7g/孔，若按200g/筒药来计算，大约装5筒/孔的药量。
3.3单眼装药量计算
依据现场的矿体情况，单眼布置在矿体的中间，基本位于砂岩矿与页岩矿的交界处的砾岩中。但是从现场来看，砾岩矿层的厚度极薄，因此在爆破时，基本只考虑砂岩矿与页岩矿的硬度系数问题。因此，单眼的装药量应当基本等于双眼的总装药量，或是略有偏大。
3.4起爆方式
起爆方式采用非电系统秒延期导爆管雷管起爆，近自由面处先起爆，远自由面处后起爆，每个段别雷管只起爆一排炮孔，两个双眼为同一个段别，单眼为另一个段别。网路连接形式采用簇式并联或分簇式并联，起爆网路连线如图2所示。
4爆破对采空区顶、底板围岩的影响分析
4.1爆破对顶板围岩的影响分析
大村矿床顶板围岩为泥质页岩，层状面型结构层理面比较明显，且矿体顶板附近有一层直接顶，直接顶与矿体的关系为，直接顶与矿石的总厚度为1.0-1.2m，两者处在一种动态平衡的关系中，当矿体变厚时，直接顶变薄，当矿体变薄时，直接顶变厚。例如：矿体有0.4―0.6m厚时，直接顶有0.6―0.8m厚，反之亦然。
因此，在爆破时必须考虑直接顶会跨落，导致安全威胁及矿石的损失贫化等问题。由此要求整个眼孔必须施工在矿体内，对眼孔的坡度、角度等施工要素必须严格控制。就必须要求操作者具备很高的操作技能，特别是炮孔必须与顶板围岩的层面平行，打眼时才不挑着顶板围岩，才能保证直接顶不会垮落。
4.2爆破对底板围岩的影响分析
大村矿床底板围岩为中细粒砂岩，一般情况底板围岩较为稳固，但是节理裂隙还是比较发育。在爆破时也不宜破坏底板围岩，如果在打眼施工时，把眼孔施工底板废石里面。爆破后就会使底板围岩变得比较松散，如果用电耙等设备进采空区里面出矿石的话，就会使二次贫化等问题变得严重，也给矿、废的人工分选劳动强度加大，同时，矿石品质降低都的幅度较大。
5结论
研究大村矿床极薄矿体爆破技术的课题是难题中的难题。但是实践证明，通过调整相关的爆破参数和眼孔直径、药卷直径；以及，通过提高操作技能严格现场操作，遵循不打废石眼的原则；是可以达到预期的爆破效果的。
因此，只要在采矿爆破技术上能够有所突破，能把最终采空区高度降到了极限，最终降低了损失率、贫化率，提高了生产效率及供矿品质。桂花公司不但能够解决生存与发展的问题，同时还能够实现长期的盈利。
参考文献
[1]《云南省大姚桂花铜选冶有限公司大村铜矿资源现状核查报告》云南楚雄思远投资有限公司矿产资源开发部，2012.
[2]《爆破工程》，张云鹏，冶金工业出版社，2011.
[3]《工程爆破》，翁春林，叶加冕，冶金工业出版社，2004.
[4]《桂花大村塔包谷么矿段开发工程、可行性研究报告》昆明有色冶金设计院，2008.
工程爆破的基本方法范文第4篇
[关键词] 公路隧道施工工法合理性选择
0前言
在隧道施工中首先对围岩的自承能力进行分析，然后进行开挖方法、预加固措施、支护方法的确定。“充分发挥围岩自承能力”是工程建设所期望的。为了发挥围岩自承能力，“基本维持围岩的原始状态”是基础，如何确定合理的隧道施工方案，才能达到有效地维持围岩的原始状态，就成为隧道工程建设所关注的重点问题。
由于目前的隧道施工法较多，各种施工工法的表面存在差异性，如何抓住问题的本质，提出具有普遍适用性的隧道施工方案，进行合理性判别，将有利于指导隧道工程的建设。
1围岩自承能力分析
围岩的自承能力来源于围岩自身强度。施工前岩体处于三维地应力状态，隧道施工后，在岩土体中形成新的空间，导致隧道周边岩土体失去原有的支撑，径向应力降低。围岩向隧道洞内移动，径向应力降低；切向应力随围岩初始应力状态的不同，出现应力升高，或出现应力分异而局部压应力集中及局部可能出现拉应力。总之，隧道开挖导致围岩应力状态趋于恶化。围岩稳定性是围岩强度与二次应力一对矛盾比较的结果。当围岩自身强度高于二次应力，围岩是能够稳定的，因此围岩的自承能力大小取决于围岩强度的高低。此处的围岩强度不是指围岩中岩石块体的强度，而是包含了结构面分布与性质、岩石块体（结构体）强度和工程因素等多方面影响的综合指标。隧道工程中不支护而长期稳定的实例则证明了围岩的自承能力，我国西北地区的窑洞就是一个显见的例证。
如果围岩强度低于二次应力围岩则发生破坏，破坏由表面向深处发展，围岩内应力不断调整，破坏不断发展，在围岩内形成三个区，由围岩表面向深部依次是塑性软化区、塑性强化区和弹性区，如图1所示。
三个区的岩体处于不同的变形阶段，塑性软化区围岩处于峰值后变形阶段，即塑性软化变形阶段，塑性强化区围岩处于峰值前的塑性变形阶段，即塑性强化阶段，弹性区围岩处于弹性变形阶段。
理论研究表明，塑性强化区和弹性区是围岩承载的主体，塑性软化区是支护的对象。强化区和弹性区的切向应力高于原岩应力，软化区应力得到释放，切向应力低于原岩应力。围岩的自承能力与岩体的力学性质密切相关，图2是岩石在较低围压下的力学性质示意图，岩石的两种性质对于围压的自承能力有重要影响，一是随着围压的升高，岩体峰值前和峰值后的承载力都不断增大；二是岩石处于软化变形阶段仍具有承载力。
围岩处于塑性软化变形阶段时，岩石已破碎，围压较低，围岩变形处于非稳定状态，其承载力来源于破裂面的摩擦力及相互嵌固力。软化区的承载力具有双重作用，一是有利于自身的稳定，但必须通过施加支护才能实现软化区围岩的稳定；二是软化区对强化区围岩具有作用力，增大了强化区围压，提高了围岩强度，促进强化区围压进入稳定状态。因此软化区工作状态对强化区的承载力有重要影响。强化区围压较软化区大，围岩结构面处于紧密挤压状态，围岩变形处于稳定状态，是主要的承载区之一。强化区对弹性区围岩具有支撑作用，增大了弹性区围压，提高了岩体屈服强度，促使弹性区的形成。弹性区围压高于软化区、强化区，使得围岩处于弹性工作状态，岩体应力和变形关系服从胡克定律，是主要承载区之一。
由上述分析可见，塑性软化区、强化区和弹性区是相互关联、相互影响、相互作用的整体。塑性强化区和弹性区是承载的主体，但都位于围岩深处，一般不能对其进行支护加固，而塑性软化区是支护的主要对象，通过对浅部（软化区）围岩进行加固或支护，提高其强度，使其达到稳定，浅部（软化区）围岩再对深处（强化区）围岩实施作用，实现深部围岩稳定，并使其成为主要的承载区。
除了对浅部（软化区）围岩的加固措施外，在矿山法施工隧道时采用光面爆破的目的是减轻爆破对围岩的震动，尽可能保持原始状态。在稳定性差的围岩条件下，常采用预支护方法，在隧道施工前围岩即得到强化。浅部支护、光面爆破和预支护等措施都是工程施工中常用的技术手段，其目的都是在施工时尽可能“基本维持围岩原始状态”，保持原有强度，达到围岩稳定。
新奥法提出保持围岩稳定的关键是充分发挥围岩的自承能力，这一提法是从力学角度提出了保持围岩稳定的思路，揭示了决定围岩稳定性的主要因素是围岩的自承能力。从上述分析可见，围岩自承能力源于围岩强度，因此“基本维持围岩原始状态”，既是保持原有围岩强度，又是发挥围岩自承能力的充分必要条件。
2隧道支护与围岩自承能力关系分析
隧道开挖形成新的临空面，产生应力释放，而的应力状态并不发生变化，隧道开挖释放的应力必须由围岩和支护结构来平衡。当围岩和支护结构能够提供的抗力大于平衡围岩所需要的力时，隧道围岩是稳定的。也就是说，在隧道开挖过程中，始终要求围岩和支护结构能够提供的抗力大于平衡围岩所需。
在具体的隧道工程建设中，当隧道开挖后，围岩不能自稳时，我们就要采用支护，如果需要的支护力比较大，就对我们的衬砌要求比
较高，既费工又费时，所以我们要使支护抗力尽可能的小，并且要保证围岩的稳定。要达到这个目标，就要充分发挥围岩的自承能力，所以无论采用那种工法，都要尽量减小对围岩的扰动。
隧道在开挖前，处于一个三维应力状态，隧道开挖后，在一定时间段内，围岩具有一定的自承能力。如果围岩的极限自承能力大于围岩的原始内力时，围岩本身所具有的承载力足以保持围岩稳定。隧道刚开挖完成，允许围岩发生变形；若人为限制围岩变形，反而必须采用比较大的支护抗力，如图3所示，围岩的极限自承能力是一个降低的过的过程，而围岩的自承力是一个先增长再降低的过程。因此，如果围岩有一定的自承能力，应该允许围岩发生少量的变形，随着围岩的变形增大，围岩的自承能力得到发挥，自承能力呈增大趋势，而需要提供的支护抗力就会相应减小。但围岩变形是有限度的，当围岩变形到达极限点B，围岩压力由形变压力转化为松弛压力，围岩进入松弛状态，围岩的自承力要迅速下降，反而必须提供足够大的支护抗力才能维持围岩的稳定。如果围岩是比较破碎的，开挖后围岩很快就进入松弛压力阶段，围岩的自承力也很小，自承力发挥的过程就很短，所以要求开挖前提高预支护或及时提供足够大的支护抗力，要求初期支护刚度要大。此时支护抗力曲线和支护的刚度曲线的交点C应尽量靠近A点，即支护曲线变陡，刚度大。这样才能发挥围岩的自承力，保证围岩的稳定。
为了更清楚的说明围岩的预支护原理，我们按照围岩的完整程度分为三种情况来进行阐述：
（1）完整围岩
这种完整围岩极限自承能力比较大，可以提供维持围岩稳定所需要的自承力，如图4，即使不采取任何支护措施，围岩也能自稳。这类围岩隧道开挖要允许围岩有一定的变形，则提供的初期支护力可以较小。在许多省道或县道，为了节约建设成本，采用开挖完毛洞或只作少量初喷砼，充分利用围岩的自承能力来维持洞室的稳定，如图5就是很好的实例，另外如龙游石窟、西北黄土高原的窑洞等。
（2）有一定自承能力的围岩
围岩有一定的自承能力，如图6所示，围岩的极限承载力初期大于原始内力P0。隧道开挖后，围岩不会立即松弛垮塌，围岩压力还处于形变压力阶段，随着变形不断增大，围岩的极限承载力呈下降趋势，而围岩的自承力得到发挥，此时支护时机的选择非常重要，从围岩自承能力曲线上不难看出，如果支护过早就不能充分发挥出围岩的自承能力，则需要的支护抗力就比较大；如果支护过迟，围岩压力由形变压力转换为松弛压力，围岩发生松弛，容易引起大面积坍塌，如图7就是某隧道中支护过迟所引起的块体塌落事故。
（3）破碎围岩或自承能力很差的围岩
从图8曲线上也可以看出，这种破碎围岩的自承力很小，洞室开挖后围岩会很快进入松弛状态，所以要求开挖前提供预支护或及时提供足够的支护抗力，才能维持围岩的原始状态，保证围岩的稳定。这类围岩基本没有自稳能力，围岩的极限承载力在洞室开挖后会迅速下降，自承能力发挥的空间很小，隧道开挖后迅速转化为松弛压力，如果不提供预支护或及时采用刚性支护，极容易发生大面积塌方事故，如图9就是某隧道开挖后由于支护不及时或支护刚度不足所发生的破坏。
3、隧道施工工法合理性的选择
每一种隧道施工工法都不是万能的，都有其各自的使用条件，必须根据围岩类别不同选用不同的工法。无论选用怎样的工法，一个共同的目标就是要用最经济的手段保证隧道的稳定，施工工法的选取具体应遵循下面两条原则：
（1）充分发挥围岩的自承能力和基本维持围岩的原始状态
综合运用新奥法、浅埋暗挖法、矿山法等多种工法解决隧道围岩与支护系统共同作用问题，达到稳定平衡和确保隧道结构安全。综观这些工法，如何熟练快速有效应用于隧道工程实践，就应该解决隧道施工合理方法判别原则问题、隧道受力独立性问题、隧道支护平衡稳定性问题、隧道设计理论统一性和适用性问题、隧道合理施工与初期支护顺序有关问题、隧道量测参数和精度选择问题等等
新奥法提出保持围岩稳定的关键是充分发挥围岩的自承能力，这一提法是从力学角度提出了保持围岩稳定的思路，揭示了决定围岩稳定性的主要因素是围岩的自承能力。围岩自承能力源于围岩强度，因此“基本维持围岩原始状态”，既是保持原有围岩强度，又是发挥围岩自承能力的充分必要条件。
各种设计理论和工法之间都存在差异，就新奥法而言，在硬岩隧道与软岩隧道应用新奥法也有本质区别，特别是各种辅助工法独立于各种理论之外，其实各种设计理论和工法存在统一性和适用性，其核心都是隧道围岩与支护共同作用要达到足够大并“保持平衡稳定性”，才能使隧道“基本维持围岩原始状态”，从而达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”的目的。在此基础上建立隧道预支护原理，统一各种设计理论和工法的核心思想，归纳为四种情况（即围岩自稳好情况的预支护原理应用、深埋围岩自稳差情况的预支护原理应用、浅埋围岩自稳差情况的预支护原理应用、深埋围岩大变形情况的预支护原理应用），明确其统一性和适用性问题，便于人们理解和应用。
（2）能量最小原理
土质或软弱松散围岩隧道施工中常采用分部施工留核心土工法、CD法（中隔墙法）、双侧壁导坑法（眼镜法）、CRD法（交叉中隔墙法）等工法，这些工法基本无需或只需少量爆破，常采用机械和人工开挖施工，石质隧道一般需要爆破施工。这两种隧道施工过程消耗能量E都可表达为三部分：
式中：E1为破碎隧道断面内岩体与抛掷碎石耗能或机械和人工施工的耗能，是有效耗能；E2为对围岩及预支护结构扰动及保持围岩变形临界稳定的耗能及恢复破坏与变形不稳定围岩的稳定性的耗能；E3为其他耗能，其量值小，一般可忽略不计。
①石质隧道施工中，实施爆破需要解决两个同等重要的问题：一是用最有效的方法将隧道断面内的岩石适度破碎，并将碎石适度抛掷；二是降低爆破对围岩的扰动，最大限度地维持围岩原始状态，以有利于隧道的长期稳定。开挖能量最小原理可表述为：在实现爆破效果良好的前提下，对围岩及预支护结构扰动耗能E2最小的施工开挖方案最优，对围岩扰动最小。
②土质或软弱松散围岩隧道施工中，采用分部施工留核心土等工法，其核心是控制围岩变形，以实现隧道基本维持围岩原始结构状态，否则隧道围岩局部失稳破坏会诱发更大范围围岩失稳破坏。对此种情况，保障隧道建设消耗能量最小的基本要求是防止围岩产生大范围的破坏。当围岩发生破坏后，重新实现围岩稳定性所需要做功将远大于预支护维持围岩稳定所需做的功。因此，直接机械和人工开挖施工隧道，能量消耗主要是施工洞体的能量消耗和预支护结构实施的能量消耗。施工过程中需要解决两个重要的问题，一是降低施工过程对围岩及预支护体系的扰动，最大限度地维持围岩的原始状态及发挥支护结构的效能；二是防止施工过程产生大范围岩土体的失稳。因此，土质或软弱松散围岩隧道，开挖能量最小原理表述为：在实现分部施工及支护结构控制围岩变形良好的前提下，对发生破坏或变形不稳定围岩恢复稳定的耗能E2最小的方案最优，对围岩扰动最小。
4“能量最小原理”在隧道工法中的应用
4．1导坑超前＋扩挖施工法
在大断面隧道施工中，采用钻爆法施工导坑超前或小型掘进机先行施工一个导坑（图10），然后用爆破方法进行扩挖。此时扩挖是在有导坑临空面条件下进行的，爆破临空面大，夹制作用小，爆破耗能少，大大降低了对隧道围岩的扰动。
4．2硬岩光面爆破与预裂爆破
预裂爆破是在隧道施工爆破前，预先沿设计轮廓爆出一条具有一定宽度的裂缝，当主爆区爆破时，裂缝对应力波起到反射作用，减少应力波对围岩的破坏作用。因此轮廓孔爆破时，围岩和断面轮廓线内的岩石对爆破具有相同的夹制作用，爆破对围岩的破坏作用较大，特别是在岩石强度较高的情况下，轮廓孔装药较多，耗能较大，破坏作用更为明显。而光面爆破是先爆破中央部分时对围岩影响较小，后爆破周边时已有临空面对围岩影响也较小。因此在岩体强度较高的情况下，不宜采用预裂爆破而应采用全断面光面爆破。
4．3软弱围岩弱爆破分步施工
在隧道施工中，经常遇到强度低、易风化、破碎的软弱围岩，在隧道围岩稳定性分级中属于稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩，稳定性差，易出现坍塌等工程事故。实践表明，爆破工序对此类围岩的稳定性有重要影响，爆破振动经常是围岩坍塌的诱导原因。因此，应降低爆破振动强度，尽可能减轻对围岩的扰动，最大限度维持围岩的原始状态。
软弱围岩隧道一般采取台阶法施工。上部台阶施工时拱部采用光面爆破，岩石自重有助于拱部岩面沿周边眼的开裂，适当降低炸药消耗，降低耗能，既保证了爆破效果，又有利于降低周边眼起爆对围岩的振动强度。在下台阶施工时，为了及时对围岩支护，需要先施工边墙部分，施工顺序见图11所示。因岩体强度低，此时采用弱爆破即可实现施工，对边墙围岩的扰动较小。
在隧道断面内岩石性质差别显著时，要注意调整施工方案。如果上部岩体软弱而下部岩体坚硬时，下台阶分部施工顺序要相应调整，应采用图12所示的施工顺序。如果按图11所示的施工顺序，下台阶两侧岩体（边墙）水平方向受到较强的夹制作用，由于岩石坚硬，需采用较强的爆破才能破碎岩体，耗能较高，相应对围岩的扰动也较显著。
5结束语
总之，在隧道建设实践中采用施工工法，关键是施工过程中要遵循“能量最小原理”。充分发挥围岩自承作用，基本维持围岩原始状态，通过相应支护，达到隧道结构平衡稳定性。“能量最小原理”是直接判断施工方法优劣的原则，是实现“基本维持围岩原始状态” 的准则，按此原理选择合适的工法，以最经济的手段保证隧道围岩的稳定，指导隧道工程又好又快地建设。
参考文献
[1]《隧道预支护原理与施工技术》朱汉华等编著 人民交通出版社2008年
工程爆破的基本方法范文第5篇
关键词：框架结构建筑物拆除爆破数值模拟有限单元法多刚体动力学
1引言
随着我国城市化进程的加快，采用爆破方法快速拆除建(构)筑物日益受到重视并被广泛采用。然而在当前的爆破设计中，仍主要依靠工程师的工程经验来预测结构的倒塌过程，倒塌范围也仅能采用经验公式进行估算。在遇到结构复杂的建筑物或爆破方案较为复杂的情况时，工程经验及经验公式便难以满足需要。随着计算机技术的发展，采用数值仿真的方式对建筑物拆除爆破进行模拟已经可以实现。
建筑物拆除爆破的模拟是一个非常复杂的问题，必须依赖于的复杂的数值计算方法以及实验等其它非数值手段来解决。近年来国内外学者普遍采用的数值计算方法主要有理论力学法、有限单元法、DDA(DiscontinuousDeformationAnalysis)方法、离散单元法、个别元素法等，非数值计算方法主要有爆破专家系统等，取得了一些重要成果。本文尝试运用有限单元法和多刚体动力学数值仿真方法相结合的数值仿真技术对框架结构建筑物拆除爆破的模拟进行了研究。
2有限元法与多刚体动力学仿真技术
建筑物拆除爆破是通过破坏建筑物的关键承重部位使其失去承载能力，使建筑物在自重作用下失稳倒塌，这个过程可视为结构由静力平衡系统转化为多刚体动力系统的过程，使采用多刚体动力学数值仿真方法和平面杆系结构有限元法对建筑物爆破拆除过程的模拟成为可能，其仿真流程如图1所示。
平面杆系结构有限元法是建筑结构设计中应用最为广泛的一种方法。建筑物拆除爆破涉及的对象是建筑结构，因此在建筑物拆除爆破设计中，可以运用平面杆系结构有限元法，对拆除过程中不同阶段的结构内力(轴力、剪力和弯矩)进行分析，以便为拆除爆破设计提供准确的依据，提高拆除爆破设计的可靠性和准确性。
多刚体动力学是经典力学的基础上产生的新学科分支，在复杂机构的动力分析中的应用非常广泛。以多刚体动力学为理论基础的数值仿真方法将现实世界中的复杂机构系统概化为由约束机构联结若干刚体而成的树状结构，并自动形成系统的数学模型，运用计算机可视化技术对其求解结果进行可视化，以预测或再现机构系统的运动过程。
在该多刚体动力学仿真系统中可定义的刚体的质量、密度、体积、形状、质心、位置、速度与角速度以及刚体间碰撞的能量损失率与摩擦系数等，并且可以定义铰链等约束的摩擦系数等以便模拟整个多刚体系统在倒塌运动过程中的能量损失。该仿真技术采用较先进的变分方法建立刚体运动数学模型，运用Kutta-Merson积分方法对其求解，可精确计算刚体的运动路径和刚体间彼此的穿透和碰撞行为。
3建筑物拆除爆破机理模拟
3.1建筑物失稳及解体的模拟
在建筑物拆除爆破中，结构失稳的主要原因是关键承重部位的破坏，相应的在模拟过程中将该被破坏部位从整个结构中予以删除即可实现结构整体失稳条件的模拟。
拆除爆破中建筑物的解体破坏分为三种方式：布孔施爆；建筑物爆破后不均匀下落中构件弯折拉压破坏；建筑物的触地冲击破坏。并且在拆除爆破中，采取的倒塌方式不同，构件的解体方式也不尽相同。如采用横向逐跨倒塌方式时，构件基本为受弯破坏，而采用竖向逐段解体时，主要是柱体的轴向冲击受压破坏。所以在建筑物爆破模拟过程中，需根据倒塌方式的不同确定不同的计算方案。
对于构件在倒塌过程中的破坏情况，可计算结构中构件的各项极限承载力，并运用平面杆系结构有限元法计算不同时段结构中的内力分布情况，依据以上的计算结果，判断结构中各构件的解体情况。对于建筑物的触地冲击解体，由于其力学本质非常复杂，目前没有成熟的理论计算方法。庞维泰【3】等曾对低层建筑物拆除爆破中触地解体条件进行了研究。统计资料表明，要使建筑物落地后充分解体须有一定的落地速度。对预制件，砖结构，约为6m/s；一般现制排架结构，约为8m/s；刚架或较强的排架结构，须10m/s以上。实际模拟过程中，若结构触地时达到了使其充分解体的速度则可将刚架结构转化为多刚体系统，以模拟结构的触地冲击解体及随后的堆积过程。
在多刚体动力学仿真系统中，结构中已形成的塑性铰用铰节点表示；而未破坏的危险部位则用刚节点表示，若在后续时间里该部位转化为塑性铰，则可以将刚节点替换为铰节点；当节点处的拉力超过其极限抗拉强度或构件落地速度达到其完全解体所需的速度时则可将约束删除，使其成为相互独立的刚体，如图2所示。
3.2建筑物倒塌运动过程模拟
在承重部位起爆后，建筑物失稳，结构逐渐发生解体破坏，形成一个由钢筋相连的混凝土块体系统，进而，结构将发生倒塌、触地解体、形成爆堆，此时，结构可抽象为由许多刚体联结而成的多刚体运动系统。这个过程很难用连续介质力学来模拟，而可采用多刚体运动学数值模拟技术进行描述，因此结构倒塌行为可采用多刚体运动学仿真系统来模拟。
结构开始倒塌时继承了失稳时的解体破坏形式，因此，在结构倒塌的动力学模型中应将结构初始失稳、破坏情况作为倒塌运动模拟的初始条件。在倒塌运动过程中，势必会发生块体的相互碰撞，其中会伴随着碰撞造成的能量损失和混凝土破碎造成的能量损失，然而目前没有成熟的理论计算方法对其进行描述。从工程实际看，在建筑物的坍塌过程中混凝土块体碰撞时特别是结构触地堆积时，动能基本损失殆尽，因此在模拟过程中设定垂直于接触面方向的动能损失率为90％～100％。
4算例
4.1工程概况
爆破拆除某7层框架结构楼房。框架结构为现浇框架，预制楼板，混凝土等级为C20，柱截面为400mm×600mm，纵向主梁截面为300mm×700mm，柱网布置见图3，楼房的立面图如图4所示。
4.2爆破方案
由于周围环境及建筑物本身形状的限制，对该建筑物采用水平逐跨解体的爆破方案，结构的倒塌方向如图4所示。为了使结构失稳，需要自右向左依次爆破A～E排立柱。爆破设计时，爆破高度分别取一层、两层，排间起爆时差分别取0.1s、0.3s、0.5s、0.7s、1.0s进行计算，以分析不同条件下结构的失稳、破坏、倒塌及堆积情况。
4.3失稳及解体模拟
选择图4所示最右侧的一跨框架的一榀作为研究对象，研究其失稳破坏的条件。采用平面杆系有限元法计算发现，爆破高度为一层和两层时，结构中构件的可能破坏(弯矩超过其极限抵抗弯矩)情况基本相同，而随后依次爆破的各跨框架的破坏形式也与第一跨基本相同。
必须指出的是，构件的内力达到其极限承载力时，并不一定发生破坏。实际上，梁柱节点中若梁首先发生了破坏则失去了将弯矩传递给柱的能力，从而保护了柱不受破坏；同样，若柱首先破坏也可保护梁不受破坏，表现出梁柱节点“自我保护”的特点。而哪种构件首先破坏取决于构件的受力情况以及其极限承载力，理论上讲，受力情况相对恶劣的构件应首先破坏。对该框架结构，主梁所受弯矩大于柱而其极限抗弯能力也明显低于柱应首先发生破坏从而保证柱体不会受弯破坏。最右侧框架的受力及破坏形式如图5所示。
4.4倒塌过程模拟
以结构的失稳和初始破坏情况为模拟初始条件，对该框架结构的各拆除方案进行计算。计算结果显示：当爆破高度为一层时其触地速度约为6.5m/s，难以满足完全解体要求，此时可采用人工施爆以解除结构刚度，但势必增加工程量，并给爆破飞石的控制带来困难；而爆破高度取两层时其触地速度约为14m/s，可满足要求；排间的起爆时差为0.5s左右时，倒塌过程较为理想。下图为爆高为两层、排间起爆时差为0.5s时，结构倒塌过程的模拟。
...
t=0st=0.5st=1.0st=1.5s
...
t=2.0st=2.5st=3.0st=3.6s
图6结构倒塌过程模拟图
模拟结果显示，整个结构从起爆到完全落地堆积大约需3.6s，爆堆高度约为5m，可达到原地坍塌的要求，倒塌及堆积过程也基本与实际现象一致。在模拟过程中发现，在实施水平逐段解体方案时，立柱爆破高度和排间起爆时差的选择是关系爆破是否成功的关键问题，必须从多个方面予以考虑。
5结论
本文的研究成果表明，采用有限单元法和多刚体动力学数值仿真方法相结合拆除爆破模拟技术，可以对框架结构的失稳、破坏、倒塌过程、堆积范围等问题进行模拟预测，可以通过对整个过程的模拟为爆破方案的选择和优化提供依据，可有效的提高建筑物拆除爆破设计的水平和可靠性，具有较强的实用价值。但建筑物拆除爆破中破坏、倒塌、堆积过程是一个非常复杂的力学问题，该模拟技术对其进行了许多简化处理，许多问题还需进一步探讨。
参考文献：
【1】王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京：清华大学出版社，1997
【2】洪嘉振.计算多体系统动力学[M].北京：高等教育出版社，1998
【3】庞维泰，杨人光，周家汉.控制爆破拆除建筑物的解体判据问题．土岩爆破文集(第二辑)[M].北京：冶金工业出版社，1988
【4】龙驭球，包世华等.结构力学教程(上)[M]北京：高等教育出版社，l997
【5】贾金河,于亚伦.应用有限元和DDA模拟框架结构建筑物拆除爆破[J].爆破,2001,18(1):27-30
