预裂与光面爆破技术的历史与现状

1．1国外历史与现状

预裂爆破是沿设计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，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆破对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。

光面爆破是沿设计开挖边界布设密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破之后起爆的以形成平整的开挖轮廓面的爆破作业。爆破技术的发展是先出现光面爆破，然后衍生发展为预裂爆破。

1．2聚能管国内历史与现状

我国于1964～1965年在湖北陆水水电站施工中做过浅孔预裂爆破试验，1965年铁道部门在成昆铁路建设中开始试验光面爆破，1977年在西延线张家船工点，全长近200m的2000m2路堑边坡全部采用光面爆破，爆破后边坡平整稳定，残留的半孔清晰可见，是铁路建设中采用路堑光面爆破。

20世纪70年代，在葛洲坝水利枢纽施工中曾做过大规模预裂爆破试验，并取得良好效果之后，设计单位将比较缓的边坡均改为较陡的边坡并实施预裂爆破。该工程预裂爆破孔有垂直的，也有倾斜的(60°～75°)，一次钻孔大深度达38m，在砂岩和砾岩地质条件下取得了良好的预裂壁面，这是我国爆破史上首次大规模地运用预裂爆破。紧接着的世纪之交，中国政府提出了西部大开发战略，构皮滩、小湾、溪洛渡、索风营等西部一大批水电站的开工建设为“西电东送”奏响了序曲。为此对工程爆破技术特别是对预裂爆破和光面爆破这类轮廓控制爆破技术提出了更高要求，“精细化施工”在市场竞争情况下被业主单位和施工单位作为精雕细刻确保工程质量的理念而面世。水利水电精细爆破作为一种理念贯穿整个工程建设全过程，它使工程爆破的目标做到可预见性和可控性。如举世闻名的三峡五级船闸垂直深切开挖以及引水钢管槽的开挖就像雕刻家那样把坚硬的岩石当成碧玉按照设计者的想象雕琢成一件工艺品展现在人们眼前。小湾、溪洛渡、向家坝水电站的明挖和地下洞室群开挖都创造了精雕细刻确保工程质量的人间奇迹。 

1．3我国预裂爆破和光面爆破技术的规范化

我国于1983年制定了《水工建筑物岩行基础开挖工程施工技术规范》(sD 121l一1983)。自此，在水利水电建设中预裂爆破与光面爆破已成为必须进行的保护边坡质量的爆破开挖技术措施。此后在此基础上修订的《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SL 47一1994)以及在《水电水利爆破工程施工技术规范》(DL／T 5135—2001)和《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(DL／T 5389～2007)中预裂爆破与光面爆破均被编入并有所改进，DL／T 5135—2001正在修编为DL／T 5135—2012。

铁道部也于2008年7月9日发布了《铁路路堑边坡光面(预裂)爆破技术规程》(TB1叭22—2008)。在该规程中，不仅规定了凡是Ⅲ级以上的岩石边坡，设计边坡坡度为1：0．1～1：0．75，在边坡部位的爆破设计和施工都应采用光面爆破或预裂爆破，并阐述了光面(预裂)爆破施工技术设计的原则和参数、安全措施，而且还明确了路堑边坡光面(预裂)爆破项目质量验收检测数量和检测方法。无疑该规程的实施，有力地推动和促进了光面(预裂)爆破技术在铁路建设中的应用与发展。

2、爆破聚能管爆破应用于预裂与光面爆破

2．1聚能爆破的军事应用

聚能爆破技术，早在二次世界大战期间就在军事方面广泛应用。国内在聚能破甲技术如大锥角反舰导弹战斗部和大锥角反坦克地雷以及敏感弹战斗部等方面取得了较为快速的发展，我国20世纪60年代打破国外技术封锁独立自主研发成功原子弹就是得力于聚能爆破技术轰击核装置而引爆原子弹。

2．2聚能爆破的民爆应用——切槽爆破技术

聚能爆破用于工程建设也是20世纪60年代开始的，首先是瑞典的U﹒Langefors提出孔壁切槽爆破利用槽口应力集中定向开裂的设想，后经W﹒L﹒Fourney验证是有效的。70年代国外广泛研究和应用了切槽爆破技术。

中国地质大学(武汉)从1984年开始着手研究切槽爆破技术，1991年取得有关切槽工具、爆破参数等多项zhuanli。长江科学院1992年在宜昌前坪长科院试验基地进行过孔径40mm、孔距60cm、孔深3~4m的块状石灰刻槽聚能预裂爆破解炮试验，试验结果壁面很平整，裂缝都从V形槽的端部开始，浅孔边沿留有V形槽的痕迹都沿刻槽方向将孤石解成几块，并无碎石飞出。但是受到炮孔切槽工艺的制约以及岩石有的裂隙等因素影响，至今在我国未见实际采用的工程实例的报道。

2．3聚能预裂爆破技术的发展

我国20世纪60年代利用断裂力学对岩石损伤引起的裂纹扩展进行过试验研究，为聚能爆破技术应用到工程做了不少理论分析，也取得一些进展。80年代中期开始进行应用研究，以北京矿业学院为代表，着重研究了聚能药包切割饥理和应用。1987年淮南矿业学院取得“双面切割器”的zhuanli，1995年又取得“大理石花岗岩切割技术应用”zhuanli。

1991年中国水电七局曾试图采用硬质纸加工聚能药管成形聚能药卷做过聚能预裂爆破试验研究，但终因当时的技术及工艺水平的限制无法用于正常施工，但是他们开了椭圆双极线性聚能结构试验的先河。双聚能预裂与光面爆破综合技术开创轮廓控制爆破新时代

3．1双聚能预裂与光面爆破综合技术的研发

2004年初中国水利水电第八工程局有限公司成立了“聚能预裂(光面)爆破技术研究”课题组，随后提出了试验大纲，明确试验目标和试验方法，该科研项目正式启动。2004年11月在成都召开的水电总公司科技项目立项评审会上得到批准，从此纳入了中国水利水电建设集团公司的科研计划。

通过两年多的试验研究，课题组终于研发出了一种椭圆双极线性聚能药柱(elliptical bipo1ar linear shaped charge，EBLSC)，该药柱能够合理分配爆炸能量，增大预裂与光爆面爆破在聚能方向的作用力同时又能减少对炮孔壁的损伤，达到增大孔距，减少孔数和药量，从而实现经济、快速、安全和环保的目的。

3．2双聚能预裂与光面爆破综合技术的创新

3．2．1研发成功EBLSC及其专用装置

通过众多现场对比试验甄别，研发成功EBLSC及其专用装置，它利用结构简单、经济适用的聚能结构成形技术，采用普通工业炸药成形聚能药卷，成功解决了聚能预裂(光面)爆破的关键技术难题，为聚能预裂(光面)爆破技术突破性发展打下了坚实的基础。

3．2．2研发成功“双聚能预裂与光面爆破综合技术”及其施工工艺

研发成功“双聚能预裂与光面爆破综合技术”及其施工工艺。采用椭圆双极线性聚能结构和对中装置实现了EBLSC的“完全不耦合装药”并能确保聚能射流沿预裂(光面)爆破面发挥气刃作用的“完全对中”，以及研究解决了装药及引爆技术实现了“双聚能预裂与光面爆破综合技术”的生产性应用和突破性发展。

双聚能槽管采用耦合、连续装药形成EBLSC，通过对中装置使EBLSC对于炮孔则为“完全不耦合装药”。双聚能槽管标准长度为3m，并且配有连接套管和孔口及孔内对中环使之达到聚能对中的目的，它确保每个炮孔的聚能槽能够处在一条直线上，所有炮孔的聚能槽能够处在同一个面上并且与预裂(光面)爆破面完全吻合，因此EBLSC爆破后能够自下而上沿全炮孔聚集爆破能量，而对中装置又使爆破能量按照指定的方向集中释放，这样就更有利于爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用能够沿全孔上下同时充分发挥作用，使爆破孔距扩大2～3倍，由于爆破能量能集中释放，相应也就减小了对炮孔周边的爆炸压力初始峰值，加之面装药密度的大幅度减少，爆炸对炮孔的破坏作用得到有效的控制。

3．2．3提出瞬时爆轰论

通过银河计算机系统完成了EBLSC的数值模拟计算，取得了与采用不同的国外软件进行数值计算得出的基本一致的研究成果，并在施工现场利用压电传感器测量正在推广应用的EBLSC射流和非射流方向的应力波，以及聚能效应的原型观测、爆速变化测定、裂缝展开宽度测定等一系列验证试验。

传统的的聚能爆破理论认为只有采用高能炸药和金属聚能罩材才能产生聚能效应。而事实证明采用普通工业炸药充填高密度PVC双聚能槽管成形EBLSC进行爆破时同样能形成良好的聚能效应。这与利用“瞬时爆轰论”建模进行数值模拟分析得出的结论完全吻合，也为现场原形验证试验充分证实，并且在实际工程爆破应用中取得了圆满成功。

3．2．4研发成功小直径乳化炸药装药机

双聚能槽管可以采用人工或者机械装药。粉状炸药可以采用锥形容器直接灌装，乳化炸药全管装药必须采用装药机装药。由于“双聚能槽管”的直径小，装药面积仅有4．73cm2，其管内大间隙只有18．0mm，我国目前只有少数炸药生产厂家才有国外进口的乳化炸药灌注设备，迄今为止还没有国产移动式小直径的乳化炸药灌注设备，世界上先进的移动式乳化炸药灌注设备不仅价格高昂达几百万元人民币一台，关键的是不能解决小直径药管的灌装问题，特别是难以实现对小直径的双聚能槽管的装药，也难以实现在施工现场灵活移动装药。“双聚能槽管”的装乳化炸药装药成为制约该项技术推广应用的瓶颈，研发装药机成为无法避让的科研课题。历经多次改进研发的定型产品SJNZYJ型乳化炸药装药机完全满足了这种小直径双聚能槽管的装药要求。该机结构简单，移动、操作方便，自动控制系统安全可靠，装药机结构。装药机的研发成功填补了我国移动式小直径乳化炸药装药机的空白，获得国家三项zhuanli。乳化炸药装药机的研发成功也为推广应用“双聚能预裂与光面爆破综合技术”提供了广阔的前景。

3．2．5、成功验证聚能效应为混凝土爆破拆除提供了新的理论依据

数值模拟计算表明在聚能射流方向的压力大值是非聚能射流方向的压力大值的十倍以上，这说明EBLSC的确存在明显的聚能效果。在四川江油武都引水工地采用压电传感器对岩石介质中的爆炸应力做了测量，测量结果与计算机数值模拟分析成果十分吻合，长江科学院计算机数值仿真分析也给出了相同的时程曲线。

总结分析原型爆炸应力压电传感器测量结果，得出了EBLSC在聚能射流方向和非聚能射流方向对爆破孔壁压力存在悬殊的差别。由于EBLSC爆破时在非聚能射流方向对爆破孔的孔壁压力只有9MPa，远未达到混凝土的破坏强度．爆破不会对混凝土造成危害，因此可以保护混凝土避免爆破造成的伤害，为混凝土零距离的爆破拆除提供了新的理论依据。

4双聚能预裂与光面爆破综合技术的推广应用

由于双聚能预裂与光面爆破综合技术具有无可比拟的先进技术经济指标，目前双聚能预裂与光面爆破综合技术已在全国建筑行业特别是水利水电施工中得到了广泛的推广应用，并有取代普通预裂爆破的趋势。

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