浅谈爆破技术在实际工程中的应用
资源与安全工程学院
爆破作为一种科学技术，应用很广，但在工程上的应用无疑是最重要、最常见的，采矿开山，修铁路、公路用钻爆法来开掘隧道，水利工程上也用一些，城市里面也使用了，拆除楼房。利用炸药爆炸产生的巨大能量破坏某种物体的原结构，这种’破坏‘效果不是其他方法能代替的，它虽然不是完成一个工程，但却是一个重要的工序，特别是石方开挖、矿山开采等工程缺少了这个工序还不行。本文将针对隧道爆破、拆除爆破两个方面，浅谈爆破技术在实际工程中的应用。
一、隧道爆破施工技术
隧道是人们利用地下空间的一种形式，广泛应用于铁路、公路、水利水电、矿山、市政、人防等部门，在国民经济建设中起着重要的作用。随着我国各项建设事业的发展，隧道工程越来越多，规模越来越大，类型越来越广，所遇到的岩体地质条件和环境越来越复杂，施工难度越来越大。由于钻眼爆破法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适合于硬岩石隧道、破碎围岩隧道及大量短隧道的施工，所以它仍是目前和将来一定时期内隧道掘进的主要手段。
（1）岩石隧道钻眼爆破的特点、要求
爆破的临空面较少，岩石的夹制作用大，耗药量大，而且对钻眼的爆破质量要求很高，既要保证隧道的开挖方向满足精度要求，又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不能超、欠挖过大。另外 爆破时要防止飞石崩坏支架、风管、水电、电线等，爆落的岩石块度要均匀，便于装渣运输。交通隧道的断面一般比较大，造价高，服务年限长，因此在施工中必须确保良好的工程质量。隧道施工中新奥法的应用，要求施工中尽量减少爆破对围岩的扰动，确保围岩的完整，以充分利用围岩自身的承载能力。隧道爆破的施工方法、施工机具和设备的选择主要取决于开挖断面的大小和隧道所处的山体位置。此外，变化复杂的围岩级围岩的结构、强度、松动成都、耐风化性、初始地应力方向、隧道的跨度和地下水活动情况对钻爆施工也有较大的影响。而且由于滴水、潮湿、噪声、粉尘等影响，钻眼爆破作业条件差，加之与支护、出渣运输等工作交替进行，增加了爆破施工的难度。
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（2）炮眼的种类及作用
隧道掘进对爆破的要求：开挖出的断面符合设计要求，周边平整，最大限度地降低对围岩的破坏，炮眼利用率高，以及提高隧道掘进的循坏进尺；爆破的岩石块度要均匀，爆堆集中，以提高装岩效率。
隧道爆破工作面上的炮眼，按其位置和作用的不同分为：掏槽眼、辅助眼、周边眼。周边眼又分为顶眼、帮眼和底眼。掏槽眼一般布置在工作面的中下部。其作用是在一个自由面的情况下，首先爆出一个槽腔，为其他炮眼的爆破增加新的自由面，以减小岩石的夹制作用，提高爆破效果。因此，掏槽眼是最先起爆的炮眼。为了充分发挥掏槽眼作用，掏槽眼比其他炮眼神15-25cm，装药量增加15%-20%，采用连续装药结构。周边眼是指沿隧道周边布置的最外一圈炮眼，其作用是控制隧道断面的成形轮廓。周边眼装药量最小，且多采用不耦合装药或间隔装药。辅助眼是指介于掏槽眼和周边眼之间的所有炮孔，他可以是一圈或几圈炮眼，一般根据隧道断面大小来确定。辅助眼的作用是扩大掏槽眼爆出的槽腔，为周边眼的爆破创造有利条件。辅助眼装药量介于掏槽眼和辅助眼装药量之间，多采用连续装药结构。
由各类炮眼的作用可以看出，隧道爆破效果的好坏主要决定于掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼爆破直接影响着炮眼利用率或循环进尺，周边眼的爆破效果直接影响着隧道断面的成形质量及围岩的稳定和完整程度。根据掏槽眼与工作面的相对关系以及掏槽眼在被爆岩体中的排列形式，可将掏槽眼分为三种：斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。
（3）周边眼的控制爆破
在隧道爆破施工中，首要的要求是开挖轮廓的尺寸准确，对围岩扰动小。所以，周边眼的爆破效果反映了整个隧道爆破的成洞质量。实践表明，采用普通爆破方法不仅对围岩扰动大，而且难以爆出理想的开挖轮廓，故目前采用控制爆破技术进行爆破。隧道控制爆破主要是光面爆破和预裂爆破。
1)隧道光面爆破是通过合理确定爆破参数和施工方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。隧道光面爆破效果用黄面爆破的标准来评价。
光面爆破的标准为：开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩壁上保存有50%以
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上的半面炮眼痕迹，无明显的爆破裂痕，超欠挖尺寸符合规定要求，围岩面上无危石。
隧道光面爆破具有如下几方面的特点：对围岩的扰动小，可提高围岩的自身承载能力、能有效减少应力集中现象，减少落石和塌方的发生，提高施工安全度、减少了超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省大量混凝土，降低工程造价，加快施工速度、可降低工程造价，加快施工速度，降低爆破震动有害效应。
2)预裂爆破是由于首先起爆周边眼，在其他炮眼未起爆之前先沿着开挖轮廓线爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝而得名。预裂爆破的目的与光面爆破相同，只是在炮眼的爆破顺序上下不同。光面爆破是先引爆掏槽眼，再引爆辅助眼，最后引爆周边眼。而预裂爆破则是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出一条平顺的预裂缝。由于这个裂缝的存在。对后爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起反射和缓冲作用，可以减轻爆轰波对围岩的破坏影响，保持岩体的完整性，是爆破后的开挖面整齐规则。
合格的预裂面应当满足如下要求：不平整度不超过15cm，半孔率80%—90%，预裂面岩石完整且无明显爆破裂痕。
由于成洞过程和破岩条件不同，在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好一些，所以，预裂爆破很适用稳定性较差而又要求控制开挖轮廓的软弱围岩，但预裂爆破的周边眼距和最小抵抗线都要比光面爆破小，相应地要增加炮眼的数量，钻研工作量也相应增大。
理想的欲裂效果应保证在炮眼的连线上产生贯通裂缝，形成光滑的岩壁。但预裂爆破时只有一个临空面，因此，其爆破技术较光面爆破更为复杂。影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、地址构造、炸药结构以及施工因素等，而这些因素有事相互影响的。
确定预裂爆破参数的方法主要有理论计算方法、经验公式计算法和经验类比法三种。就目前的状况来说，对预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也不很完善，大多需通过经验类比初步确定爆破参数，再有现场试验调整，才能有满意的结果。表1-1【1】给出了隧道预裂爆破的参考数值可供选用。
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表1-1预裂爆破参数
岩石类别 炮眼间距E/cm 至内排崩落眼间
距/cm
装药集中度、（kg.m-1） 0.30～0.40 0.20～0.25 0.07～0.12
硬岩 中硬岩 软岩
40～50 40～45 35～40
40 40 35
二、拆除爆破
拆除爆破是采用控制有害效应的措施，按其要求用爆破方法拆除建（构）筑物的作业。拆除爆破是是控制爆破技术的一项分支。它很据拆除对象的结构特征，采用合理的爆破方法和爆破参数。同时采取必要的防护措施，控制爆破飞石、冲击波和爆破震动等消极作用，保证爆点周围非爆破部分建（构）筑物、设备和人员。
使用爆破方法可以拆除各种类型的建（构）筑物、房屋基础和机器设备基础。目前，拆除爆破已经成为一项成熟的技术，在城市改造、工矿企业改扩建等方面发挥着重要作用。拆除爆破作业环境复杂、安全要求高。拆除对象一般位于居民区或厂矿区，周围有各种生产、生活设施。爆破时必须严格控制飞石、冲击波和震动的作用范围，确保周围人员、建筑物和设施的安全。另外，随着社会的发展，人们对生活环境和工作环境的要求愈来愈高，控制爆破噪声、爆破灰尘、爆破震动等消极方面对正常生产、生活的干扰，也将成为爆破工作者必须重视的一个课题。
（1）拆除爆破原理
1)松动爆破原理：利用炮眼将炸药均匀地装填到拆除物内部，依靠群药包的共同作用是拆除物疏松。根据介质的破碎程度，拆除爆破应该控制在装药内部作用、减弱松动或正常松动范围内。基础的拆除爆破一般利用的就是松动爆破原理。
2）失稳破坏原理：利用爆破作用破坏建（构）筑物的承重部位，使之丢去承载能力；建（构）筑物在自身重力作用下，沿设计方向倾倒或坍塌过程；伴随着倒塌过程，建（构）筑物各部分相互挤压、剪切，最后撞击地面而破坏。这一
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拆除原理成为建（构）筑物失稳破坏原理。失稳部位的爆破一般要达到介质破碎、疏松，部分碎块飞散（或逸出钢筋笼）的效果，因此属于加强松动或减弱抛掷爆破。在拆除爆破中，烟囱、水塔、框架及砖混结构等高大建（构）筑物的整体拆除，主要利用的及时失稳破坏原理。
松动爆破原理和失稳破坏原理的区别在于：松动爆破是在整个拆除物内部均匀布置药包，利用群药包的共同作用破坏介质，爆破块度应满足清理要求。失稳破坏是在建（构）筑物的关键部位实施爆破，使其失稳倒塌，依靠建（构）筑物倒塌过程中的内力作用和触地撞击作用来破坏结构，爆破后结构应充分结题，构件大小适合于吊装运输。
（2）烟囱、水塔的爆破方式
爆破拆除烟囱、水塔这类高耸建（构）筑物时，有‘定向倒塌’、‘折叠倒塌’、‘原地倒塌’三种方式。下面就前两种爆破方式进行简单介绍。
（1）定向倒塌：烟囱、水塔定向爆破时倒塌的范围与其本身的结构、刚度、风化破损程度以及爆破参数等多种因素有关。对于钢筋混凝土或者刚度较大的砖砌烟囱、水塔，其倒塌的水平距离约为高度的1.0-1.1倍；对于刚度较差的砖砌烟囱、水塔，其倒塌的横向宽度可达到爆破部位外径的2.8-3.0倍。因此，采用控制爆破方法定向拆除烟囱、水塔时，一般要求场地长度不小于构筑物高度的1.0-1.2倍，宽度不小于爆破部位外径的2.0-3.0倍。
（2）折叠式倒塌：折叠式倒塌与定向倒塌的原理基本相同，除了在构筑物底部炸开一个切口外，还需在此上部的适当部位炸开爆破切口，使购物物从上部开始逐段朝相同或相反方向折叠，倒塌在原地附近。折叠式倒塌适用于周围场地狭窄，在任何方向都不具备定向倒塌条件的工程。
三、总结
当代许多工程中都能看到爆破的影子，然而，随着工程技术的不断发展和新的项目的开展，以前的爆破技术并不能很好的解决实际工程中的问题。所以，爆破技术也需要在原有的基础上创新和发展。工程上的许多爆破难题并不能单纯的靠改变改变爆破参数和爆破方式来解决。提高爆破材料的爆破性能同样也很重要。
另外，关于爆破对环境的影响也是我们在爆破过程中要考虑的问题，减小震
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动和减小对环境的影响是爆破过程中要注重考虑的问题。爆破施工安全也是人们比较关心的问题。所以说，无论今后爆破技术如何发展，都必不可少的要考虑到以上三个方面。
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