边坡控制爆破技术

边坡爆破施工技术概述基本概念爆破设计爆破施工质量评价主要内容

预裂爆破和光面爆破技术都是20世纪50年代开始发展起来的一种现代爆破技术，属于定向成缝成面的特种控制爆破技术范畴。0概述

0概述优点减少超欠挖，节约工程成本；开挖面平整、光滑，可减少边坡清理及支护工作量，有利于后期作业；对保留岩体破坏影响小，保持了边坡的稳定，有利于施工及营运安全。缺点钻孔工艺复杂，要求钻孔水平高，钻孔量大；对施工人员素质要求较高。

因具有明显的优越性，所以自它问世以来，在一些重要的开挖工程中迅速得到推广应用，其规模也日益扩大。路堑边坡的预裂爆破目前可以做到一次预裂深度达38m以上，预裂面积已达数千m2。

其理论和技术日趋完善，并在若干领域得到广泛应用。施工中的水黄公路石方边坡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。②

基本方法光面爆破预裂爆破1基本概念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。主爆破孔光面爆破孔主爆区预留光爆层法1基本概念光面爆破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：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；开挖边线形成平整轮廓面。1基本概念预裂爆破③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。1基本概念预裂爆破桂柳高速公路罗山光面爆破京沪高铁枣蚌段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。预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破，受夹制作用小。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基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点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。

1基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点(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基本概念光面爆破与预裂爆破的异同点（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。1基本概念光面爆破与预裂爆破的适应性应力波叠加理论以高压气体为主要作用的理论1基本概念光面爆破与预裂爆破的成缝机理AB炮孔炮孔σTσTσTσT应力波叠加示意图σrσr爆炸应力波和高压气体联合作用理论1基本概念光面爆破与预裂爆破的成缝机理科特(H.K.Kotter)等人提出,认为应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，继之，在爆炸高压气体准静态应力的作用下，使径向裂缝进一步扩展。当相邻的两个炮孔爆炸时，不论是同时起爆，或是存在着不同程度的时差，由于应力集中的缘故，沿炮孔的连心线方向首先出现裂缝，并且发展也最快。在爆炸气体压力的作用下，由于最长的径向裂隙扩展所需的能量最小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。因此，连心线方向也就成为裂缝继续扩展的最优方向，而其它方向的裂缝发展甚微。从而保证了裂缝沿着连心线将岩体裂开。尽量缩小预裂炮孔之间的起爆时差，有利于预裂缝的形成。（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。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择（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。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择（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。2爆破设计-光面爆破爆破参数选择（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。2爆破设计-预裂爆破一般规定预裂缝的超深（Δh）及超长（L）示意图（间距为主炮孔的0.7倍左右）2爆破设计-预裂爆破一般规定（1）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；（2）装药量（线装药密度）：经验公式计算法深孔爆破：地下隧道爆破：2爆破设计-预裂爆破参数选择工程类比法

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=12~162爆破设计-预裂爆破参数选择预裂爆破参数经验数值表岩石性质岩石抗压强度/MPa钻孔直径/mm钻孔间距/m线装药量/g·m-1软弱岩石＜50800.6～0.8100～1801000.8～1.0150～250中硬岩石50～80800.6～0.8180～3001000.8～1.0250～350次坚石80～120900.8～0.9250～4001000.8～1.0300～450坚石＞12090～1000.8～1.0300～700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/MPa1020257080150线装药密度/kg·m-10.150.20.250.350.400.60（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。（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。2爆破设计-预裂爆破注意事项（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。2爆破设计-预裂爆破注意事项（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

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。2爆破设计-预裂爆破注意事项（7）钻孔间距与装药量和孔径的关系

钻孔间距a与钻孔直径d的比值n称为孔径比。n值是一个重要的指标，它的大小决定钻孔的数量。从施工角度上讲，n值大一些好，因为可减少钻孔量。但是，过大的n值往往不能保证预裂壁面的质量。n值小时，炮孔数目多，药量相对比较分散，预裂壁面质量比较好。一般n值宜在8～12范围选取。2爆破设计-预裂爆破注意事项（8）预裂爆破炮孔与前排药包之间的水平距离

距离太小，主炮孔爆破会伤害坡面；距离太大，预裂孔与主炮孔之间岩体不能爆落，形成所谓“贴饼”现象。经验指出：合适的主爆破孔至预裂面的距离应当是其炮眼间距的一半，装药量为正常深孔爆破药量的l/2，最多不超过2/3。主炮孔药包直径/mm<3232≤d1<5050≤d

1<8080≤d1<100100≤d

1<150主炮孔单段起爆药量/kg<20<50<100<300<1000预裂孔与主炮孔间距/m0.80.8~1.21.2~1.51.5~2.02.0~3.02爆破设计-预裂爆破注意事项（9）炸药特性对预裂爆破的影响根据预裂爆破的应力波与爆生气体联合作用理论，要求炸药具有一定的爆速和猛度，其爆炸生成的气体量尽量多。在预裂爆破参数不变时，采用不同品种的炸药爆破可以获得不同的爆破效果。对不同的炸药，都有一个适合于不同岩石的装药量范围。当炸药性能改变时，这个范围随之而变，此时必须重新调整装药量或钻孔间距。2爆破设计-预裂爆破注意事项（9）炸药特性对预裂爆破的影响

根据爆轰波理论，入射压力与炸药密度、炸药爆速、不耦合系数有关。为了减小入射压力对孔壁的破坏，应采用低密度、低爆速炸药，采用适宜的不耦合系数。根据目前的技术水平，具体的要求是：

1）低密度，密度可达到0.4～0.8kg/m3，低密度炸药可减少药卷单位长度的药量，从而减少单位长度上的炸药能量；在一定密度范围内，炸药的爆速与密度之间存在着良好的线性关系，爆速随着密度的减小而降低，因此，降低炸药的密度必然减小炸药的爆速和威力；2爆破设计-预裂爆破注意事项（9）炸药特性对预裂爆破的影响

2）

低爆速，爆速要求在1600～2500m/s范围内，最好控制在1800～2000m/s之间；

3）低猛度，低猛度炸药可减轻对围岩的过度破坏，在光面爆破中可使光爆孔造成的裂缝控制在允许的范围内；

4）小的临界直径，临界直径小有利于增大不耦合系数，减少炸药对围岩的直接破坏。2爆破设计-预裂爆破注意事项（10）地质条件对预裂爆破的影响一般而言，岩石愈完整均匀，愈有利于预裂爆破；非均质、破碎和多裂隙的岩层则不利于预裂爆破。对于破碎的岩石，预裂壁面的不平整度往往不由爆破参数决定，而由破碎面控制。甚至预裂面也沿裂隙面或破碎面形成。当裂隙率达到5％时，预裂爆破有时难以按设计成缝；当裂隙率为1.5％～5％时，采用小孔距预裂往往收到良好效果。2爆破设计-预裂爆破注意事项（10）地质条件对预裂爆破的影响

高倾角裂隙对预裂面不平整度的影响较之倾角为45°～60°时小得多。与预裂面大致平行，位于保留区而距设计预裂面不太远的高倾角裂隙，爆破时该面与预裂面之间的岩石有时很难留住，由此造成超挖。但是，该裂隙面的面积假若很大，沿该面滑下形成的保留面，对边坡稳定有时很有利。总之这种情况下，设计应根据高倾角的构造情况调整预裂缝的位置。2爆破设计-预裂爆破注意事项（10）地质条件对预裂爆破的影响

与预裂垂直的裂隙，往往使预裂缝不能连接起来，构成齿状缝面，形成超欠挖；与预裂面斜交的裂缝，又易使裂缝偏离中心线，顺裂隙延伸一段距离后与其他预裂孔连起来，形成更严重的超欠挖。岩石的非均质性也影响裂缝的形成。某工程试验证明，顺岩层走向易成缝，而垂直岩层走向难成缝。单孔爆破试验表明，顺岩层走向裂缝长度是垂直岩层走向的2～3倍。

2爆破设计-预裂爆破注意事项（10）地质条件对预裂爆破的影响对于水平层状岩石，层厚不大时，预裂爆破经常造成孔口抬动。可通过减少顶部装药量、减小孔距和减少填塞长度予以调整。

因此，必须在预裂爆破前及实施少数几次爆破后，在弄清地质状况的基础上及时调整预裂爆破参数。不管地质状况如何变化，减小孔距总可以获得较好效果。

对于复杂地质条件下的预裂爆破，通过减小孔距、减少装药量，尤其是减少顶部装药量、改变堵塞条件，可以改善其爆破效果。2爆破设计-预裂爆破注意事项（1）改变炮孔的形状采用有孔壁切槽、设导向孔和异形炮孔等，改变传统炮孔的受力状态，使其按所要求劈裂面的方向产生应力集中。（2）改变药包的形状采用压铸药柱、聚能药包、带缺口药包、扁平药包等，通过聚能作用使其最大压力作用于所要求的劈裂面的方向。（3）改变装药结构采用切缝套管、挤压钢棒、水压聚能及半圆套管等改变装药结构，使爆炸产物的最大压力作用于所要求的劈裂面方向。2爆破设计-预裂爆破技术改进壁面的超欠挖和不平整度主要取决于钻孔精度装药结构：要考虑孔底加药和孔口减药预裂孔和光爆孔前应设缓冲孔，其孔距和装药量均应减少可以采用预留保护层的方法施工注意起爆网路的保护和起爆时差的选取预裂与光面爆破的质量标准不平整度残孔率3施工技术设计一般要点①炮孔位置、编号、钻孔方向及倾斜角度与深度；②炮孔的爆破技术参数；③炮孔装药结构及填塞方法；④起爆方法、起爆网路图；⑤爆破器材用量；⑥安全技术措施及所需防护材料用量；⑦施工质量要求和注意事项。3施工技术设计主要内容①光面(预裂)爆破的炮孔均应采用不耦合装药，不耦合系数宜为2～5。②装药结构：宜采用普通炸药卷和导爆索制成药串进行间隔装药，也可用光面(预裂)爆破专用炸药卷进行连续装药。③光面(预裂)爆破炮孔的整体装药结构宜分为底部加强装药段、正常装药段和上部减弱装药段，可将减弱装药段减少的药量和孔口填塞段应计药量移至加强装药段。减弱装药段长度宜为加强装药段长度的1～4倍。炮孔底部增加的装药量如表所示。3施工技术设计装药结构炮孔深度L/m<33～55～1010～1515～20L1/m0.2～0.50.5～1.01.0～1.51.5～2.02.0～2.5qy1/qy1.0～2.02.0～3.03.0～4.04.0～5.05.0～6.0qg1/qg1.0～1.51.5～2.52.5～3.03.0～4.04.0～5.0光面(预裂)炮孔底部加强装药段药量增加表注：L1——底部加强装药段长度；qy1——预裂爆破孔加强装药段线装药密度，g/m；qy——预裂爆破孔正常装药段线装药密度，g/m；qg1——光面爆破孔加强装药段线装药密度，g/m；qg——光面爆破孔正常装药段线装药密度，g/m。3施工技术设计装药结构预裂爆破、光面爆破的成败很大程度上取决于钻孔质量的好坏；路堑边坡光面爆破3施工技术设计施工作业预裂爆破、光面爆破钻孔质量的好坏取决于：钻孔机械性能，施工中钻孔角度的控制，工人操作技术水平。

上钻平台必须清理至新鲜基岩，预裂线2.5m范围内起伏差控制在20cm以内。预裂孔位及方位点必须逐孔放出，施工队对点位进行复核。预裂孔位找平清面及测量放点

三检人员在现场24小时进行旁站，开孔过程采用“小冲击、慢钻进”，严格执行“三次校钻”制度，即分别在钻进20cm、1m、3m时对钻杆进行校核、调整。3施工技术设计施工作业造孔

造孔过程中严格执行“三定”制度，对每台钻机进行编号，钻机操作手相对固定，将每个孔的造孔质量落实到个人。钻孔样架及量角器

及时对钻机进行维修、保养

定期借助测量仪器对量角器及钻杆进行校验(1)钻孔前的施工准备

①边坡测量

②钻机平台修建(2)钻机对位与架设：按“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机，以控制钻孔精度。(3)钻孔作业①

地面起伏不平处应先予以平整，并根据平整后的地面调整炮孔深度，炮孔深度误差不得超过±2.5%的炮孔深度；②孔口位置偏差不得超过1倍炮孔直径；③方向误差不得超过1°。(4)装药与填塞3施工技术设计施工作业(5)起爆网路:①导爆索网路的连接。可采用搭接、扭接和水手接。②当光面、预裂爆破规模大时，可以采用分段起爆。在同一时段内采用导爆索起爆，各段之间分别用毫秒雷管引爆。124533施工技术设计施工作业建立破碎带在距最终开挖轮廓线lm左右的地方，先初步预裂一次。该预裂孔间距可以适当加大．如达到孔径的15～20倍．对此预裂面的质量不做过高要求．只要求裂开成缝。然后再沿设计轮廓线打正常预裂孔进行爆破，在两条裂缝之间造成破碎带。一般，必须在主爆区爆破之前进行建立破碎带的爆破。若建立破碎带的爆破需与主爆区的爆破同次进行时，其起爆时间应早于主爆孔100ms以上。在破碎带的形成过程中，最终轮廓线的预裂爆破，因其前面有第一次预裂形成的粗裂缝，从而减轻了它对保留岩体的破坏。所以，采用建立破碎带的办法较正常预裂爆破方法而言，更有利于使保留岩体获得较好质量。3施工技术设计提高施工质量其他措施预裂—光面爆破法第一次预裂后，沿开挖轮廓线打光爆孔，在主爆区炮孔爆破后再进行光面爆破的方法，即为预裂—光面爆破法。此法可在中硬以上、裂隙发育程度中等的岩体采用。它的钻孔量较之破碎带法略有减少，同时，因光面爆破对保留岩体的损坏也较预裂爆破小，故有可取之处。3施工技术设计提高施工质量其他措施施工预裂爆破

在同一高程深孔台阶爆破范围较大而必须实施分区爆破时，先爆区往往造成后爆区界面的严重拉裂及破坏，致使后爆区钻孔及爆破困难，从而延误工期。在爆区分界面上增设施工预裂爆破工序，可获得事半功倍的效果。施工预裂爆破因属临时工程，可采取较大孔距施爆，孔距增大至l5～20倍钻孔直径。其他参数计算及施工工艺与正式预裂爆破相同。3施工技术设计提高施工质量其他措施导爆管起爆网路一般施工要求有以下几点：（１）施工前应对导爆管进行外观检查，用于连接用的导爆管不允许有破损、拉细、进水、管内杂质、断药、塑化不良、封口不严。导爆管不允许打结，不能对折，要防止管壁破损、管径拉细和异物入管。

4导爆管起爆网路的施工技术一般施工要求（２）导爆管网路应严格按设计进行连接。露在孔外的导爆管应该封口。（３）根据炮孔的深度、孔间距来选取导爆管长度，炮孔内导爆管不应有接头。（４）用套管连接两根导爆管时，两根导爆管的端面应切成垂直面，接头用胶布缠紧或加铁箍夹紧，使之不易被拉开。4导爆管起爆网路的施工技术一般施工要求（５）孔外相邻传爆雷管之间应留有足够的距离，以免相互错爆或切断网路。（６）用雷管起爆导爆管网路时，起爆导爆管的雷管与导爆管捆扎端端头的距离应不小于15cm。导爆管应均匀地敷设在雷管周围并用胶布等捆扎牢固，接头胶布不少于3层。4导爆管起爆网路的施工技术一般施工要求（７）用导爆索起爆导爆管时，宜采用垂直连接或采用正交绑扎或大于45度角以上的绑扎。（８）只有所有人员、设备撤离爆破危险区，具备安全起爆条件，才能在主起爆导爆管上连接起爆雷管。4导爆管起爆网路的施工技术一般施工要求

通常所说的塑料导爆管捆扎法实质是并联法，就是将断面上的各组雷管的传爆干线或若干条传爆支干线并联在主干线上，这条主干线就是通常所说的传爆干线。捆绑法示意图4导爆管起爆网路的施工技术捆联网路的施工技术（１）捆扎部位的选定选好合理的捆扎部位可以保证导爆管最大限度的接收传爆雷管给予的冲击能量。被捆扎在传爆雷管上的塑料导爆管应属于侧向起爆，它是靠外界给予的激发能量通过管壁的作用而起爆的，雷管下部产生的冲击能量最大。在捆扎导爆管时，应尽可能捆扎在其下部。4导爆管起爆网路的施工技术捆联网路的施工技术（２）捆扎的牢固性导爆管和传爆雷管要捆扎牢固，其原因是：在传爆雷管爆轰时，爆轰波对四周产生强烈的冲击作用。当遇到被捆扎的导爆管抵抗时，产生的反射冲击波压力会增强，有利于导