[发明专利]用于竖直孔爆破的冲击塑形复合球状消能结构

说明书

本发明提供一种用于竖直孔爆破的冲击塑形复合球状消能结构，包括复合球状消能座和位于复合球状消能座下方的缓冲层，复合球状消能座从外到内呈现为“外软内硬”或“外硬内软”的双层结构。本发明消能结构，在炮孔内炸药起爆后的初期冲击荷载作用下，复合球状消能座发生二次塑性，最终呈椭球状或下凹状刚性垫块，将大部分向孔底以下岩体中传播的爆炸能反射，同时复合球状消能座及缓冲层在变形过程中吸收部分爆炸能量，起到既破裂建基面以上岩石，又保护孔底岩石的作用，可部分替代现有的水平预裂或光爆技术。本发明安装简便，可部分替代现有的水平预裂或光爆技术，适用于水利水电、核电、交通等领域中的保护层岩体爆破开挖。

技术领域

本发明涉及一种用于竖直孔爆破的冲击塑形复合球状消能结构，适用于水利水电、核电、交通等领域中的保护层岩体爆破开挖。

背景技术

岩基面作为工程建筑物的基础，其开挖质量直接影响其上建筑物的稳定与安全。岩体爆破开挖过程中，由于爆炸荷载的作用，在完成岩石爆破破碎的同时，不可避免地对保留岩体产生动力损伤，其施工质量对岩基面的开挖质量密切相关。因此，亟需对常规爆破进行改进，在保证质量的同时，高效率地完成对岩基的开挖。为了降低爆破作用对基岩的影响，在坝基与边坡马道的开挖成型过程中，中国普遍采用了预留保护层的方法。在长期的工程实践中，一系列的保护层控制开挖方法得以总结和形成。常见的坝基保护层开挖方法有以下四种方法：传统的保护层分层爆破开挖法、孔底充填柔性垫层的小梯段孔间微差顺序起爆、水平预裂辅助以浅孔梯段爆破法以及保护层一次爆除的水平光面爆破法。保护层分层开挖由于开挖分层多达3层，施工干扰大，施工进度慢且施工步骤繁琐，“层层剥皮”的施工方法已越来越难以适应工程施工进度的要求；柔性垫层的施工方法的运用不适应裂隙发育、脆性较大的岩石，因此在很多工程中限制了其使用；水平预裂法施工方法较第一种工艺上先进，参数也容易确定，而且工效高，小梯段浅孔辅以水平预裂孔应用范围较广，对岩石地质条件要求较低，在大多数岩性条件下都可通过先起爆水平孔，再爆小梯段浅孔爆破的方式，利用水平预裂缝的隔震、反射应力波以及防止裂隙扩展的效果来有效地降低爆破对建基面的震动影响，并能有效阻止爆破产生和原有的裂隙扩张、层面的破坏作用延伸至建基面以及降低对预裂缝以下建基面保留岩体的损伤，同时可以大幅减轻建基面的清理工作，但水平预裂爆破孔的钻设需要垂直工作面，导致在施工中前次爆破的清渣工作与钻孔工作施工干扰大，影响施工进度。保护层一次爆除的水平光面爆破法能有效保护建基面岩体以及保持建基面平整，但同预裂法相似，爆破的清渣工作与钻孔工作施工干扰大，影响施工进度。

近年提出了在竖直炮孔中，在孔底利用消能-聚能装置反射改变应力波作用方向的方法，在试验中取得了良好的爆破效果。然而现有的消能-聚能结构呈圆锥或斜圆台形，受现有施工条件影响，钻孔形成的孔壁并不是光滑的，当从孔口从上往下放置消能-聚能结构，难免会与孔壁碰撞摩擦，造成卡孔，施工效率极其低下。另外，安装完成后，圆锥形结构绝大多数情况不水平，导致部分爆炸应力波会向下反射，反而对孔底加大了损伤。因此，在保证爆破开挖质量的同时，降低安装要求，提高施工进度，设计一种新的消能结构进行改进，促进其推广使用是有重要意义的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于竖直孔爆破的冲击塑形复合球状消能结构，在竖直炮孔中该消能结构能够实现在控制保护层一次开挖质量的同时提高安装效率。

本发明采用的技术方案具体如下：

一种用于竖直孔爆破的冲击塑形复合球状消能结构，包括复合球状消能座和位于复合球状消能座下方的缓冲层，所述复合球状消能座主要由软质外球和包裹于软质外球内的硬质内球构成，软质外球和硬质内球的球心重合，呈现“外软内硬”的双层结构。

所述软质外球的直径为Φ_外＝Φ_炮孔-(4～6mm)，所述硬质内球的直径为所述软质外球采用素混凝土制作，所述硬质内球采用掺入铁砂的高强度混凝土或铸铁制作。