爆破工程（第3版）课件：周边爆破技术

周边爆破技术本章主要内容：►

概述►

光面

、

预裂爆破的优点与效果评价

►

光面

、

预裂爆破原理►光面

、

预裂爆破参数确定►光面

、

预裂爆破的设计与施工►岩石定向断裂爆破技术Blasting

Engineering周边爆破技术爆

破

工

程第一节

概述1

周边爆破方法及分类a

爆破需要解决的两个问题用最有效的方法将既定范围内的岩石进行适度破碎，必要时，再将破碎后的岩石进行抛掷；降低爆破对开挖范围以外

岩石的破坏

(损伤)，

最大限度保持岩石原有的强度和稳定

性，也包括设法降低爆破地震效应等。b

各种周边爆破技术的关系：岩石周边爆破〈

—〈c

岩石周边爆破：经过长期的研究，人们提出并发展了光面爆破、预裂爆破、岩石定向断裂控制爆破等。这些爆破方法与技术均用于爆破开挖范围的周边，统称为岩石周边爆破。破破爆爆裂面预光破破爆爆破包包爆药药孔缝能槽切聚切爆爆裂边断周向通定普Blasting

Engineering爆

破

工

程周边爆破技术2

光面爆破的发展a

瑞典→

上世纪50年代苏联→

兰格福尔斯→

我国的情况。b

几种周边爆破技术的发展背景密集钻孔爆破法、龟裂爆破法、缓冲爆破法→普通周边爆破(包括预裂爆破、光面爆

破)→定向断裂爆破技术和预裂爆破。(1)密集钻孔法见图4-1，有称线性钻孔法，是一种最原始阶段的方

法，即沿着设计的开挖轮廓线钻一排密集的钻孔，孔距为孔径的2~4倍，形成一条密孔幕，也称防震孔，孔内不装炸药，起到一定的减震作用，但限制裂缝延伸的其效果并不理想。Blasting

Engineering

第一节

概述爆

破

工

程图4-1密集钻孔法钻孔布置图1—防震孔；2—爆破孔；3—保留区；4—爆破开挖区Blasting

Engineering

第一节

概述爆

破

工

程(2)龟裂爆破法沿着开挖轮廓线布置一排间

距很小的钻孔，每隔一孔或

数孔装填少量的黑火药作为

爆破孔

(没有采用不偶合装药)，其余为不装药的空孔

作为导向孔，利用空孔应力

集中的原理，爆破时岩体沿钻孔连心线方向裂开。(3)缓冲爆破法与龟裂爆破法相类似，但炮孔内的药卷直径要小于炮孔

的孔径，采用分段装填，并在药卷的四周充填惰性填塞

物。第一节

概述图4-3缓冲包破法炮孔布置1—爆破孔；2—导向孔；3—充填料；4—装药Blasting

Engineering

第一节

概述图4-2龟裂爆破法炮孔布置1—导向孔；2—爆破孔爆

破

工

程3

周边爆破理论现状与内容

(1)

两个阶段a

以材料拉伸强度理论为基础的发展阶段主要是光面爆破理论，未考虑岩石中含有的各种缺陷和弱面；当岩石中的拉应力达到其极限强度

时，便发生突然破坏，形成炮孔间的贯通裂纹。b

以Griffith强度理论为基础的发展阶段重视裂纹对周边爆破炮孔间贯通裂纹形成的影响，认为在爆炸载荷作用下，岩石中的既有裂纹尖端将产生应力集中，当裂纹尖端的应力强度因

子达到岩石的断裂韧度时，这些裂纹起裂、扩展，如果炮孔间距适当，进一步将形成炮孔间贯通裂纹。Blasting

Engineering

第一节

概述爆

破

工

程(2)岩石周边爆破理论应有的特点a

炮孔间贯通裂纹的形成是相邻炮孔爆炸载荷共同作用

的结果；b岩石中固有的各种缺陷对炮孔间贯通裂纹的形成有一定影响。c

周边爆破在形成炮孔间贯通裂纹的同时，也对围岩造成

损伤，引起岩石力学性质的劣化，降低围岩稳定性。(3)研究周边爆破造成围岩损伤的意义研究岩石周边爆破造成围岩损伤的规律，合理设计爆破参数，达到降低围岩爆破引起的破坏，有效保护围岩，同时也使岩石周边爆破理论更趋深入和完善。Blasting

Engineering

第一节

概述爆

破

工

程第二节光面、预裂爆破的优点与效果评价1

光面爆破的优点(1)

光面爆破的优点

能减少超挖；

成形规整；隧道轮廓外的围岩不产生或很少产生爆破裂缝，不需要或很少需要加强支护；加快隧道掘进速度，降低成本，施工安全。(2)

预裂爆破的优点也能够获得上面的有点，但其使用条件与光面爆破有所不同，见图4-5

。(a)(b)图4-5隧道掘进采用普通爆破与周边爆破对围岩造成破裂的情况对比a—普通爆破；b—光面爆破Blasting

Engineering

周边爆破技术爆

破

工

程图4-4周边爆破形光面、预裂爆破的优点与效果评价成的隧道轮廓形状Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节陕西某公路隧道光面爆破效果光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节陕西某公路隧道光面爆破效果光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节陕西某边坡光面爆破效果光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节预裂爆破与一般爆破形成的周边轮廓对比光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节2

光面爆破的质量评价根据爆破的质量是否达到了所要求的成形效

果，对周围的岩体有无破坏来评价。a

光面爆破质量评价：平均线性超挖量≤100mm，

最大线性超挖量≤250mm

，超挖量指实际的开挖

轮廓与设计开挖线的差值；壁面光滑，凸凹度在50mm左右；炮孔眼痕率≥50%，并在围岩表面均匀分布；不应出现欠挖，特别是在坚硬岩层中；围岩内原有裂隙大体上没有扩展，也没有产生过多的新的爆破裂隙，围岩完整稳固。光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节b

预裂爆破质量初步评价：爆破后应形成一条连续的、基本上沿着钻孔连心

线方向的裂缝，且预裂缝要达到一定的宽度；预裂缝顶部(炮孔孔口段)的岩体无破坏；在有条件的地方，应当采用声波探测、孔内电视等手段，检查预裂缝的状况。最终评价：预裂面的不平整度，一般要求不超过15cm；预裂面上的半孔率，好的预裂面钻孔的痕迹应保留80％~90％以上；预裂面上的岩体完整，不应出现明显的爆破裂隙，特别是要检查药卷所在位置处的破坏情况。光面、预裂爆破的优点与效果评价Blasting

Engineering爆

破

工

程第二节第三节

光面、预裂爆破原理1

炮孔间贯通裂纹贯通形成a

应力波叠加原理(图4-6)相邻两炮孔同时起爆时，各炮孔爆炸产生的压缩应力波，以柱面波的形式向四周扩散，并在两孔连心线的中点相遇，产生应力波的叠加。图4-6普通周边爆破炮孔间贯通裂纹的形成a—不偶合装药；b—两孔同时起爆，应力波叠加；c—两孔顺序起爆，孔壁应力集中；d—贯通裂纹形成Blasting

Engineering爆

破

工

程周边爆破技术b

爆炸高压气体作用原理认为应力波的作用是微小的，炮孔间贯通裂纹的形成主要是爆炸生成高压气体的准

静态应力所致。该理论强调不偶合装药条

件下的缓冲作用，由于空气间隙的存在，使得作用于孔壁的冲击波波峰压力大大地

减小。c

应力波与气体压力共同作用即应力波和爆炸气体压力共同作用的原

理，是目前得到较多认可的原理。光面、预裂爆破原理Blasting

Engineering爆

破

工

程第三节2

相邻孔起爆时差对成缝机理的影响a

起爆时差大：两个炮孔起爆的时间间隔

很长，A炮孔的爆炸应力场(动应力和准静

态应力)几乎完全消失后，B炮孔才起爆。b

起爆时差较小：当A炮孔爆炸时，孔壁四周裂隙的形成，并未受到B

炮孔爆炸的影

响，至少其初始阶段是这样，只是由于B炮

孔的空孔效应，可能在AB连心线方向上出现较长的裂纹，或者在B孔的孔壁上出现初始

的裂纹。光面、预裂爆破原理Blasting

Engineering爆

破

工

程第三节c

起爆时差极小：起爆时差再进一步缩短，使

得在A炮孔的冲击波波峰通过B炮孔的瞬间，B

炮孔起爆，此时，B炮孔处，A炮孔爆炸产生的

动拉应力集中与B炮孔的动拉应力相叠加，达到了最大的拉应力值，动应力波波峰过后，A、B

孔的高压气体准静态应力的叠加，同样达到极大值。d

同时起爆：

A

、B两孔的起爆时间差等于零，

或者虽有时间差，但其值极小，小于A孔冲击波传播到达B孔的时间。图4-8所示起爆时差对断裂面形成质量的影响。光面、预裂爆破原理Blasting

Engineering爆

破

工

程第三节(a

)(b)图4-8不同起爆时差的炮孔间贯通裂纹形成a—同时起爆；b—大时差顺序起爆光面、预裂爆破原理Blasting

Engineering爆

破

工

程第三节3

空孔的导向作用a

空孔的作用产生应力集中，有助于径向裂缝向空孔

方向发展效应外，抑制其它方向的径向裂缝发展能起作

用。这时，空孔称为导向孔(图4-9)。图4-9孔空对裂缝扩展的抑制作用光面、预裂爆破原理Blasting

Engineering爆

破

工

程第三节第四节

光面、预裂爆破的参数确定1光面、预裂爆破参数的理论计算(1)

炮孔装药量计算a

不耦合系数(降低作用于炮孔壁上的爆炸压力)

：b

装药系数(采用空气柱间隔装药时，炮孔装药量由装药系数决定)：

l

L

=l

c

/l

b

≤(d

b

/d

c

)6

(2)

炮孔间距a

应力波叠加：

b

共同作用原理：1k

d

=

d

c

/

d

b

≥

66Blasting

Engineering

周边爆破技术

a

=(2bp

2

/σ

t

)1

/

α

d

b

a

=2Rk

+pd

b

/σ

t

爆

破

工

程(3)

最小抵抗线a

概念：光爆、预裂爆破的最小抵抗线指周边爆孔

到邻近一圈(或排)崩落爆孔之间的垂直距离，图4-10

所示。Blasting

Engineering

第四节

光面、预裂爆破的参数确定

图4-10为隧道(巷道)爆破的周边炮孔最小抵抗线爆

破

工

程b最小抵抗线计算光面、预裂爆破的最小抵抗线可利用装药的密集系数确定：W

=a/m周边孔最小抵抗线(也称光爆层厚度)的计算式可借助豪

柔公式推得，为：W

=

⎨2σt

[

ρr0cP

)]

⋅

rbα/11/

α/(bBlasting

Engineering

第四节

光面、预裂爆破的参数确定

ql

/[mqt

⋅f

(n)]预裂爆破的周边孔：爆

破

工

程=W2

预裂爆破参数的经验计算法主要是考虑线装药密度与岩石的抗压强

度，炮孔间距以及炮孔直径之间的关系，

基本的形式是：b

葛洲坝工程局提出：c

武汉水利电力学院提出：Blasting

Engineering

第四节

光面、预裂爆破的参数确定a

长办长科院提出：ql

=0.127σc

0.5

⋅a

0.84

⋅(db

/2)0.24ql

=0.034σc

0.53

⋅a

0.67ql

=Kσc

δ

⋅a

β

⋅dbγ

ql

=0.367σc

0.5

⋅db

0.86爆

破

工

程3

工程类比确定爆破参数除了用理论公式或经验公式计算外，往往还需要参考某些已成工程的实际经验数据，进行分析对比确定。Blasting

Engineering爆

破

工

程第五节

光面、预裂爆破设计与施工1

光面爆破设计与施工

(1)

光面爆破设计a

步骤(5条)：收集基本资料；确定光面爆破的施工顺序；选择合理的光爆参数；确定炮孔的装药结构；确定起爆方法及网路的联接形式。b

装药结构：不能过于复杂，如图4-11所示。c

说明：隧道光面爆破的设计与掏槽、崩落炮孔布置是

不能截然分开的。Blasting

Engineering爆

破

工

程周边爆破技术图4-11周边爆破的装药结构a—偶合空气柱间隔装药；b—不偶合空气柱间隔装药；c—不偶合连续装药；d—不偶合孔底集中装药1—小直径药卷；2—标准直径药卷；3—导爆索或雷管脚线；4—环向空间；5—空气柱；6—堵孔炮泥Blasting

Engineering

第五节

光面、预裂爆破设计与施工爆

破

工

程2

预裂爆破设计与施工(2)

光面爆破施工a

炮孔要求：

要求是：

“平、直、齐、准”。b

施工方案：采用全断面一次爆破

(起爆顺序为：“掏槽眼－

辅助眼－崩落眼－周边眼”

)和预留光爆层分次爆破

(修

边爆破，优点是：节约爆破材料，有利于提高光爆效果和质量；缺点是：施工工艺复杂，增加了辅助时间，见图4-

12

)

。Blasting

Engineering

第五节

光面、预裂爆破设计与施工图4-12预留光爆层简图1—预留光爆层；2—超前开挖区爆

破

工

程(1)

预裂爆破设计：收集基本资料；确定钻孔直径、炮孔间距；计算药量；确定装药结构、起爆网路。(2)

预裂爆破施工a

施工准备：包括场地平整、测量放样，以及其他常规的准备工作。b

钻孔：机具根据炮孔的直径和孔深来选用；严格控制质

量，允许的偏斜度应控制在1°以内。c

药包加工：一是将炸药装填于一定直径的硬塑料管内连续

装药，在整个管内贯穿一根导爆索；另一种方法是采用

间隔装药

。d

装药、堵塞和起爆装药：用塑料制的膨胀联接套管将药柱固定在炮孔的中央。堵塞：应密实，使药卷串保持在孔中央的位置上。起爆：一般都采用导爆索起爆，也可采用电雷管起爆

。Blasting

Engineering

第五节

光面、预裂爆破设计与施工爆

破

工

程第六节

岩质定向断裂爆破技术a

周边爆破的不足：

炮孔间距小；出现超挖；增加出渣工作

量，增加支护材料用量

。1

定向断裂爆破的基本方法(1)

分类根据炮孔壁上初始裂纹形成机制和方式的不同，分为切槽孔岩石定向断裂爆破、聚能药包岩石定向断裂

爆破和切缝药包岩石定向断裂爆破。a

炮孔切槽爆破：在炮孔壁沿轴向切割出角度60°~80°

的V形槽，见图4-14

。图4-14炮孔切槽及异形钻孔方法a—炮孔切槽；b—设置导向孔；c—异形炮孔1—炮孔壁；2—孔内装药Blasting

Engineering爆

破

工

程周边爆破技术b

聚能药包爆破：利用聚能药包爆炸后首先在炮孔壁的一定部位产生初始裂缝，然后在爆生气体作用下裂缝继续

扩展，形成定向断裂