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石质隧道聚能切割光面爆破施工工法石质隧道聚能切割光面爆破施工工法一、前言随着城市化进程的加快，地下交通、地铁建设和矿山开采越来越频繁，对隧道工法的需求也越来越大。
石质隧道聚能切割光面爆破施工工法是一种高效、安全的隧道施工方法，本文将对这一工法进行全面介绍。
二、工法特点石质隧道聚能切割光面爆破施工工法具有以下几个特点：1. 高效节能：采用聚能切割光面技术，能够快速切割坚硬的石质，大大提高施工效率。
同时，光面爆破技术能够减少爆破震动，节约能源。
2. 施工质量可控：通过精确设计和计算，可以控制爆破产生的振动、位移和噪音，确保施工质量达到设计要求。
3. 增加安全性：相比传统的机械切割和人工爆破，石质隧道聚能切割光面爆破施工工法减少了对施工人员的直接接触，降低了安全风险。
4. 造价低廉：相比其他施工方法，石质隧道聚能切割光面爆破施工工法具有较低的成本，可以节约施工资源。
三、适应范围石质隧道聚能切割光面爆破施工工法适用于各种石质隧道建设，包括城市地铁隧道、公路隧道、铁路隧道以及矿山开采中的巷道等。
四、工艺原理石质隧道聚能切割光面爆破施工工法的原理是利用高速聚能切割光面将隧道开挖面切割成块状，然后进行爆破。
在实际工程中，需要根据地质特点和设计要求确定使用的切割光面形式和爆破参数，并采取相应的技术措施，如在切割光面上设置预切槽等，以确保施工质量和安全性。
五、施工工艺石质隧道聚能切割光面爆破施工工法主要包括以下几个施工阶段：1. 地质勘测和设计：对施工区域进行详细地质勘测和设计，确定切割光面形式和爆破参数。
2. 切割光面施工：使用聚能切割设备对隧道切割光面进行切割，确保切割光面整齐、平滑。
3. 爆破施工：在切割光面上进行爆破作业，注意控制爆破产生的振动、位移和噪音。
4. 清理和加固：清理爆破碎石，进行加固工程，确保隧道的稳定性和安全性。
5. 检查和验收：对施工质量进行检查和验收，确保施工符合设计要求。
六、劳动组织根据隧道长度和工期要求，组织适当数量的工人参与施工，合理安排施工进度和工作任务。
等离子切割是一种常用的金属加工方法，可以用于切割各种类型的金属材料，包括钢板。
对于6mm厚的钢板，以下是一些可能的等离子切割参数：
1. 气体类型：通常使用氩气或氮气作为等离子气体。
氩气适用于不锈钢和铝合金等材料，而氮气适用于碳钢和低合金钢等材料。
2. 电流：根据切割速度和材料厚度等因素确定合适的电流值。
一般来说，电流越大，切割速度越快，但同时也会增加电极损耗和切割成本。
3. 电压：电压也是影响切割质量和效率的重要因素之一。
一般来说，电压越高，电弧温度越高，切割速度越快，但同时也会增加电极损耗和切割成本。
4. 喷嘴高度：喷嘴高度是指等离子炬与钢板之间的距离。
适当的喷嘴高度可以提高切割质量和效率，并减少电极损耗和切割成本。
一般来说，喷嘴高度应该根据材料厚度和切割速度等因素进行调整。
5. 气体流量：气体流量是指等离子气体通过喷嘴的流量。
适当的气体流量可以提高切割质量和效率，并减少电极损耗和切割成本。
一般来说，气体流量应该根据材料厚度和切割速度等因素进行调整。
需要注意的是，以上参数仅供参考，具体的等离子切割参数需要根据实际情况进行调整和优化。
此外，在进行等离子切割时，还需要注意安全操作规程，避免发生意外事故。
聚能切割索切割过程的数值仿真和试验研究作者：徐汉中梅新良张君发来源：《科学导报·学术》2019年第29期摘 ;要：本文采用数值仿真和试验的手段对聚能切割索切割金属靶板的过程进行了研究，仿真和试验结果证明：聚能切割索切割金属靶板的过程包括侵彻和拉断过程，拉断厚度最大占切割厚度的46%，切割过程仿真可指导工程设计。
关键词：聚能切割索;数值仿真;切割过程引言聚能切割索是最近发展起来的一种特殊切割技术，它是利用成型装药的爆轰来压垮金属药型罩形成高速的线型射流，能在瞬间切割各种金属或非金属材料。
聚能切割索具有结构简单、切割能力强、性能可靠的特点，在切割的过程中无飞片、破片现象，切缝规则，易于控制切割形状。
聚能切割索多用在常规机械工业手段（如锯切、车削、气割等）无法实施安全作业的特殊环境中，如运载火箭的级间分离装置[1]、飞机救生系统[2-4]、核设施的拆除[5]、海底沉船的切割打捞、地下或水下石油井架的切割拆除[6]等。
聚能切割索切割金属靶板主要依靠金属射流对靶板的侵彻作用。
射流侵彻过程通常分为三个阶段[7]：（1）开坑阶段，侵彻初始阶段，从射流头部撞击静止靶板开始，到射流在靶板建立稳定的三高区（高温、高压、高应变率）为止;（2）准定常阶段，此阶段碰撞点处的压力比较小，射流能量分布变化缓慢，侵彻参数变化不大，侵彻孔径变化也不大，基本与侵彻时间无关;（3）终止阶段，射流速度降低，靶板强度的作用越来越明显，射流的侵彻速度減慢，扩孔能力降低，前面的射流残渣影响了后续射流与靶板材料的直接接触，这导致了射流侵彻能力的减弱，此外射流在侵彻的后期产生颈缩和断裂，对侵彻过程产生不利影响。
目前，大量的研究聚焦在聚能切割索工作时射流的侵彻过程，但是聚能切割索在工程应用时并没有要求完全侵彻靶板，允许一部分靶板被金属射流拉断。
这样能够降低聚能切割索的线密度，减小其工作时产生的冲击对系统的影响。
1 ;有限元模型1.1物理模型2 ;数值仿真计算结果与分析本文主要仿真计算了一种聚能切割索对不同厚度铝靶板的切割过程（包括侵彻和拉断）。
聚能切割技术在爆破片上的应用研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述聚能切割技术是一种高效、精确的切割技术，可以在爆破片上实现精准切割。
传统的切割方法往往需要依靠传统的机械切割工具，如切割刀片或锯片等，这些方法在切割过程中会产生较大的噪音、较强的振动和较高的能耗。
而聚能切割技术能够通过集中能量在炸药中产生高能物质，使爆破片断裂较为均匀，同时能够精确控制切割方向和深度。
聚能切割技术的基本原理是利用炸药的爆炸能量，通过控制火焰传播的速度和方向，使其在爆破片上形成高能物质区域，进而实现切割效果。
该技术的关键在于火焰控制，需要精准调节爆炸波的传播速度和冲击力，以达到预期的切割效果。
聚能切割技术在爆破片上的应用主要表现在以下几个方面：首先，它可以实现对爆破片材料的精确切割，避免了传统切割方法可能引起的物料损失或不均匀切割的问题。
其次，它具有较快的切割速度和高效的能量利用率，能够在短时间内完成切割任务，提高工作效率。
此外，聚能切割技术还可以实现对复杂形状的爆破片进行切割，具有较高的灵活性和适用性。
总之，聚能切割技术在爆破片上的应用具有广阔的前景和重要的意义。
通过对其基本原理和应用进行研究，我们可以更好地理解该技术的工作原理和特点，为其进一步改进和拓展提供有益的参考。
在未来，随着科学技术的不断发展和进步，相信聚能切割技术在爆破片上的应用将能够取得更多的突破和创新。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以是对整篇文章的组织和布局进行说明，旨在帮助读者了解文章的整体结构和内容安排。
以下是一个示例：1.2 文章结构本文将按照如下结构来组织和呈现研究内容：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 聚能切割技术的基本原理2.2 聚能切割技术在爆破片上的应用3. 结论3.1 总结3.2 展望在引言部分，我们将首先概述整个研究的背景和相关问题，进而介绍文章的结构和目的。
通过引言，读者可以对论文的整体框架和研究内容有一个清晰的认识。
聚能切割索数值仿真软件集成系统成 伟 李阳春 李海峰 刘建波 赵晓平（中国工程物理研究院计算机应用研究所，四川绵阳，621900）摘要:采用数值模拟方法模拟聚能切割索切割目标靶板的整个过程，包括炸药爆轰、外壳材料产生射流和切割靶板过程，根据计算获得切割深度及其它相关数据来优化切割索的结构设计，并在此基础上形成聚能切割索的优化设计软件系统。
关键词:聚能切割索 优化设计 数值仿真1 1 前言前言前言利用该数值分析软件系统，有关工程技术人员可以通过输入给定参数（如结构尺寸、载荷条件、材料性能参数等）的方式就可以实现聚能切割索切割靶板过程的三维数值模拟仿真，能够获得切割参数随时间、空间变化等的分析数据，能够为聚能切割索的设计提供一些主要的设计参考数据。
首先进行聚能切割索切割靶板过程的数值模拟，包括计算初始圆索条件下炸药爆炸时爆速的大小、切割索切割靶板过程数值模拟技术方法研究、工程数值模拟以及提取、确定结构优化设计的相关参数，这是形成优化设计系统的前提和基础。
优化设计系统的开发与集成。
对所使用的工程数值模拟软件进行二次开发，并集成已经过验证的成熟数值模拟方法，开发聚能切割索优化设计软件系统。
用户在使用此优化系统时，只需输入有关的结构参数、材料性能参数等就可以完成数值模拟，得到需要的预估切割深度，进而对切割索的结构进行优化设计。
2 2 数值模拟方法数值模拟方法数值模拟方法U 形切割索结构图 V 形切割索结构图 切割试验图切割试验时切割索聚能槽正对靶板，索与靶板用胶布或粘合剂固定。
切割索一端连接雷管，雷管引爆切割索对靶板进行切割。
靶板长度一般在200mm 以上。
聚能装药切割的作用大致分为：炸药爆轰及传播、外壳材料产生射流及延伸、射流切割等过程。
采用多物质Euler 网格或Lagrange 网格来模拟炸药的爆轰、射流的形成、炸药与外壳体相互作用、射流切割目标靶板、爆轰波对靶板作用等过程。
在LS-DYNA 程序中，切割索采用流体弹塑性（*mat_elastic_plastic_hydro）材料模型和Gruneisen 状态方程；炸药采用高能炸药（*mat_high_explosive_burn）材料模型和JWL 状态方程；靶板材料采用塑性动态硬化（*mat_plastic_kinematic）材料模型。
第二章 影响线型聚能装药侵彻能力的因素爆炸切割是利用聚能原理来切割坚硬物质的爆炸新技术。
由于切割都是沿着一个面切割出一条窄缝来，因此，多采用平面对称型药型罩。
线型聚能装药是一种长条形带有空腔的装药，在空腔中嵌有金属药型罩。
药型罩的形状可以是圆弧形或各种不同顶角的楔形，药型罩的材料可以是铜、钢、铝、铅等。
利用这种装药可制成各种爆炸切割器，图2.1为线型聚能装药的基本构形。
2.1 线型聚能装药作用的基本原理当炸药起爆后，爆轰波一方面沿着炸药的长度方向传播，另一方面沿着药型罩运动，聚能作用使爆炸能量向药型罩会聚，爆轰产物以高达几十万大气压的压力作用于药型罩，并将其压垮，而后向对称轴闭合运动，并在对称平面内发生高速碰撞，药型罩内壁附近的金属在对称平面上挤出一块向着装药底部以高速运动的片状射流，通常称之为“聚能刀”。
它一般是呈融熔状态（热塑状态）的高速金属射流，其头部速度大约3000～5000m/s ，集中了很高的能量。
金属射流在飞行中不断拉长，当它与金属靶板发生相互作用时，迫使靶板表面压力突然达到几百万大气压。
在高压作用下，靶板表面金属被排开，向侧表面堆积，而飞溅和汽化的不多。
随着射流和靶板的连续作用，金属射流不断损失能量并依附在金属断裂面上。
爆炸切割器正是依靠这种片状的“聚能刀”，实现对金属的切割作用。
图2.2为线型聚能装药射流形成和拉伸断裂的示意图，图中所采用的起爆方式为典型的端部点起爆方式。
可以看出，药型罩的压图2.1 线型聚能装药的基本构形 Fig.2.1 The basic figuration oflinear shaped charge炸药图2.2 LSC 药型罩压垮和射流形成特性 Fig.2.1 Liner collapse and jet formationcharacteristic of a LSC 杵体主射流外壳断裂射流(a)起爆初时(b)射流形成(c)射流断裂垮由一端向另一端逐步发展，射流在运动过程中拉伸，当达到射流材料的最大屈服强度时，射流发生断裂。
2.2 线型聚能射流的主要参数线型聚能射流参数是研究射流切割的主要因素，对于端部起爆的线型聚能装药而言，可以采用滑移爆轰理论来研究射流的主要参数。
设线型聚能装药引爆后，经一定距离爆轰波趋于定常，波面为平面，坐标Oxyz 随爆轰波阵面一直运动，Oyz 为切割器的横截面，Oxy 为对称面，α为金属药型罩的顶半角。
见图2.3。
由图2.3可以看出，药型罩平面的单位法向量为，k j n⋅-⋅=ααcos sin 1 （2.1）直线OA 在Oyz 平面上，其方程为，⎩⎨⎧=-=0cos sin 0ααz y x （2.2）因此，可得压垮平面OAC 的方程式，0c o s s i n =-+ααλz y x（2.3）则平面OAC 的单位法向量为，()k j i n⋅-⋅++=ααλλcos sin 1122（2.4）图2.3 聚能线型切割器示意图Fig.2.3 Sketch map of LSC cutter设药型罩的折转角为θ（如图2.4），则有，θλcos 11221=+=⋅n n（2.5）即得，θλtg =（2.6）设压垮平面OAC 与对称平面OCD 构成的夹角为σ，此即为碰撞棱OC 的V 形角之半，θασcos sin cos 2=⋅-=n k（2.7）按照经典射流理论，射流质量由下式给出，()σcos 121-=L j M M （2.8）式中M L 为药型罩质量，将（2.7）式代入（2.8），可得射流质量为，()θαc o s s i n 121-=L j M M（2.9）在高压作用下，药型罩材料可近似为理想不可压缩流体。
药型罩OB 在其垂直法平面（即Oxs 平面）内的运动可按飞板飞行曲线的一般理论来求解。
在图2.4中，s=f (x )为飞行曲线，()x f dxdstg '==θ（2.10）式中θ为飞板弯折角。
碰撞来流速度在Oxyz 坐标系中可表示为，k v j v i v v d d d f⋅+⋅-⋅=αθαθθcos sin sin sin cos（2.11）由于切割器以Oxy 面为对称面，两边的药型罩在在飞行中将在Oxy 面上发生碰撞，在Oxy 平面上的碰撞点连线（在二维碰撞时为驻点连线，以下称为碰撞棱）图2.4 飞板飞行曲线及弯折角θ图Fig.2.4 Flight curve and bendingangle of flying plate图2.5 坐标关系与二维碰撞图 Fig.2.5 Coordinate relation and 2D collision plot的方程式为，()αsin x f y -= （2.12）其中α为药型罩与对称面之间的夹角，碰撞棱与x 轴的夹角为β，()αθαβsin sin tg x f dx dy tg -='-== （2.13）如果建立一个新坐标系Ox 'y 'z '，其中x '，y ' 轴是x ，y 轴绕z 轴转过β角而求得的（如图2.5）。
⎪⎩⎪⎨⎧='⋅+⋅-='⋅+⋅='kk j i j ji iββββcos sin sin cos（2.14）取该坐标系相对Oxyz 坐标以u 的速度沿x ' 轴的正方向运动，其中u为，()i v u d'⋅-=βαθβθsin sin sin cos cos（2.15）将式（2.14）代入式（2.11）中并减去u，可以获得在新坐标系中的碰撞前来流速度为，()k v j v v d d f'⋅+'⋅--='αθβαθβθcos sin cos sin sin sin cos （2.16）因此，这个三维碰撞在Ox 'y 'z 坐标系中就变为来流为f v'的二维轴对称碰撞，且有解（如图2.5），⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧'⋅'=''⋅'-='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛''⋅'-=-=j v v j v v v j v f s f f f f j js,12δδδδδ （2.17）式中δ－药型罩厚度，s δ－碰撞后药型罩的出流厚度，j δ－再入射流厚度，j v'－Ox 'y 'z 坐标系中的射流速度，s v'－Ox 'y 'z 坐标系中的出流速度。
将式（2.16）代入式（2.17），求得，()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=-=='αθδδαθδδβθαcos cos 12cos cos 12cos s jd f tg ctg v v （2.18）将速度还原到Oxyz 坐标系中，可以得到，⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=αθαθαθαθcos cos 1sin sin cos cos 1cos cos d jy d jx vv v v （2.19）即有，()j v i v v d d j⋅--⋅--=αθαθαθαθcos cos 1sin sin cos cos 1cos cos（2.20）上式j v表示的是在坐标系Oxyz 中所观察到的射流速度，因而射流的绝对速度为，j v i v v d d jA⋅--⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛---=αθαθαθαθcos cos 1sin sin 1cos cos 1cos cos（2.21）射流方向与形状见图2.6，从式（2.20）和式（2.21）可以求得，()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=-=θααθγαθθαϕsin sin cos 1cos 1cos cos sin sin tg tg （2.22） 其中ϕ为射流刀与x 轴夹角，γ为射流绝对速度与对称轴y 的夹角。
显然∠α＝∠γ2，即射流绝对速度（jA v）是的角∠EOG 平分线。
2.3 影响侵彻深度的主要因素侵彻深度是线型聚能装药爆炸切割作用的最终体现，线型聚能装药所采用的炸药、药型罩、装药对称性、隔板、炸高以及装药壳体和靶板材料，都对其侵彻深度有影响，靶板材料不同对侵彻深度的效果也不相同。
由于本文主要针对线型聚能装药的结构参数进行研究，下面仅就影响线型聚能装药侵彻深度的几种主要因素进行讨论。
2.3.1炸药性能炸药是爆炸切割的能源。
炸药爆炸后很快将能量传给药型罩，药型罩在轴线上闭合，产生高速运动的金属射流，然后依靠金属射流进行切割。
理论分析和实验研究都表明，炸药影响侵彻深度的主要因素是爆压。
随着炸药爆压的增加，侵彻深度和切口宽度都增加。
对于含铝炸药，其侵彻能力明显降低。
虽然铝粉增加了爆热，但此能量是在图2.6 等药厚时射流流动参数图Fig.2.6 Parameter plot of jet flow in uniform charge thickness爆轰波阵面后二次反应中释放出来的，而药型罩闭合的过程很快，主要取决于最初5～10s μ内的爆轰能量，铝粉放出的能量来不及推动药型罩，却降低了波阵面上的压力，因而使侵彻效果降低。
炸药爆压是爆速和装药密度的函数，按照爆轰理论2011D p ργ+=（2.23）式中0ρ为炸药初始密度，D 为炸药爆速，γ为凝聚炸药爆轰指数，其值可以近似取作3，而对于同种炸药，爆速与装药密度间又存在着线性关系。
所以，为了提高侵彻能力，必须尽量选取高爆压的炸药。
当装药选定后，为了提高侵彻能力，还必须尽可能地提高装填密度。
2.3.2装药形状线型聚能装药按药型可分为两类装药断面，等厚度装药和变壁厚装药。
在同等药量下，对同一药型罩，采用变壁厚装药，形成的射流在纵向将产生速度梯度，可以使切割深度大大增加，最大可增加30%，选择变壁厚的装药结构是充分利用炸药能量的有利途径。
线型聚能装药的侵彻深度与装药底宽和药顶高有关，随着装药底宽和药顶高的增加，侵彻深度也相应增加。
增加底宽（相应地增加药型罩宽度）对提高侵彻能力特别有效，侵彻深度和切口宽度都随着装药底宽的增加而线性地增加。
但是增加装药底宽后要相应增加线型聚能装药的重量，在实际设计中是有限制的。
在较小的装药底宽和总体重量条件下，应尽量提高线型聚能装药的侵彻深度。
随着药顶高的增加，侵彻深度也相应增加。
试验表明，当药顶高增加到一定值后，侵彻深度不再增加。
这可以用“爆轰头”理论加以解释，当装药由左端引爆后，随着爆轰波的传播，在轴向和径向都有稀疏波进入，致使爆轰产物向后面和侧面飞散，作用在右端物体上的药量仅图2.7 爆轰头随装药长度的变化 (a) l<2.25d; (b) l=2.25d; (c)l>2.25d Fig.2.7 The relationship of detonationhead with charge length仅相当于图2.7中的圆锥区部分。
