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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
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第二章 爆 破 施 工

第一节 爆破的基本概念
一. 爆破施工简述：
爆破是开挖石方最有效的手段，也常用于土石方的松动、抛掷，定向爆破可用来撤除旧的建筑物，在水利工程施工中，通常采用爆破来开挖基坑，开挖地下建筑物所需要的空间，如遂洞开挖，也可用定向爆破建筑大坝。目前控制爆破方法的高技术，把爆破的应用领域进一步拓宽。因此研究探索爆破的机理，掌握各种爆破技术，在水利工程施工中是十分必要的。
二. 爆破基本机理：
炸药爆炸是化学爆炸。在某中起爆能的作用下，炸药瞬时内（约万分之一秒内）发生化学分解，产生高温（几千度）、高压（数万几十万个大气压）的气体，对相邻的介质产生极大的冲击压力，以波的形式向四周传播。若传播介质为空气，称为空气波；若传播介质为岩土，则称地震波，也叫固体冲击波。
三. 无限均匀介质中的爆破作用：
工程中的介质总是有限的和不均匀的。为了研究方便，假设爆破作用的介质是无限的和均匀的。在这种理想介质中的爆破作用是：冲击波以药包中心为球心，呈同心球向四周传播。距球心越近，作用介质的压力越大，距球心越远，由于介质的阻尼，使作用于介质的压力波逐渐衰减，直至全部消失。假如沿球心切割一平面，可将爆破作用的影响范围划分为如下几个部分（如图2—1）：
（一） 压缩圈（粉碎圈）：
最靠近药包的介质，受到膨胀压力最大，介质若为塑性体，会被压缩成一个球形空腔；介质若为脆性体，会被压缩的粉碎。因此爆破影响的这个范围称为压缩圈或粉碎圈。
（二） 抛掷圈：
压缩圈外具有抛掷势能的介质。这部分介质当具有逸出的临空面，常发生抛掷。这个范围称为抛掷圈。
（三） 松动圈：
抛掷圈外围的一部分介质 ，爆破的作用只能使其产生破裂松动。因此这一范围称为松动圈。
（四） 震动圈：
松动圈以外的介质，随着冲击波的进一步衰减，只能使这部分介质产生震动，故称为震动圈。
（五） 爆破影响半径：
有药包向外，相应各圈的半径分别叫压缩半径、抛掷半径、松动半径、震动半径。各圈半径的大小与炸药的特性、药包结构、爆破方式、介质的特性等密切相关。
四. 有限介质中的爆破作用：
（一）基本概念
爆破作用受到临空面的影响，即爆破作用半径能达到临空面的爆破，称为有限介质中的爆破作用。工程中多属于这种爆破。
（二）爆破漏斗的概念及形成：
如炸药的埋置深度小于爆破作用半径，就是有限介质爆破。当药包的爆破作用具有使部分介质直接飞逸出临空面的能量时，往往形成一个倒立圆堆形的爆破坑，这个坑称为爆破漏斗（如图2—2）。
（三）爆破漏斗的几何特性参数：
假设：药包中心到临空面的最短距离称为最小抵抗线长度W；爆破漏斗底半径r；爆破作用半径R；可见爆破漏斗坑深度P；爆破抛掷距离L；爆破作用指数n=r/W。
(四) 爆破作用指数n：
爆破漏斗的几何特征反映了药包重量大小和埋深的关系，反映了爆破作用的影响范围。显然爆破漏斗底半径r和爆破最小抵抗线长度W的比值r/W反映了爆破漏斗的几何特征，并将它定义为爆破作用指数n=r/W。爆破作用指数n是爆破设计中最重要的设计参数，n值大，爆破漏斗呈宽浅式，n值小，爆破漏斗呈窄深式，甚至不出现爆破漏斗。因此可以用n值大小对爆破进行分类。
（五） 爆破分类：
当n=1即r =W时，称为标准抛掷爆破；
当n＞1即r＞W时,称为加强抛掷爆破；
当0.75＜n＜1即r＜W时，称为减弱抛掷爆破；
当0.33＜n＜0.75时，称为松动爆破。（教材中0.33为0.2）
不因爆破使临空面产生破坏的爆破，叫隐藏式爆破，这种爆破只在介质内部引起破坏，所以也叫内部爆破，可用于炸胀药壶。
（六） 药包分类：
响应于以上各类爆破的药包分别叫：标准抛掷药包、加强抛掷药包、减弱抛掷药包、松动药包。
（七） 可见漏斗深度计算：
抛掷爆破将部分介质抛出，其中部分介质又回落到爆破漏斗坑中，回落后的 可见漏斗深度为：
P=CW(2n－1)
式中C—介质系数，对于岩石，C=0.33；对于粘土：C=0.4 。
（八） 爆破抛掷距离计算：
抛掷堆积距药包中心的最大距离（一般简称抛距）为：
L=5nW
第二节 炸药和装药量计算
一. 炸药简介
（一） 炸药概念：
在外力激发下，可以发生化学爆炸的单质或混合物，叫炸药。
（二） 基本性能：
1. 爆速：
炸药爆炸时的反应沿着药包传播（爆轰波）的速度叫爆速。工程常用炸药的爆速一般为2000—8000m/s.值得注意的是，药包 有大有小，爆炸反应不是同时进行的，而是从引爆点逐步扩展开的。
2. 敏感度：
炸药在外力作用下发生爆炸的难以程度称为炸药的敏感度。炸药在热能、机械能、爆炸能的作用下都会发生爆炸，为了施工安全，工程用炸药的敏感度都是较低的.，但制造雷管用的起爆炸药的敏感度常是较高的，以利引爆。
3. 爆力：
炸药在介质中爆炸时释放的总能力叫爆力。（爆炸做功的总能力，也是爆炸对介质破坏的总能力），爆热、爆温、爆压越高 的 炸药，爆力越大。
4. 猛度：
炸药爆炸时对药包附近介质产生的压缩、粉碎能力叫猛度。
注意：常说的炸药威力是指的爆力和猛度的合称。爆力反映了药包爆炸全过程做功的总能力；而猛度反映了炸药爆炸的初始阶段在气体高压作用下做功的能力。爆力和猛度都是热能向机械能转化的表现形式。威力大的炸药一般称为猛性或烈性炸药。
5. 氧平衡：
炸药成分中一般都有C、H、O、N四种元素，这些元素能化合成H2O、CO2、N2、CO、NO、NO2等气体。
(1) 零氧平衡：
炸药爆炸后，炸药中的氧正好能使碳、氢完全氧化生成CO2和H2O，无剩余氧，此时叫零氧平衡。
(2)正氧平衡：
炸药爆炸后，有多余的氧，多余的氧会再把氮氧化成NO、NO2。此时称为正氧平衡。
(3)负氧平衡：
炸药爆炸后，氧的含量不足，还会有一部分碳只能被氧化成CO，此时叫负氧平衡。
注意：
零氧平衡的炸药爆破效果好，不产生有毒气体，使用比较安全。正氧平衡和负氧平衡的炸药，爆炸后生成ON、NO2、CO等气体，这些气体是吸热反应，都要吸收部分热量，使爆炸能量减小，爆破效果降低，而且都有毒性，爆破后若不能及时排除炮烟，会引起施工人员中毒。因此，配制工程炸药时应尽量零氧平衡。（负氧平衡生成的CO的毒性更大，地下爆破施工不得使用，以策安全）。
（三） 工程炸药的类型（一般常用）：
1. 起爆炸药：
这是制造起爆材料的炸药，特点是爆力和猛度高，对冲击、摩擦、火焰敏感性强，化学安定性大。常用的起爆炸药如：雷汞（Hg（CNO2）），氮化铅（Pb（N3）2），二硝基重氮酚（C6H2O5N4）等。
2. 单质猛性炸药：
这也是制造起爆材料的炸药，为单一化合物成分，爆力和猛度都很高。它还可以作为提高混合猛性炸药敏感度的敏化材料这类炸药如梯恩梯、硝化甘油等。
梯恩梯、硝化甘油的特点是：在水中不降低爆炸性能，可以用在水下爆破。硝化甘油的机械、爆炸的敏感度都很高，不宜单独使用，可以和硝酸铵等配制成硝化甘油炸药使用。
3. 混合猛性炸药：
这种炸药是按一定比例将爆炸性和非爆炸性可燃物混合制成的。是应用最广的工程炸药。这类炸药主要有如下几种：
（1） 硝酸铵类炸药：
它是铵梯、铵油、浆状、乳化油等炸药的总称。
1） 铵梯炸药：
一般由硝酸铵、梯恩梯、木粉三种成分配成。不同的配比，可以制成不同性能的铵梯炸药。按不同的使用条件可配成：
A.露天铵梯：
用于露天爆破，允许产生一定毒气，氧平衡值要求低。
B.岩石铵梯：
用语地下开挖（无瓦斯和矿尘爆炸危险的），严格限制毒气生成量，要求接近或达到零氧平衡。
铵梯炸药的特性是：敏感度较低，安全性好，威力较高。但吸湿性和结块性强。吸湿、结块后敏感度大大降低，甚至拒爆。在水利工程开外中应用广泛，但，无可靠的防水措施时，不宜用于水眼和水下爆破，平时保管，注意防潮。
（2） 铵油炸药：
它是由硝酸铵、柴油、木粉三种成分配成。其类型常按成分配比划分。如92—4—4型，既该类铵油炸药的配比是92：4：4。
铵油炸药的特性是：不用梯恩梯，材料来源多，成本低，安全性高，但敏感度低，，起爆比较困难，容易吸湿、结块，爆炸威力较低。储存期一般不能超过7天。因成本低，并且可以在施工现场配制，故多用于大爆破。
（3） 浆状炸药：
这是一种浆湖状的含水炸药，便于灌装炮孔。主要成分是硝酸铵、梯恩梯。
浆状炸药的特性是：抗水性强，装药密度高，安全性好。但起爆敏感度低。适宜露天有水的深孔爆破。
（4） 乳化油炸药：
硝酸铵水溶液是它的主要成分其他配剂常用乳化剂、粘结剂、可燃剂、敏化剂，呈黄色或白色乳脂状。一般用塑料薄膜管灌装。
乳化油炸药的特性是：抗水性高，敏感度低，安全方便，是一种广泛应用的新型工程炸药。
4. 硝化甘油炸药：一般使用叫少（略）。
二. 装药量计算
爆破效果和所用成本都于药包大小（装药多少）相关，这是不难理解的。但因爆破介质不均匀，结构、构造异常复杂，公认的装药量理论计算公式还未出台，现在用的公式都是经实验、试验得到的经验公式。
（一）药包的类型及区分：
1. 药包的类型：
药包的类型不同，爆破效果不同。按形状药包分为集中药包和延长药包。具体可通过药包的最长边L与最短边a的比值进行划分。
2. 单个药包类型划分：
当L/a≤4时为集中药包；当L/a＞4时为延长药包。
3. 洞室药包类型划分：
对于大爆破，采用洞室装药，常用集中系数φ来区分药包类型。当φ≥0.41时为集中药包，反之为延长药包。
4.集中系数计算公式： 式中：
b—药包中心到药包最远点的距离（m）
V—药包的体积（m3）
（二）单个集中药包的装药量：
Q=KW3f(n) 式中：
K—爆破单位体积岩土的炸药用量，（kg/m3
W—最小抵抗线长度（m）
F(n)—爆破作用指数函数。
1.对于标准抛掷爆破； f(n)=1
2.对于加强抛掷爆破： f(n)=0.4+0.6n2
3.对于减弱抛掷爆破： f(n)= 〔（4+3 n）/7〕3
4.对于松动爆破： f(n)= n3
说明：
对于松动爆破，当n=0.7时， f(n)= n3 =0.33这时松动爆破的单位用药量为0.33K。因此松动爆破装药量的经验公式也可表达为：
Q=（0.33—0.55）KW3
这说明松动爆破的装药量只需标准抛掷爆破的1/3—1/2即可。K值为标准抛掷爆破的单位用药量。其值可查爆破手册获得。所查得的K值，都是标准情况的K值。所谓标准情况是指标准抛掷爆破（在进行爆破的岩土中一般应进行这方面的试验以便反算出单位耗药量。）、标准炸药（国内以2号岩石铵梯炸药为标准炸药，其爆力值为320cm3）、爆破在一个临空面的标准情况下进行的。随着临空面的增多，单位耗药量随之减少，有两个临空面时为0.83K，有三个临空面时为0.67K。
对于采用非标准炸药，应该用爆力换算系数e对K进行修正。 E＝B0/B
式中B0 为标准炸药的爆力，B为实际采用炸药的爆力。
以上介绍的装药量计算，只是以单个水平自由面、单个集中药包为前提条件的，未能反映对爆破质量、岩石破碎程度、爆破均匀程度提出要求。但实际工程爆破中要复杂的多，因此，要结合现场条件，吸取成功经验，选择符合实际情况的计算方法。
第三节 起爆方法和起爆材料（简介）
一.炸药起爆有关概念：
（一） 起爆：
利用外力使药包爆炸的过程叫炸药起爆。
（二） 起爆方法：
常用火雷管起爆、电雷管起爆、导爆索起爆、导爆管起爆、联合起爆等方法。。
（三） 起爆器材：
一是点火器材，如火雷管、电雷管；二是传爆器材，如导火索、传爆线、传爆管等。
二.起爆方法和器材：
（一） 火雷管起爆法：
这是利用点燃的导火索产生的火焰先使雷管爆炸，进而引起药包爆炸的起爆方法。
1. 火雷管：（其构造见16页图2—4）
（1） 组成：由管壳、起爆炸药、加强帽三部分组成。
1） 管壳：
管壳材料：用铜、铝、纸、塑料制成。 管壳作用：保护起爆炸药、保证炮轰、防潮。管壳一端开口，插入导火索：另一端做成凹形穴，起聚能作用，可使指向后方的爆炸冲击波能量集中，以加强对炸药的引爆作用。
2） 加强帽：
金属制成，中心留有小孔，作用是：保护起爆炸药安全、防潮、让导火索的火焰穿过，引爆起爆炸药。
3） 起爆炸药：
分正起爆炸药和副起爆炸药。正起爆炸药在前，炸药多用雷汞、氮化铅、二硝基重氮酚，这类炸药对火花、对热敏感度很高；副起爆炸药在后，炸药多用黑索金、特屈儿、TNT等高威力的烈性炸药。
（2） 使用：
雷管的得名是因为早期用的起爆炸药多数为雷公。火雷管按副起爆炸药的多少分10个序号，号数大的药量多，起爆能力大。工程中常用6号和8号雷管。雷管的特性是：遇撞击、挤压、摩擦、加热、火花都容易爆炸，因此运输、保管、使用都应特别小心。为避免敏感度降低，要注意防潮。不同现场条件应选用不同材料制成 的雷管，如特别潮湿的地方不得使用容易潮湿的纸雷管、装有雷汞的火雷管，以免雷管潮湿拒爆。在有瓦斯矿尘爆炸危险的坑道中，不得使用铝壳雷管以免爆炸飞出的炽热铝片引起瓦斯矿尘爆炸。
2.导火索
导火索是一种圆形索，以黑火药为药芯，以棉线。塑料布、沥青等为卷材卷成的。作用是借药芯燃烧传递火焰，因爆火雷管。它需借助点火器材点燃。燃烧速度一般在100—125s/m。保存时，不得受潮、不得浸由、不得折断。在燃烧中不得有断火、透火、外壳燃烧、速燃、缓燃、爆燃等现象发生。
（二） 电雷管起爆法
这是一种利用雷管通电从而起爆，进而引起药包爆炸的起爆方法。电雷管一般按起爆时间的长短划分类型。通常分为：
1. 即发电雷管：
它是在通电后的瞬时立即发生爆炸的雷管（见17页图2—5）它的装药部分与火雷管相同。区别在于管的前段装有通电的点火装置。点火装置由脚线、电桥丝、引火药等组成。为了固定脚线和封住管口，要在管口段灌硫磺或装塞塑料，外面再涂防水密封胶。通电后，电流通过电桥丝，电桥丝发热而点燃引火剂，引火剂燃烧的火花将直接传给正起爆炸药，引起爆炸。.
2. 延发电雷管：
电雷管通电后能延长一段时间才会爆炸的叫延发电雷管。延长时间较长，以秒为单位计量的称为秒延发电雷管（图2—6）；延长时间较短，以毫秒为单位计量的称为毫秒电雷管（图2—7）。延发与即发电雷管区别仅在于引火头和正起爆炸药之间多设了缓燃物质。缓燃物质一般是一小段精致的导火索，因此改变导火索的长度，就可以作成不同延发期的秒延发电雷管。毫秒电雷管的构造与秒延发电雷管的差异只是使用的延期药不同。毫秒电雷管的延期药是用极其易燃的硅铁与铅丹混合而成再加一定的硫化锑，来调整药剂的燃烧速度使延发的时间符合设计要求。秒引发电雷管一般（7种）或7段，1段的不大于0.1s ,2段的1+0.5s，7段的7+1.0s；毫秒电雷管（种类）或段数很多，一般分18—20段，有的多达38段。20段系列的延发时间从1段的不大于3ms、2段的25±10ms到20段的2000±150 ms不等。可根据爆破工程实际需要选用。
电雷管起爆方法的优点：安全性大，操作人员撤到安全区后才开始送电起爆；可以准确控制起爆时间；爆破前可以用仪表检查电雷管和整个电爆网路的布设情况。
电雷管起爆方法的缺点：技术要求高，操作复杂；作业时间长：需要足够的电源；有雷电时不能操作等。
3. 电爆网路及其计算（略）
（三） 导爆索起爆法：
1. 基本概念：
这是主要用于深孔爆破或洞室爆破的起爆方法。该法是先用雷管引爆导爆索，再有导爆索网路引爆炸药。
2. 材料与外形：
导爆索与导火索外形相似，它是以黑索金等单质炸药为药芯，以棉、麻等纤维为被覆材料制成的索状起爆器材，为了区别导火索，表面一般染成红色。它的端部用雷管起爆后，便通过自身的爆炸性能引爆整个网路的药包。
3. 导爆索的优点是：
爆炸能量大，可以引爆任何炸药；抗干扰能力强（不受水的影响，不受散杂电流影响，能在水下 引爆）；爆速高，达6500m/s，因此由导爆索网路引爆的各个药包是齐爆的，（能够使所有深孔和药室同时起爆）；操作简单，安全可靠（当有延期起爆要求时，在网路内连入不带点火装置的继爆雷管（一种特殊延发雷管）即可。导爆索用火雷管、电雷管均可，但雷管的聚能穴要朝传爆方向放置。导爆索网路的连接有分段并联和并簇联（如图2—10））。
4. 导爆索的缺点是：
起爆的价格高；不能用仪表对网路的敷设质量进行检查。
（四） 导爆管起爆法（简介）：
这是一种新型的不用电起爆的起爆方法。导爆管是一根薄塑料软管，外径约3mm，内壁涂有一薄层单质炸药。导爆管必须用起爆枪或者雷管才能起爆，用火或者撞击均不能起爆。导爆管起爆后的爆轰波以2000m/s的速度通过软管，但是，软管不会被破坏。导爆管只传递爆轰波，不能引起药包 爆炸，一般将导爆管的末端与普通雷管相配合，才能引起药包爆炸。导爆管的主要优点是抗水性好，抗散杂电流能力强，起爆安全，费用也较低，因此，也是发展比较快的一种起爆方法。（导爆管的使用操作方法见教材21页，略）
（五） 联合起爆法（略）。
第四节 爆破的基本方法
在各种工程建设中爆破工程采用的爆破基本方法有：浅孔 爆破法、深孔爆破法、药壶爆破法、洞室爆破法等。本节介绍浅孔爆破法和深孔爆破法。
一. 浅孔爆破法：
（一） 基本概念：
对于炮孔孔径小于75mm，孔深小于5m的爆破叫浅孔爆破。
（二） 适用条件：
浅孔爆破使用的打孔简单，操作方便，但生产效率低，钻孔工作量大，因此，不适合规模大的工程爆破。主要适用于：浅层开挖（如渠道、路堑、小型料场、基坑的保护层开挖等）；坚硬土质的预松（以便人工开挖或其它不适宜开挖硬质土的机械开挖）；复杂地形的石方爆破（不便于大型机械开挖作业的）；旧建筑物拆除；地下工程爆破开挖等。
（三） 炮孔布置：
合理布置炮孔，应充分利用自然临空面，或者创造更多的临空面以提高爆破效果。要尽量防止炮孔方向与最小抵抗线方向一致。避免爆破时首先将炮孔的堵塞物冲出，形成冲天炮（爆破效果很差的空炮）。不论是基坑开挖，还是渠道开挖，一般总是先开除先锋槽，形成阶梯（如22页图2—12）。这样，不仅增加了临空面，同时，便于组织钻孔、装药、爆破、出渣各道工序的平行流水作业。
（四） 炮孔布置的主要参数：
1. 最小抵抗线长度W：
W=Kd
式中：
W—.最小抵抗线长度m（取药包中心到自由面的最短距离）；
d —钻孔最大直径， cm；
K—岩石性质对抵抗线的影响系数，一般取15—30，坚硬岩石取大 值，软弱岩石取小值。
2. 阶梯（台阶）高度H：
H=（1.2—2.0）W
要求H大于W，以避免产生冲天炮，影响爆破效果。
3. 炮孔深度h ：
岩石软硬不同，炮孔深度应采取不同的值，避免超挖，或者欠挖，使基面不平，影响出渣运输和台阶钻孔。因此：
在坚硬岩石中 h =（1.1—1.15）H
在松软岩石中 h =（0.85—0.95）H
在中等岩石中 h =H
4. 炮孔的间距a和排距b：
火雷管起爆时 a=（1.2—2.0）W；
电雷管起爆时 a=（0.8—2.0）W；
炮孔的排距： b =（0.8—1.2） W
5. 爆破孔布置（见23页图2—13）：
浅孔阶梯爆破，为保证爆破后，爆破孔之间不留残埂，减少炸药使用量，一般平面上双排的，要呈等边三角形布孔，多排的，要呈梅花形布孔，以提高爆破效果。
（二）装药：
浅孔松动爆破的装药量计算为： Q=0.33K a b h （kg）
装药长度一般为孔深的1/3—1/2；
雷管置于自上部算起装药全长的1/3—1/2处；
孔口段要用炮泥堵塞。
二. 深孔爆破法：
（一） 基本概念：
炮孔孔深大于5m，孔径大于75mm的爆破，称为深孔爆破。
（二） 适用条件：
深孔多用回转钻机、潜孔钻机等各类专用钻机造孔，一般孔径150—225mm，阶梯高度为8—16m。与浅孔法比较，深孔法单位耗药量少，单位爆破落岩体所耗钻孔工作量小，一次爆破方量多，生产率高。因此深孔爆破法主要适用于：大型工程的深基坑开挖；大型采石场的松动爆破；大型劈坡开挖等。
（三） 炮孔布置：
炮孔可以垂直或者倾斜布置（见23页图2—14）。倾斜布置的炮孔与坡面平行，爆破后的岩石破碎均匀；留下的残埂少；爆破后的坡面较平整；钻孔施工较为安全。但是，钻造倾斜孔的难度大，装药困难，生产效率低。在有打倾斜孔设备条件的情况下，可尽量采用倾斜孔。
（四） 炮孔布置的主要参数：
1． 台阶高度H：
H 的确定既要满足总体布置要求，也要考虑铲运机械的配置，以便在保证开挖质量、保证施工安全的前提下，耗用的辅助工作量最少。据实践经验，当使用3—4m3的电铲装渣时，台阶高度以12m为宜，最大不超过15m；当使用1—2m3的电铲时，台阶高度以10m为宜，最大不超过12m。
2. 钻孔直径d：（根据造孔的钻机确定）
d=FD （mm） 式中：
D—钻头直径， （mm）：
F—扩大系数.
对于坚硬岩石，F=1.06—1.08，
对于次坚硬岩石，F=1.10—1.14，
对于松软岩石，F=1.20—1.40）。
3.底盘抵抗线Wd
为避免留下残埂和便于计算，在深孔爆破中，不采用最小抵抗线，而是采用底盘抵抗线（如图2—14）。从示图可以看出，底盘抵抗线选得过大，残埂可能留得多，过小，会增加钻孔工作量，也会浪费炸药。考虑到机械安全作业的条件底盘抵抗线一般为：
Wd=Hctgα+B （m） 式中：
H—台阶高度，m；
α—台阶坡角，一般为600—750；
B—炮孔中心线到坡顶中心线的安全距离, m ,
（一般B不小于2.5m—3m）。
4.孔距a与排距b：
孔距 a=mWd(m)
排距 b=asin600=0.866a
式中： m—邻接系数（a与Wd的比值），通常m=0.8—2.0，对于松软岩石取较小值，坚硬岩石取较大值；即发爆破时取较小值，微差爆破时取较大值。炮孔一般呈梅花形布置。
5.堵塞长度L：
L=（16—32）
一般认为，堵塞长度在这个范围取值，比较合理。如果采用分段装药结构，L可以取值小些。
6. 超钻深度h：
h =（0.15—0.35）Wd （m）
为了克服因台阶底部的阻力而留下残埂，炮孔一般都要超钻这个深度，目的是降低装药的中心位置。超钻系数0.15—0.35，当台阶高度较大、抵抗线较大、岩石较坚硬时，取较大值；当台阶高度较小、抵抗线较小、岩石松软，时取较小值。
7. 装药量Q；
垂直孔 Q = q a H Wd
倾斜孔 Q = q a H Wd / sinα2 式中：
Q—装药量， kg
q—松动爆破单位耗药量， kg/m3
a—孔距， m
α2—倾斜孔水平倾角
第五节 特种爆破技术
根据爆破的基本规律，为了解决工程的特殊要求（如定向要求、切割要求、减震要求等）需要采取特殊的爆破方法，如定向爆破、预裂爆破、光面爆破等。这些特殊爆破的应用，促进了爆破技术的发展。本节介绍预裂爆破和光面爆破。
一预裂爆破：
（一） 基本概念：
预裂爆破是一种用于大劈坡爆破，或者用于开挖深槽的控制设计边线爆破。它的特点是，在开挖区爆破之前，根据岩石特性，沿设计开挖线先炸出一条裂缝面。这个裂缝面可将爆破开挖区传来得冲击波的能量削减70%，从而可以减轻对保留区的震动影响，以切断爆破区裂缝向保留区的扩展，保证设计边坡的平整性和稳定性。
（二） 基本机理：
预裂爆破是一种不偶合装药结构，特征是：爆破孔的孔壁与药包之间，存有环状的间隙。这个存在的间隙有两个作用：一是可削减爆压峰值；二是为炮孔的孔与孔之间提供了聚能空穴。大家知道，岩石的抗压强度远大于抗拉强度，所以，削减后的爆压峰值，不会使炮孔孔壁产生明显的压缩破坏，只有产生的切向拉力使炮孔四周形成径向裂纹。切向拉力和孔与孔之间的聚能作用一起，在孔与孔 之间的连线上产生应力集中，首先使孔间连线（包括连线上的裂纹）上的拉力强化，从而使裂缝发展，兹后的高压气体进一步使这一裂缝开展，形成“气刃）劈裂作用，使这一连线上的裂纹全部贯通。这就成为预裂爆破。
（三） 预裂面的质量控制要求：
为了使预裂缝对保留岩体充分起到屏蔽作用，预裂面的质量控制应满足下列要求：
1. 预裂缝宽度足够。一般不小于1—4cm（教材要求裂缝在地表面对松软岩石，要大于2cm，较坚硬岩石要大于0.6cm。
2. 预留面孔壁不出现严重震裂现象。
3. 预裂面上的不平整度不大于15cm。
4. 预裂孔的深度要大于主爆破孔的深度（预裂孔比主爆破孔..大1.0—1.5m）。
5. 预裂孔端孔位置应超过主爆破孔端孔7—10m
6. 预裂孔与主爆破孔的孔距应保持适当距离一般1—6m
7. 预裂孔孔口要用小于10mm的砾石填塞。
8. 预裂爆破可用传爆线或者毫秒雷管起爆，起爆时差应控制在10m/s以内。
（四） 预裂爆破主要参数：
1. 炮孔装药量：

或

2. 炮孔间距：
以上二 式中：
QX—线装药密度 g/m
r—钻孔半径， mm
〔σ〕—岩石抗压极限强度， MPa
a—炮孔间距, cm

3.不偶合系数Dd：
Dd = r / rd rd — 药卷直径，mm 。
炮孔装药的不偶合程度常用不偶合系数表示，一般取 Dd =2—5。
（五） 几点说明：
1. 实现预裂爆破的3个关键问题：
加密布孔、减弱装药、同时起爆。（为达到这一目的，在炮孔中采用的是不偶合连续装药或者不偶合空气间隔装药。）
2.不偶合装药的概念：
炮孔的直径如果与药卷的直径完全一致称为偶合连续装药，相反，不偶合连续装药是指炮孔直径大于药卷直径的装药情况；
如果药卷的装药是不间断的，没有空气间隔，就称为偶合空气间隔连续装药，相反，不偶合空气间隔装药是指炮孔中的药卷是不连续的装药的情况。
3.不偶合装药的作用：
不偶合装药爆炸时，爆炸产生的冲击波在炮孔的空腔内，由于空气的缓冲作用而减弱，作用与炮孔孔壁的压力会降低。
如果爆破参数选择合适，爆破冲击波产生的压力会小于炮孔孔壁的动抗压强度，因此，不会对炮孔孔壁岩石造成压碎破坏。
但是，爆炸冲击波对炮孔孔壁形成的环向（或者切向）的拉应力却会大于岩石的动抗拉强度，从而使炮孔孔壁产生放射状的径向裂隙。 随着应力波的扩展，冲击波头的压力将进一步衰减，径向裂隙在离开孔壁大约几倍的孔半径处，便停止下来。
如果炮孔相距很近，各个炮孔的炸药能够同时起爆，会在相邻炮孔的中心连线上相遇的切向拉应力造成叠加，从而大于岩石的动抗拉强度，使裂缝贯穿整个孔间，形成留有半圆形残孔的预裂缝面，同时，爆破的高压气体将对裂缝面两侧岩体产生强大推力，从而形成具有一定宽度的预裂缝。
这就是前面提到的预裂爆破的基本机理。
4.线装药密度：单位长度的装药量称为线装药密度。
5. 装药对预裂爆破效果的影响：
不偶合装药的药包结构，将对预裂爆破效果产生很大影响。
因此，要求装药时，要使炸药的能量能够沿着炮孔的长度均匀分布，线炸药密度要符合设计要求，不偶合系数值符合规定值。
当采用间隔装药时，空气间隔长度要控制在10—30厘米之间。过大会降低预裂爆破质量。
预裂爆破时，炮孔底部的岩石会产生一定的夹制力，使预裂缝不能贯穿到底。
为避免这种情况的出现，炮孔底部的装药量要适当加大。加大量的控制，要考虑岩石的软硬程度、炮孔的深度、炮孔直径的大小、所用炸药的性能等有关因素。
葛州坝的经验是：
炮孔深度小于5米时，装药量增大1—2倍；
炮孔深度在5—10米之间时，装药量增大2—3倍；
炮孔深度大于10米时，装药量增大3—5倍。
同时要求增加的装药量应均匀的布置在炮孔底部1—2米的长度上。
值得注意是，该经验只提到了炮孔深度的影响，岩石的软硬、炮孔直径大小、所用炸药性能均未提到，因此，只能供参考。
三. 光面爆破：
（一） 光面爆破施工的基本方法：
光面爆破是一种用于洞挖作业的控制爆破。
施工方法是：沿着设计开挖线布置小孔径，密间距的周边炮孔，进行减弱的不偶合线装药，先爆破主体部位的岩石，再同时起爆光面孔药包，将主爆破孔与光面孔之间留下的保护层（也叫光爆层）炸掉。从而形成一个比较平整的周边表面，即光面。它的作用和预裂爆破的成缝机理频为相似。
（二） 光面爆破的起爆程序：
光面爆破用于遂洞开挖时，起爆程序是先掏槽，次崩落，后周边。
（三） 光面爆破的起爆材料：
为了确保光面能够同时起爆，光面孔一般采用段毫秒雷管起爆。（四）光面爆破的特点（优点）：
与常规爆破方法比较，光面爆破的钻孔长度和炸药用量都较大，但由于减少了超欠开挖量，围岩的稳定性好，减少了临时支护，灌浆、衬砌工程量，从而使遂洞工程的总投资大为减少。
（五）光面爆破的基本参数：
光面爆破主要承担的任务是：爆除保护层。
基本参数的经验公式如 下：
最小抵抗距
W=（7—20）D； (m)
光面爆破孔间距
a =（0.6—0.8）W； (m)
线装药量
QX=q a W； (kg/m)
式中： D—钻孔直径， (m)
q—松动爆破单位耗药量, (kg/m3)
课后思考题：
1. 什么叫爆破的压缩圈、抛掷圈、松动圈、振动圈？
2. 什么叫有限介质爆破？
3. 爆破漏斗的几何特性参数有哪些？
4. 爆破作用指数n=r/W能说明什么？
5. 炸药有哪些基本性能？
6. 炸药爆炸在什么情况下不产生有毒气体，什么情况下产生有毒气体？
7. 按形状划分，药包分哪几种类型，如何划分？
8. 爆破的标准情况有哪些条件？
9. 常用起爆方法有哪些，常用起爆器材有哪些？
10.浅孔爆破与深孔爆破如何区分，炮孔 布置的主要参数有哪些？
11.简述预裂爆破的基本机理。
12.预裂面质量控制的要求有哪些？
13.简述光面爆破施工的基本方法。

红砂岩路基施工技术与质量控制

内容摘要：由于近几年交通事业的迅猛发展，原有的国道及省道等构成的公路网已不能满足公路运输业的要求，各省区高速公路的大量修建已成为必然。在我国南部省区存在大量红砂岩，由于其材料本身的特殊性，以往从未在高等级公路中应用过，只是少量用在低等级公路中作为路基填料，且出现了大量的质量问题。大量红砂岩路堑挖方的去向问题同样摆在湖南是省高速公路建设者面前，如果作为弃方不用，每条高速公路都将产生近千万的弃方，增加几亿元的投资，弃方还将占用大量土地，带来水土保持等问题。如何解决红砂岩施工成为困扰各方面的重要问题。交通部为此专门成立了课题组，研究红砂岩施工中存在的问题、解决方法及预防措施。本文为作者在研究成果的基础上，结合衡枣高速公路红砂岩施工中经验，从几个方面论述了红砂岩的成因、主要的化学成分，化学性质及物理性质，红砂岩的分类及其特点。文中详细指出了红砂岩作为一种建筑材料，在高速公路建设方面的路用性质，即具有极强的风化崩解性、遇水软化的性能，其作为路基材料在填筑、爆破、防护施工应注意的各事项，容易发生的病害以及预防处理的措施等。关键词：红砂岩 施工 质量控制 一、概述衡阳至枣木铺高速公路属国家规划的衡阳至昆明322国道主干线的一段，也是湖南省东西方向公路运输的大通道，该项目的建设对改善湖南省交通等级结构，完善公路网规划，促进区域经济的发展将会发挥重要的作用。