边坡控制爆破技术

①定义：沿开挖边界布置密集炮孔采用不耦合装药 或装填低威力炸药，在主爆区爆破之前起爆，在爆 破和保留区之间形成一道有一定宽度的贯穿裂缝
（预裂缝），以减弱主体爆破对保留岩体的破坏，
并形成平整的轮廓面的爆破作业，称预裂爆破。 ②预裂缝的作用：
A. B. C.
防止主爆区的破裂缝伸向保留区； 减小主爆区对保留区的振动影响；
建成后的三峡水 电站永久船闸 建设中的三峡水电 站永久船闸
保护层开挖采用斜孔光面爆破技术
三峡永久船闸水平建基面保护层开挖面积大，强度 高，工期紧。为使保护层开挖顺利进行，确保基岩面 质量满足设计及现行施工技术规范要求，结合船闸工 程地质条件，作了一系列保护层开挖爆破对比试验， 选取了适合永久船闸开挖特点的手风钻水平光面爆破 开挖方法，保证了质量和进度，取得了预期的效果。

爆炸高压气体紧接着应力波作用到孔壁上，它 的作用时间比应力波要长的多。孔周围便形成 准静态的应力场。相邻炮孔相互作用，并互位 于应力场中。孔中连线方向产生很大的拉应力， 孔壁两侧产生拉应力集中。如果孔的间距很近， 则炮孔之间连线两侧全部是拉应力区，并达到 足以拉断岩石的程度。爆炸气体作用是预裂缝 最终形成的基本条件，起着主导作用。 尽量缩小预裂炮孔之间的起爆时差，对于预裂 缝的形成有利。
Q线 0.034 压
0.6
a
0.6
工程类比法：
根据完成的工程实际经验资料，结合地形 地质条件、钻孔机械、爆破要求及爆破规模等 进行类比，是预裂爆破参数选择行之有效的方 法。 附：更简单的经验公式： 孔距：a=n×d 预裂爆破：n=8~12 光面爆破： n=12~16
预裂爆破参数经验数值表
1978年在东江水电站完成花岗岩中预裂爆破试验 后，证明软硬岩中均能获得成功。 20世纪80年代，一大批水电站工程在推广预裂 和光面爆破技术（例如广州抽水蓄能电站、隔河岩、 东风、铜街子等水电站）后，又积累了丰富的经验。 进一步佐证了该技术的推广应用价值. 20世纪90年代至今，三峡、龙滩、小湾、溪 洛渡等水电站建设中，将该项技术的推广应用推 向高潮。 三峡工程中坝基、船闸和地下电站全面实施预 裂和光面爆破技术。
开挖边线形成平整轮廓面。
②基本作业方法 A. 预裂孔先行爆破法。在主体石方钻孔之前，先沿 边坡钻密孔进行预裂爆破，然后再进行主体石方钻 孔爆破。 B. 一次分段延期起爆法。预裂孔和主爆破孔用毫秒 延期雷管同次分段起爆，预裂孔先于主爆孔 (75～ 110)ms起爆。 由于预裂孔距被保护的重要设施和待保留的岩体 很近，且其夹制作用大，在装药量相同时，爆破 时预裂孔比主爆孔所产生的爆破振动更大，所以 应该限制预裂孔爆破的单响药量。
小湾水电站左右岸拱 肩槽开挖预裂壁面
溪洛渡水电站左岸坝 肩槽开挖预裂壁面
两种方法都是对开挖周边进行控制的爆破技术，通过 较密的钻孔和“弱装药”及“不耦合”来降低炸药爆 破时对炮孔壁周围岩石的破坏程度，并取得平整光滑 的轮廓面。 在相同的装药条件下，两者都是通过不耦合装药来降 低爆破对岩体破坏的动效应，而光面爆破的静效应远 小于预裂爆破，从爆破理论分析，光面爆破比预裂爆 破对基岩损伤要小得多，更有利于保证围岩的稳定。 光面爆破有侧向临空面，其存在使应力波和爆生气体 能量向抵抗线方向转移。实践证明，这种转移的能量 不至于阻碍裂缝的形成，但可以使作用于保留岩体的 能量减弱。因此，光面爆破的壁面质量一般要优于预 裂爆破壁面质量。
（1）对于拉槽路堑或坡面前方开挖层比较宽的路堑，以及 需要设置隔振带的爆破区，边坡开挖宜采用预裂爆破。 （2）预裂爆破炮孔应沿设计开挖边界布置，炮孔倾斜角度 应与设计边坡坡度一致，炮孔底应处在同一高程上。 （3）炮孔直径可根据预裂爆破的台阶高度、地质条件和钻 机设备确定。 （4）预裂孔与主炮孔之间应符合下列关系： ① 两者应有一定距离，该距离与主炮孔药包直径及单 段最大起爆药量有关，可根据相关经验值选取。 ② 预裂孔的布孔界限应超出主体爆破区，宜向主体爆 破区两侧各延伸L=5～10m。缓冲孔位于预裂孔和主炮孔之 间，设1～2排。 ③ 预裂爆破和主体爆破同次起爆时，预裂爆破的炮孔 应在主体爆破前起爆，超前时间不宜小于75ms。
（4）炮孔超深h： h=(0.5～1.5)m，孔深大和岩 石坚硬完整者取大值，反之取小值。 （5）孔距a光 ： a光=mW光 式中：m——炮孔密集系数，一般取m=0.6～0.8。 （6）炮孔长度L ： L=（H+h）/sinα 式中：α——边坡钻孔角度。
（7）装药量计算 光面爆破装药量计算分为线装药密度和单孔 装药量的计算。 线装药密度q光的计算： q光=K光a光W光 单孔装药量： Q光=q光L 式中：Q光——单孔装药量，g； q光——线装药密度，g/m，其值参见相 应表所示值确定。


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预裂爆破是在半无限介质中进行的，由于岩石的夹制 作用，预裂爆破在裂开岩体的同时也对保留岩体产生 了较强的震动影响。 光面爆破是在主爆破孔起爆后再起爆的，相当于在半 无限介质中形成瞬间临空面后再进行周边孔爆破，由 于自由面的存在，岩体的约束条件发生了变化，岩体 受力状态与预裂爆破时有明显的不同。采用预留光爆 层的光面爆破，使光爆孔的临空面形成得更充分。 预裂爆破钻孔数量较多，钻孔质量要求高，爆破参数 不易控制； 光面爆破因有临空面，光爆参数易控制，且参数在一 定的范围内都能得到较好的爆破效果。
关系。 （5）预裂爆破台阶高度。以H≤15m为宜，当 挖深大于15m时，宜分层爆破。层间应设平台， 平台宽度B=(1.5～2.0)m。
（6）装药量与孔径的关系


装药量与孔径的关系体现为不耦合系数。不耦合系 数是指炮孔直径d和药卷直径d1之比值，D=d/d1 在我国，预裂爆破中常用的钻孔直径为：隧道工程 40～50mm，地下厂房70～90mm，明挖80～110mm。 一些矿山和水利工程中也采用150mm的钻孔直径。 预裂爆破的不耦合系数在2～4之间均能取得良好效 果，其中小孔径取小值，大孔径取大值。采用岩石 硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药、水胶炸药进行预 裂爆破时，当不耦合系数小于2时，往往会使孔壁 受到损坏。适当加大不耦合系数可取得满意的预裂 爆破效果。
主爆区
预留光爆层法
主爆破孔 光面爆破孔
①定义：沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或 装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整轮 廓面的爆破作业称光面爆破。 ② 基本作业方法：
A. 预留光爆层法。先将主体石方进行爆破开挖，预留设 计的光爆层厚度，然后再沿开挖边界钻密孔进行光面爆 破。光爆层厚度是指周边孔与最外层主爆孔之间的距离 B. 一次分段延期起爆法。光面爆破孔和主爆孔用毫秒延 期雷管同次分段起爆，光面爆破孔迟后主爆孔(150～ 200)ms起爆。
（3）炮孔直径与孔深关系。一般条件下，孔深浅，
孔径小；孔深大，孔径大。浅孔爆破取孔径 =(45～50)mm，深孔爆破取d=(80～100)mm，或 者更大值，d=250mm和d=310mm
（4）孔径和孔距的关系。预裂爆破一般采用
不耦合装药，不耦合系数大于2为佳。一般取
孔距a预=(8～12)d，计算时，应使a预符合上述
坚石
＞120
90～100
预裂爆破的线装药密度与岩石的抗压强度成正比
抗压强度 /MPa 线装药密度 /kg· -1 m
10 0.15
20 0.2
25 0.25
70 0.35
80 0.40
150 0.60
（1）炸药性能。不同品种的炸药，应进行必要的
换算。
（2）线装药密度。应根据不同装药结构进行处理。 采用分段装药时，在保证填塞长度条件下，取底 部加强装药段长度L3=0.2L，中部正常装药段长度 L2=0.5L，顶部为减弱装药和填塞段L1=0.3L。

（1）钻孔直径d ：深孔爆破时公路、铁路与水电取 d=(80～100)mm，大直径多用于矿山d=(150～310)mm； 浅孔爆破，取d=(42～50)mm。 （2）台阶高度H ：与主体石方爆破台阶相同，一般情 况，深孔取H≤15m，浅孔取1.5m≤H<5m为宜。 （3）最小抵抗线W光 ： W光=Kd 或 W光=K1a光 式中：K——计算系数，一般取K=15～25，硬岩取小值； K1——计算系数，一般取K1=1.5～2.0，孔径大取 小值； d——炮孔直径，mm； a光——光面爆破孔距，m。
20世纪70年代葛洲坝工程进行了大规模预裂爆破 的试验研究，主要研究的内容包括：
（1）预裂爆破的参数；
（2）预裂爆破对保留岩体的损伤；
（3）预裂爆破的减振效果；
（4）预裂爆破的装药结构及施工方法。
上述研究成果，使预裂爆破在葛洲坝工程中得 以全面推广，将所有缓坡全部改为陡坡开挖，并大 大减少开挖工程量。导爆索药串绑在竹片上的装药 方法，沿用至今，并在全国推广。

关于预裂爆破的成缝机理有3种解释：应力波干涉 理论、以高压气体为主要作用的理论、爆炸应力波 和高压气体联合作用理论。第三种解释为多数人所 接受。

联合作用理论可以用以下粗略的模式来描述：爆炸
应力波由炮孔向四周传播，在孔壁及炮孔连线方向 出现裂缝，随后在爆炸气体作用下，使原裂缝延伸 扩大，最后形成平整的开裂面。
边坡控制爆破
2012.12
20世纪50年代瑞典发明并使用了光面爆破技术。
20世纪60年代初，美国尼亚加拉水电站使用预裂 爆破技术，并在60年代中期进行预裂爆破的理论研 究。在60年代中期及70年代，对预裂爆破和光面爆 破的成缝机理研究中，完成了从应力波拉坏论，爆 破气体破坏论，应力波与爆破气体联合作用破坏论 的发展阶段。 我国水电系统在1963年和1964年由长江水利委 员会在湖北陆水电站护坝首次进行预裂爆破试验。 接着水电部施工研究所在刘家峡工程尾水洞口部也 试用过预裂爆破，后因文化大革命而停止了数年。

上述模式将预裂成缝机理分为二个过程，即应 力波的作用过程和高压气体的作用过程，它们 有先后，但又是连续的不可分割的。第一个过 程，应力波的作用：当它从孔壁向四周传开后， 产生的切向拉应力超过岩石的抗拉强度而使岩 石破裂。最初的裂缝出现在炮孔壁向外的短距 离内。如果应力波在两孔之间能够发生叠加， 那么，在此区段内，合成拉应力也能使岩石产 生裂缝。这些裂缝给预裂面的形成创造有利的 导向条件。
预裂缝的超深（Δh）及超长（L）示意图 （间距为主炮孔的0.7倍左右）
炮眼间距：一般以钻孔直径的倍数表示：孔距： a=n×d
永久边坡：n=7~10；临时边坡：n=10~20；
装药量（线装药密度）：
经验公式计算法 深孔爆破：
Q 线 0.042 压
0.5
a
0.6
地下隧道爆破：

(1) 炮孔起爆顺序不同。光面爆破是主爆区先爆， 光爆孔后爆；预裂爆破是预裂孔先爆，主爆区后 爆。 (2) 自由面数目不同。光面爆破有两个自由面， 预裂爆破只有一个自由面。 (3) 单位炸药消耗量不同。光面爆破单位炸药消 耗量小；预裂爆破由于夹制性大炸药单耗大。
（1）地质条件适应性。光面爆破和预裂爆破广泛地 用于坚硬和完整的岩体中，效果明显；在不均质和 构造发育岩体中，采用光面爆破效果虽然不明显， 但它可减轻对保留岩体破坏，减少超欠挖，有利于 边坡稳定。 （2）爆破方法适应性。光面爆破和预裂爆破适应于 孔深大于1.0m的浅孔爆破，露天及地下深孔爆破。 （3）工程适应性。光面爆破和预裂爆破适应于铁路、 公路、水利、矿山、场坪等石方边坡开挖工程。
岩石性质 软弱岩石 中硬岩石 次坚石 岩石抗压强 度/MPa ＜50 50～80 80～120 钻孔直径 /mm 80 100 80 100 90 100 钻孔间距/m 0.6～0.8 0.8～1.0 0.6～0.8 0.8～1.0 0.8～0.9 0.8～1.0 0.8～1.0 线装药量/ g· -1 m 100～180 150～250 180～300 250～350 250～400 300～450 300～700
三峡水电站永久 船闸的光面爆破
永久船闸成型后 的情况
采用了预裂和光面爆破开挖的三峡工程钢管槽
① 定义：沿边坡线按照设计的边坡高度、坡度 采用控制爆破技术进行边坡开挖的方法，称边坡 控制爆破，边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要 技术措施。其基本方法有光面爆破和预裂爆破。 ② 边坡的分类：石方边坡按用途可分为永久边 坡和临时边坡；按形状可分为垂直边坡和倾斜边 坡；按边坡高低可分为高边坡和低边坡。对于矿 山和交通部门，边坡高度大于15m称高边坡，边 坡低于5.0m称低边坡，一般石方边坡为5.0m～ 15.0m。对于水利水电部门也存在有特高边坡。