光面爆破施工理论与实践.docx
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光面爆破施工理论与实践
隧道光面爆破施工理论与实践
加强对光面爆破的设计以保证隧道的稳定和获得较快进度，成为我们必须研究的课题。
1、爆破基本原理及计算
1.1、名词解释
自由面—也称临空面，被爆物体与空气接触的面。
1.2、爆破作用圈（见下图）
爆破作用圈图1
⑴、压缩圈或破碎圈R1：
在此半径内，由于土石直接承受了药包爆炸而产生的巨大作用力，对可塑性土壤便会因遭到压缩而形成孔腔；对坚硬岩石即会造成粉碎，因此称为压缩圈或破碎圈。
⑵、抛掷圈R2：
位于R1以外R2以内的环形圈带，此范围的土石结构受到破坏分裂成碎块，由于内圈形变后形成了自由面，便会使破碎的石块作抛掷运动，故称抛掷圈。
（3）、在抛掷圈以外至半径达到R3的地带，爆破作用减弱，除使土石结构受到不同程度的破坏外不产生抛掷运动。
实用上，亦称松动圈或裂缝圈、破坏圈。
（4）、振动圈R4在破坏圈以外爆破作用力减弱，不能使土石结构破坏，仅发生振动现象。
1.3、爆破作用圈范围的计算：
式中R—爆破作用半径（m）；Q—药包重量（kg）；K—与地质条件有关的常数。
（1）、压缩圈
（m）
（2）、抛掷圈
（m）
（3）、破坏圈
（m）
（3）′、破坏圈
（m）
（4）振动圈
（m）
1.4、爆破漏斗近似一个倒立的园锥体。
基本元素组成：
爆破漏斗图2
W—药包中心O到临空面最短距离，即最小抵抗线。
r—爆破漏斗的底半径。
R—破坏半径也叫破坏作用半径。
R=√W2+r2（从图中可看出）
β′—顶角爆破漏斗张开角。
1.4.1、爆破漏斗作用指数
爆破漏斗的分类，按爆破作用指数n的大小而定，通常分为抛掷爆漏斗种松动爆破漏斗两大类。
爆破作用指数n=r/W。
当n＞1r/W＞1β′＞90°称“加强抛掷爆破”，加强抛掷爆破漏斗。
当n=1r=Wβ′=90°称“标准抛掷爆破”，标准抛掷爆破漏斗。
当n＜1r/W＜1β′＜90°称“减弱抛掷爆破”，减弱抛掷爆破漏斗。
当n＞0.75r/W＜1β′＜90°爆破产生抛掷作用，爆破后形成可见漏斗，这类爆破称为“抛掷爆破”。
当n=0.7~0.75r/W＜1β′＜90°爆破能形成爆破漏斗，但不能产生抛掷作用，一般地面不能形成爆破漏斗，这类称松动爆破。
当n＜0.7r/W＜1β′＜90°爆破的破坏作用波及到地面，不能形成爆破漏斗，这类爆破称“内部作用爆破”。
当药包在土石内爆破时，对土石的爆破作用，仅限于土石内部，而不显露到土石的临空面（表面）上。
如破坏范围刚好达到临空面时，又称为最大作用药包。
此时药包能量得到充分利用。
1.4.2、集中药包的药包量计算：
Q=q.V
式中Q—药包的重量kg；（m）；q—单位耗药量kg/m3；V—爆破土石体积m3。
在标准抛掷爆破中，由于当n=r/W=1因此，标准抛掷漏斗为正圆锥体积，其体积V和最小抵抗线W关系（图2），如公式所示
V=1/3πr2W用标准漏斗r=WV=1/3πW3
又因为V=1/3×3.14×W3≈W3
Q=q.V………………
（1）
q=Q/V……………
（2）
你如果想知道土石真正的单位耗要量就去做标准漏斗，试验取得。
同时也能取得“加强爆破”、“标准爆破”、“减弱爆破”及“松动爆破”的数据。
有些手册上就是根据这个原理取得的。
加强抛掷药包计算公式：
W＜25m时,Q=（0.4+0.6n3）gw3e,式中e为标准药量换算系数。
松动爆破药包计算公式：
Q=0.33gw3e
内部作用药包计算公式：
Q=0.2gw3e
2、爆破器材
2.1炸药的特性主要指密度（q/m3）、爆燃点C°、爆速（m/s）、爆温C°、
生成气体（L/kg）、爆力（mL）、猛度（㎜）、殉爆距离（㎝）、临界直径（㎜）等。
（1）密度：
单位体积炸药重量，每立方厘克重例如2#岩石的密度为0.9~1.0克/㎝3。
（2）爆燃点：
炸药在多少温度才能燃烧用温度说明。
（3）爆速：
炸药的传爆速度，如2#岩石炸药爆速为3800~4000m/s（φ32药卷）。
（4）爆温：
炸药爆炸后所产生的温度，如2#岩石炸药爆温2400~2800℃。
（5）生成气体：
每公斤炸药爆炸后生成气体公升数，如2#岩石炸药生成气体800~900L/㎏。
（6）爆力（威力）：
一定数量的炸药装进纯铅体内用8#雷管起爆铅体扩大的体积毫升计。
（7）猛度：
用φ40㎜高40㎜的铅圆柱，用5克炸药爆炸后，用卡尺量铅下毫米数。
（8）殉爆距离：
标准药卷，一个起爆后，引起另一个药卷爆炸的距离㎝计。
这种炸药的特性很重要，是检验炸药最简方法之一。
如果发现工地上有拒爆现象或达不到出厂标准的炸药，在保存期内，由厂家负责退换。
图3
（9）临界直径：
药卷能起爆传爆的最小直径以㎜计。
几种常用炸药特性表：
炸药性能
2#岩石
露天爆破铵油炸药
乳化EL-103φ32㎜（北京）
乳化
EL-104φ32㎜
乳化RJ2φ32㎜（湖南）
爆速（m/s）
3800~4200
2000~2200
4300~4600
4500~5100
4000~4500
猛度（㎜）
14~12
8~11
16~19
16~19
15~17
殉爆距离（㎝）
6~7
2~5
12
12
＞7
临界直径（㎜）
18~20
80~100
12~16
12~16
12~16
密度（q/㎝3）
0.9~1.05
0.8~0.9
1.1~1.3
1.1~1.3
1.05~1.3
爆温（℃）
2950
2700
威力（mL）
320~360
260~300
336~378
390~400
390~400
爆燃点（°C）
250~320
250~320
330
340
400
生成气体（L/㎏）
800~900
700~950
840~945
850~1000
850~1000
抗水性（h）
24~48
48
48
乳化炸药是以含氧酸无机盐水溶液作分散相，不溶于水液化的碳质燃料作连续相（W/D）的乳脂状混含水炸药。
其外观制作不同而有乳白色、淡黄色、浅褐色拌合体。
抗水性强、安全性好、环境污染小，原料来源广，爆破效果好。
注：
马乃耀编《爆破工程技术》北京：
人民铁道出版社1985年
2.2起爆器材
起爆器材：
主要包括火雷管、电雷管、非电毫秒延期雷管等。
这里按起爆能力又分工业6号和8号雷，隧道常用工业8号雷管。
（1）工业火雷管：
1、管壳（纸铜铝铁）；2、传火孔；3、加强帽；4、正起爆药；5、过起爆药；6、聚能穴。
火雷管示意图4
（2）毫秒延期电雷管（直填式）：
1、雷管脚线；2、塑料塞；3、卡口印；4、传递孔；5、管壳；6、球形发火剂；7、延期药；8、加强帽；9、正起爆药；10、付起爆药；11、聚能穴。
毫秒延期电雷管示意图5
（3）毫秒延期非雷电管：
这种雷管和电雷管构造基本相似，不同的地方是电雷管是通过脚线通电燃发火剂，靠延期药来控制时间起爆。
而非雷电毫秒雷管是通过冲击波来点燃延期药来控制起爆时差的。
毫秒延期非雷电管示意图6
国产非电毫秒延期雷管延期时差（第二系列）表2
段别
延期时间（ms）
段别
延期时间（ms）
1
＞13
11
460±40
2
25±10
12
550±45
3
50±10
13
650±50
4
75±15（10）
14
760±55
5
110±15
15
880±60
6
150±20
16
1020±70
7
220±20
17
1200±70
8
250±25
18
1400±100
9
310±30
19
1700±130
10
380±30
20
2000±150
2.2传爆器材
传爆器材主要包括：
导火索、导爆索及导爆管。
（1）导火索（称引线）外径φ=5.2~5.8㎜白色，药芯为黑火药呈黑色，燃烧速度为每米100~125秒钟，喷火强度不应小于3㎝。
传递燃烧引爆火雷管。
基本上不防水，有效期两年。
太阳暴晒易使防潮涂料溶解，受冻后易折断；黑火药有吸湿性，当含水量大于1%时就会变质，缓燃或不易点燃。
用导火索的火花引爆火雷管，使炸药爆炸。
制作导火索雷管，是将导火索按所需长度（最短不少1.2㎜）用锋利地刀切齐。
把齐端轻轻地插入雷管。
金属壳雷管用卡口钳在孔口处轻轻夹紧，如是纸壳可用胶布缠紧，妥善保管。
国家爆破安全规程（GB6722-2003）规定隧道爆破不宜使用火花爆破，考虑到边缘地区仍在使用火花起爆非电毫秒雷管，暂时规定用火花起爆非电毫秒爆破网路导火索，最短不少于3米。
（2）导爆索外径φ=5.7~6.2㎜，外观呈蓝色或红花色，内装黑索金烈性炸药，传爆速度6500~6600m/s，可传递爆炸和引爆炸药。
防水性好。
隧道光面爆破是必须器材，因它的性能即能传递爆炸又能引爆炸药。
导爆索的爆速很高可用于群药包在瞬间同时起爆。
导爆管外径φ3㎜、内径φ1.8㎜的白色朔料管，内喷撒极微粒的雷汞、黑索金药粉每1000米装12克，靠冲击波击发传爆速度有高速1950±50m/s。
这种新型爆破器1977年由南京工学院和赣州803厂先后研制成功，并于1978年投入生产。
几乎同时防水炸药乳化炸药问世，为我国爆破界增添了新的活力，促使了土建工程修建的发展。
导爆管剖面示意图7
3、爆破的基本原理：
药包爆炸时产生高温高压气体作用于岩体，使岩体产生破环，这种高温，极大瞬间静压力加之松散鼓胀力迫使被破坏岩体向自由面冲出，自由面瞬时出现鼓包。
紧接着就可看到大量破碎物脱离原母体向外抛出；同时爆炸又产生爆轰波并衰减成冲击波到自由面就产生反射应力拉伸波，使岩石进一步得到破环。
部分冲击波衰减为声波传波远处。
这就是我们从远处掩体所看到爆破现象和爆破基本原理。
3.1“管道效应”在隧道爆破中，遇到坚硬岩石，特别是打深孔钻、孔壁又很光滑的情况。
无论装多少药总是留残孔。
在1979年前隧道循环进尺总是在3.5m左右徘徊，最多达4m。
当然也有凿深孔机械的限制。
云南罗布格电站进口瑞典液压HT286四壁台，1977年台车到工地，并由外国专家指导钻孔装药，到1984年没有解决深孔爆破之事。
后来找到原因是“管道效应”。
隧道局很快解了，但不知道原因。
当时全国还刚改革开放，受计划经济的影响，炸药都要纳入计划。
炸药工厂供给的硝铵炸药或硝铵防水炸药标准卷φ32~
φ35㎜两种药卷，乳化炸药刚研制成功，尚未大批使用。
台车滑到限制孔深5.15m、钻孔φ50㎜，装φ35㎜药110㎡钻220孔每循装药850~900㎏，每次只进尺3~3.8m。
工地科研人员让韶关309厂用手工卷或φ42㎜的大药卷；加上我们研制的“大临空”孔，直眼掏槽技术，周边眼的间隔装药结构。
一次全断面光面爆破成形，循环进尺5.15m。
刷新全国记录。
“管道效应”就是有些炸药在一定密度下，才能得正常传爆，如果超出它的密度一定数值就拒爆。
其道理是炸药在一定压力下能正常传爆，爆轰波、冲击波的速度远大于它的爆速，当爆轰波、冲击波超过炸药的爆速时，冲击波就会沿着孔壁和药卷之间的空隙产生冲击波压力。
这种压力使药卷的密度改变，当药卷密度超过临界密度时，药卷就产生拒爆。
这就是人们常说的传七不传八的“管道效应”。
隧道爆破怎样避免出现“管道效应”，使炸药的效能充分发挥，主要是在掏槽眼和掘进眼上。
使用全偶合装药D/d=1,钻孔直径和卷直径相等，冲击波压力无缝可钻。
但这是不可能的，特别是粉状或粒状药卷。
因为装药还应有雷管脚线的位置，凿眼的岩微粒、装药活塞压力排气等，经工
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