книги из ГПНТБ / Эстеров, Я. Х. Буровзрывные работы на транспортном строительстве учебник

я. х. ЭСТЕРОВ, Е. Ю. БРОДОВ, М. И. ИВАНАЕВ

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ НА ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Утверждено

Управлением кадров и учебных заведений Минтрансстроя в качестве учебника для техникумов

транспортного строительства и учебного пособия для технических школ и курсов повышения квалификации

руководящих работников и специалистов транспортного строительства-

М о с к в а «ТРАНСПОРТ», 1974

В книге приведены сведения о свойствах горных пород, значение которых следует учитывать при буро­ взрывных работах; способы и средства бурения, при­ меняемые в транспортном строительстве; основы тео-

. рии взрывчатых веществ (ВВ); сведения о свойствах ВВ и средствах взрывания; освещены вопросы дей­ ствия взрыва в среде и основы расчета взрывов.

Основное внимание в книге уделено описанию различных видов взрывных работ при строительстве железных и автомобильных дорог, при возведении зем­ ляного полотна, сооружении тоннелей и метрополите­ нов, а также при разработке скальных пород в карь­ ерах щебеночных заводов; рассмотрены вопросы тех­ ники, технологии и организации буровых и взрывных работ на объектах транспортного строительства.

Книга является учебником для техникумов транс­ портного строительства и учебным пособием для инженерно-технического персонала проектно-изыска­ тельских и строительных организаций Министерства транспортного строительства. Рис. 224, табл. 43, список лит. 27 назв.

К н и г у н а п и с а л и :

инж. Д. X. Эстеров — главы VII—IX, X (кроме § 39 и 46), XII и XIII; канд. техн. наук Е. Ю. Бродов — главы I, II, III (кроме § 12), IV, VI, § 39 и 46 главы X;

канд. техн. наук М. И. Иванаев — § 12 главы III и главу XI; инж. Л. В. Дзасохова — главу V.

Общее редактирование выполнено инж. В. В. ГРУЗ­ ДЕВЫМ.

4

„ 31801-166 Э 049-(01)-74 166-74

© Издательство «Транспорт», 1974

ОТ АВТОРОВ

Задача ускорения роста производительности труда, поставленная XXIV съездом КПСС, решается в отечественном транспортном строи­ тельстве на основе максимальной индустриализации строительного производства, внедрения прогрессивной технологии и комплексной механизации работ, средств автоматизации отдельных процессов и видов работ.

Транспортное строительство ведется с применением высокопро­ изводительных землеройных, транспортных и путеукладочных машин

свнедрением сборных конструкций высокой заводской готовности. Важным звеном в индустриализации и механизации работ при воз­

ведении земляного полотна в скальных и мерзлых грунтах, сооружении тоннелей и метрополитенов, а также при выполнении горных ра­ бот в каменных карьерах является применение буровзрывных работ.

Шестидесятые годы характерны для транспортного строительства полной сменой способов и средств производства буровзрывных работ. Широкое применение получили новые высокопроизводительные буро­ вые машины дорожно-строительного и карьерного типов и новые взрывчатые вещества (ВВ); повсеместное распространение получили ^средства и техйология короткозамедленного взрывания; создана буро­ вая техника для повышенного дробления породы, что дает существен­ ное увеличение производительности экскаваторов, а также позволяет применять менее энергоемкие и трудоемкие комплекты машин для разработки взорванной породы.

Создаются средства для механизации зарядных и погрузочноразгрузочных работ с ВВ.

Рост производительности труда при выполнении земляных работ в скальных грунтах сопровождается повышением качества (устойчиво­ сти) возводимого земляного полотна, а также сокращением объемов выемок в связи с уменьшением нарушений скальных массивов при взрывах.

Выработка рабочих, занятых на буровзрывных работах, выросла в физическом измерении за короткий период (последние 10. лет) в два раза.

Задача строителей-транспортников заключается в дальнейшем ус­ коренном повышении производительности труда на основе продол­ жающегося развития научно-технического прогресса. Одним из необ­ ходимых условий решения указанной задачи является дальнейшее совершенствование организации труда в бригадах, на участках и обектах в целом.

Во втором издании учебника авторы стремились отразить проис­ шедшие за последние годы изменения в средствах, организации, техни-

3

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Глава I

СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Поверхностная зона земной коры сложена грунтами или горными породами. Термины «грунт» и «горная порода» имеют одинаковый смысл.

По принятой в 1957 г. на Международном совещании по изучению инженерно-геологических свойств горных пород классификации все: грунты разделены на два класса — грунты с жесткой связью и грунты без жесткой связи. Первые характеризуются наличием прочных кри­ сталлизационных связей между зернами составляющих их минералов. Такие грунты в строительной практике называют скальными. Ко второму классу отнесены осадочные несцементированные грунты; они имеют мягкую, пластичную консистенцию или не обладают связью между зернами (сыпучие).

Ниже рассматриваются свойства скальных, а также сезонно- и вечномерзлых грунтов применительно к условиям производства буро­ взрывных работ на объектах транспортного строительства. Общегеоло­ гические сведения (происхождение пород, их состав, текстура, струк­ тура и пр.), подробно излагаемые в литературело инженерной геологии, не приводятся. Однако при производстве буровзрывных работ необхо­ димо всегда учитывать влияние некоторых общегеологических факто­ ров, указанных ниже.

Изверженные породы, излившиеся на поверхность и застывшие быстрее, чем глубинные, при взрывании дробятся на куски меньших размеров.

Значительное содержание кварца в породах повышает их твердость, хрупкость и абразивность. Такие породы легче дробятся при взрыва­ нии по сравнению с породами, основу которых составляют вязкие ми­ нералы, и легче разрушаются при термическом воздействии. Окварцованные и кремнистые породы труднее поддаются механическим способам бурения, особенно вращательному, по сравнению с неокварцованными и неокремненными.

Грунты, имеющие резко выраженный кливаж и сланцеватость, при взрывании дробятся на мелкие отдельности.

5

Весьма важной геологической характеристикой является сложение скальной породы или структура (строение) массива горной породы, определяемая размером, формой и положением пластов в массиве.

Совокупность трещин, развитых в массиве, характеризует трещи­

массив может быть разделен несколькими системами трещин, пере­ секающимися под разными углами и образующими отдельности (бло­ ки) разной величины.

Характеристика строения массива породы по слоистости и трещи­ новатости относится к наиболее важным для определения свойств дробимости пород при взрыве и их устойчивости в откосе. Большое влияние показатели строения массива породы оказывают также на свойства ее буримости.

В Технических указаниях по проектированию и производству буро­ взрывных работ при сооружении земляного полотна (ВСН 178-74) скальные породы разделены на весьма сильно-, средне- и слаботрещино­ ватые в зависимости от величины к о э ф ф и ц и е н т а т р е щ и н о ­

В основу такого разделения положен производственный признак — делимость массива породы при взрыве скважинных зарядов среднего диаметра (150 мм) с соответствующим этому диаметру расположением скважин на куски размером не более 0,10 м (весьма сильнотрещинова­ тые), не более 0,5 м (сильнотрещиноватые породы) и более 0,5 м (сред­ не- и слаботрещиноватые породы; для первых — 3 ^ Хт ^ 2). В весьма сильнотрещиноватых и сильнотрещиноватых породах дробление достигается практически полное, без содержания негабаритов (для дорожностроительных экскаваторов и бульдозеров). Однако и в этом случае выработка упомянутых машин будет незначительно отличаться

Т а б л и ц а 1

6

от нормативной, если взорванная масса будет состоять из кусков раз­ мером 0,3—0,5 м и достигать максимума при размере кусков не более 0,1—0,15 м. Указанное разделение соответствует классификации пород по степени трещиноватости, принятой для горно-рудных карьеров (табл. 1), если учесть, что монолитные породы в верхних слоях практи­ чески не встречаются.

§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Для характеристики буримости, взрываемости, дробимости скаль­ ных грунтов и других производственных показателей наибольшее зна­ чение из физических свойств имеют объемная масса и плотность, по­ ристость, естественная влажность.

дой фазыпри естественной пористости без массы поровой воды) изме­

С увеличением плотности каждой породы увеличивается ее механи­ ческая прочность. Поэтому группу породы по классификации СНиП IV-13 часто устанавливают в зависимости от плотности уп.

Наибольшей плотностью обладают изверженные породы (граниты, диабазы, базальты), наименьшей — осадочные (песчаники и извест­ няки).

П о р и с т о с т ь грунта е (отношение объема пор ко всему объему грунта, выраженное в процентах) характеризует часто свойства пла­ стичности (вязкости) и дробимости взрывом, а также свойства грунта как строительного основания. Пористость оценивают еще коэффициен­

том пористости КЕ = 10Qe_ .

Е с т е с т в е н н а я в л а ж н о с т ь we (отношение массы по­ ровой воды к массе минеральных частиц в данном объеме грунта, выра­ женное в %) скальных пород не превышает нескольких процентов. Степень влажности часто характеризуют коэффициентом влажности

где wa — полная влагоемкость, соответствующая полному заполнению

всех пор грунта (w„ = —).

Yu

Величина Квл может меняться в пределах от нуля до 1. Чем больше величина Квл, тем лучше условия для передачи энергии взрыва в среде.

Знание в о д о п р о н и ц а е м о с т и пород позволяет оценивать возможную обводненность массива скальной породы в разное время года и устанавливать наиболее рациональное время и способ про-

7

изводства буровзрывных работ, выбирать соответствующие взрывчатые вещества (ВВ).

По т е п л_о п р о в о д н о с т и различных минералов, входящих в породу, устанавливают рациональность применения термоструй­ ного бурения.

при выборе способа бурения и взрывания, материала забойки, а также технологии взрывания и разработки).

женное в долях единицы объема) является одним из факторов, опреде­ ляющих свойства их дробимости. -

§3. НЕОДНОРОДНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

ИИХ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Изменение состава и структуры одной и той же породы, ее физи­ ческих и механических свойств, а также структуры массива породы является выражением неоднородности, присущей практически всем горным породам. ■

В осадочных породах наблюдается непостоянство размеров и формы отдельных частиц, их ориентировки и состава, различие взаимного расположения.

В изверженных породах первичная неоднородность связана с их растрескиванием и различием в зернистости. Даже в полнокристалли­ ческих равномернозернистых структурах обнаруживается неоднород­ ность породы, залегающей в глубине тела и на периферии.

Глубинные породы чаще всего неоднородны по химическому составу и текстуре. Более резко эта неоднородность выражена в местах складок, разрывов, тектонической трещиноватости.

Процессы выветривания вызывают изменение состава и свойств пород с разрастанием разрушенности от дневной поверхности, измене­ нием прочности, деформационных свойств.

Разрывы и трещины при неравномерном их распределении в массиве увеличивают неоднородность пород.

Вследствие неоднородности пород характеристика их и показатели различных свойств меняются с изменением размеров исследуемого образца или участка'массива породы. Поэтому для практических целей важно, чтобы неоднородность пород определялась с учетом размерного фактора.

8

Для буровзрывных работ наибольшее значение имеет установление изменчивости пород на участках и в объемах, соизмеримых с размерами области воздействия (расстоянием между взрываемыми зарядами ВВ, глубиной их заложения и т. п.) и результатами взрыва (размерами кусков взорванной породы).

§4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Внастоящее время при оценке буримости, взрываемости и дробимости пород, а также при расчете и выборе параметров буровзрывных работ принимают во внимание предельное сопротивление образца пород при одноосном сжатии, т. е. крепость их по шкале М. М. Протодьяконова, агрегатную твердость (твердость по штампу), скорость распро­ странения упругой волны в образце и в массиве породы, пластические свойства (вязкость).

Наличие жесткой связи между частицами приближает скальные породы по механическим свойствам к обычным твердым телам, изучае­

торых разностей метаморфических и осадочных пород (плотные изве­ стняки, кремнистые песчаники и т. п.) оно превышает 1000 кгс/см2, достигая у изверженных пород 2000—2500 кгс/см2; у выветрившихся разностей сопротивление раздавливанию снижается до 20—400 кгс/см2.

П р о ч н о с т ь большинства сцементированных осадочных пород колеблется в значительных пределах и зависит от материала цемента

истепени выветренности породы.

Кр е п о с т ь пород по шкале М. М. Протодьяконова характери­ зует общее сопротивление их воздействию внешних сил при проходке

иразработке. По этому признаку М. М. Протодьяконов разделил (1926 г.) все породы на десять классов. Каждому классу соответствует

определенный к о э ф ф и ц и е н т к р е п о с т и / , равный прибли­ зительно сотой части предельного сопротивления породы раздавлива­ нию. Классификация эта утратила значение в строительстве, но коэф­ фициент крепости породы / используется при расчетах в метро- и тон­ нелестроении. Значение коэффициента / для различных пород меняется в пределах от 2 до 20 и более (см. табл. 3).

Сопротивление раздавливанию и крепость породы приближенно характеризуют ее свойства по буримости. Такое же значение имеет твердость породы по штампу.

Если в поверхность образца породы вдавливать цилиндрический штамп с плоским основанием, то под плоскостью штампа материал породы вначале упруго сжимается, затем деформации переходят в раз­ рушительные, при которых материал «течет», и еще через некоторое время наступает местный скол части породы и образуется лунка. Предельное сопротивление сколу, отнесенное к единице площади штам­ па, называют т в е р д о с т ь ю п о р о д ы п о ш т а м п у .

9