定向断裂控制爆破技术简介

一、定向断裂控制爆破概述

定向断裂控制爆破的技术原理或特征就是利用爆炸冲击波（或应力波）在炮孔连心线方向的炮壁两侧产生初裂纹，继后在爆生气体的尖劈作用下沿炮孔连心线裂隙贯通。

不同的断裂控制爆破技术方法，初始裂纹的形成不同，例如：切槽爆破技术的初裂纹是人工在炮孔连线方向的孔壁两侧刻槽，光面爆破、预裂爆破加密爆孔之间距离，利用空孔（或后爆破）导向，而聚能药包爆破、药爆破利用装药结构的能量集中（应力集中的聚能作用）冲击成初始裂纹。但都是冲击波（应力波）作用产生初始裂纹。

虽然20 世纪80 年代中期国内外一些科研院所、大专院校兴起切槽爆破、切缝药包爆破、聚能药包爆破，但均为爆炸波多方控制的一些方式，目的是使炮孔连心线方向炮孔两侧壁面易于有效产生初始裂纹。因此，作者将这三种爆破技术与光面、预裂爆破技术共称为定向断裂控制爆破。

从目前来看，光面爆破、预裂爆破技术在实施中较其他方法简单易行，是当前应用最普通的断裂控制技术的有效方法。本编将逐一论述。

众所周知：通常的爆破方法，常常使开挖限界以外的岩体和围岩的完整性受到破坏，爆破后轮廓线不甚平整，甚至出现许多裂隙和裂缝，影响到岩体的稳定性；地下井巷和隧洞的开挖出现相当大的超挖量，施工中需要大量木料作临时支护，预防塌方落石，确保安全。长期以来，在岩石爆破施工中，人们均认为上述现象是不可避免的[1]。

然而矿山露天开采，水工堤坝开挖岩石基础，铁路、公路开挖石质路堑，以及码头和电站的岩石岸壁，都需要保留一定的边坡。对于地下的隧洞工程、矿山的井巷工程、国防工程，经常出现围岩受到扰动、破坏而松动落石，轮廓线不平整和大量超欠挖等现象。

20 世纪50 年代初在瑞典问世的光面爆破，以及光面爆破促进预裂爆破的产生，国外到60 年代已广泛地应用于公路和铁路的岩石路堑开挖工程中。光面爆破提高了爆破工程质量，保持了露天岩石边坡的稳定，减少了隧洞和井巷开挖的超欠挖数量，保持了围岩的稳定，因此引起了人们的重视，在世界范围内得到日益广泛的应用。(www.xing528.com)

20 世纪60 年代初以来，我国的水利水电、铁道、公路、建筑、矿山等部门采用了光面爆破和预裂爆破。随着石方施工机械化和深孔爆破的发展，在露天工程中也广泛地采用预裂爆破和光面爆破。矿山井巷工程、铁路、公路、水工隧洞工程，军工的地下建筑，进一步采用光面爆和锚杆喷射混凝土支护技术（简称光爆锚喷）。据文献[1]中1986 年的资料介绍：目前，煤炭采用这项技术的井巷近4 000 km，铁道系统应用于隧道和隧道病害整治共35 km，冶金系统采用近300 km，水电系统从用于大跨度厂房发展到用于不良地层的水电站引水隧洞及厂房开挖施工等，广泛应用光面爆破技术和预裂爆破技术，以及国防地下建筑、人防工程、地下油库等，都大量采用光爆锚喷技术。普遍认为，光爆后地下工程成形好，围岩受到破坏很轻，加上锚喷技术及时加固，更减少或避免了岩石的位移、松动或破坏。采用光爆锚喷新技术的地下工程质量好、强度高，经得起动荷载和地震的考验。这些新技术能简化施工工艺，便于实施机械化，一般可节省劳动力40%，减少超挖量15～20%，混凝土衬砌厚度减少一半，节省了临时支护所需的钢材或木材，降低成本30%左右。

我国水电、冶金、煤炭、交通系统到现在已有50 余的历史，在理论和实践中有较大的发展，已经成为保证工程质量、加快施工进度、降低工程成本的重要手段，这项技术已列入水利电力部颁规范[2]。如果说过去光面、预裂爆破还处于试验和推广时期，那么80 年代以后，就到了每个工程都必须采用的阶段[2]。所以水电行业比其他部门应用普遍，效果也优于其他部门，其根本原因是在实践中精细设计、认真施工；采用一炮一设计的个性化爆破设计，造孔时必须搭设造孔导向定位架进行造孔角度及方向的控制。因而本编将重点介绍水电和交通的典型事例。

二、切缝药包切槽爆破、聚能爆破

作者在多年的实践与研究中发现，光面、预裂爆破技术的不足与缺点，就是不能完全或有效控制爆炸波的作用范围和方向，仍然对炮孔周围壁面产生破损。因此，20 世纪80 年中期前后，国内外兴起试验研究切缝药包爆破、切槽爆破、聚能爆破。由于多种原因，这三种不能广泛推广使用。作者从21 世纪初开始试验研究的隔振护壁爆破、定向卸压隔振爆破，又是定向控制爆炸波的运动方向和作用范围的，达到了较好的效果。

三、光面爆破和预裂爆破

（1）光面爆破是20 世纪50 年代初由瑞典人发明的，预裂爆破是50 年代后期是由光面爆破演变而来的。光面爆破是采用特殊的装药结构，选择合理的起爆次序和起爆方法，使开挖的岩石面平整，且接近轮廓线的爆破方法。它要求正确选择周边眼的间距和周边眼的最小抵抗线，正确选择适合于当时的地质条件和炮眼情况的炸药品种、不耦合系数、装药集中度等。其周边眼的爆破通常是后于主爆体岩石爆破之后紧接着进行的。[1]

（2）预裂爆破是在开挖面区（或称主爆孔）未爆破时，或在开挖断面其他炮眼起爆以前，沿着设计轮廓线预先钻一些周边炮眼。这些周边炮眼起爆后，形成有一定宽度的贯穿裂缝（称为预裂面），将开挖主爆区与保留区岩体分离开，使后来进行主爆区爆破时产生的应力波，在裂缝面上发生反射和折射，从而使围岩在主体爆破时受到的震动和破坏大为减轻，结果使保留区的岩石沿预定的轮廓留下光滑平整的岩面。它的周边炮眼也像光面爆破一样，要适当缩小炮眼间距，控制装药集中度，并尽可能同时起爆。它与光面爆破法的主要不同之处，是其周围是在主爆区爆破之前先行起爆[1]。