浅析预裂爆破与光面爆破的发展

浅析预裂爆破与光面爆破的发展秦如霞秦健飞中国水电八局有限公司湖南长沙410004摘要:半个多世纪以来预裂爆破、光面爆破有了飞快的发展，自从60年代初我国采用该项爆破技术以来工程爆破界无不给予极大的关注，都在想方设法为减少造孔量、降低爆破对保留岩体的危害而绞尽脑汁。“双聚能预裂与光面爆破综合技术”的研发成功，顺利地突破了这一技术的发展瓶颈，将轮廓控制爆破技术发展到了较为完美的境界，该项具有国际领先水平的爆破新技术被住房和城乡建设部作为《建筑业10项新技术（2010）》在全国推广应用。采用该项先进技术将给企业带来巨大的社会经济效益并推动我国预裂、光面爆破的进一步发展。关键词：聚能预裂爆破；椭圆双极线性代聚能药柱（“EBLSC”）；双聚能预裂与光面爆破综合技术；瞬时爆轰论BriefDiscussionaboutthePreSplittingBlastingandSmoothBlastingDevelopmentQinRuxiaQinJianfei(SINOHYDROBUREAU8CO.,LTD,Changsha,Hunanprovince,410004)Abstract:Inmorethanhalfacentury,Presplitting/smoothblastingtechnologyhasbeendevelopingveryfast.Sincetheearly60's,blastingworkershavebeengivengreatattentiononitinChina.Inordertoreducetheporevolumeandreducetheblastingdamagetoremainingrock,theyareworkinghard.TheSuccessfulR&Dof“Dualenergygatheringpresplittingandsmoothblastingtechnology”,hassuccessfullybrokethroughthebottleneckofthedevelopmentofpresplitting/smoothblastingtechnology,whichpushesthecontourcontrolblastingtechnologydevelopmenttoahigherlevel.Thisnewblastingtechnologywiththeinternationaladvancedlevel,hasbeennamedthe10newtechnologyofbuildingindustry(2010)byTheDepartmentofhousing,andappliedinchina.Wideapplicationofthisadvancedtechnologywillbringthegreatsocialandeconomicbenefits,andpromoteChina'spresplitting/smoothblastingtechnologyfurtherdevelopment.Keyword:Cumulativepresplittingblasting;Theellipticalbipolarlineargenerationofshapedcharge（“EBLSC”）;Dualenergygatheringpresplittingandsmoothblastingtechnology;Instantaneousdetonationtheory1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。上个世纪五十年代初，瑞典的一些科学家，如U．兰格福斯等人在树脂玻璃和地下工程岩石中进行试验，取得了关于光面爆破的初步成果，此后缓冲爆破和光面爆破技术在美国和加拿大得到进一步发展。1957年在美国西部的科罗拉多矿山首次采用了预裂爆破法。1959年美国尼亚加拉水电站（Niagara）引水渠和竖井开挖中使用了预裂爆破取得了良好效果。预裂爆破在尼亚加拉水电站（Niagara）的成功经验使其在美国黑石河水电站建设中及露天采矿等工程爆破中得到了进一步的应用与发展。[1][2]1961年在设计竞赛中，蒂莫.苏奥马莱宁(Suomalaimen）兄弟，以他们独特的“石头教堂”的设计构思而一举夺标芬兰赫尔辛基市中心坦佩利广场的奥基奥教堂（Temppeliaukionkirkko）的设计方案。并于1968年2月动工建造，于1969年9月建成启用。该教堂在地下开挖建造时也是采用了预裂爆破技术。2009年9月笔者随中国爆破协会考察欧洲爆破技术时，见证了奥基奥教堂（Temppeliaukionkirkko）岩壁上还清晰的保留着完整的残留半孔，见图1-1。图1-1芬兰奥基奥教堂内至今仍保留着图1-2芬兰奥基奥教堂的周围环境当年预裂爆破残留半孔的明显痕迹Fig.1-1InFinlandAojiochurch,thepresplittingFig.1-2FinlandAojiochurchenvironmentphotosblastingresidualhalfholetracephotos当年的爆破技术已经很好地解决了这座位于市中心坦佩利岩石广场的地下教堂的开挖爆破对建筑物的爆破危害。孰知整个广场是被一起伏不平的巨大岩体覆盖，岩体比旁边的街道高出8至13米，环绕四周的建筑是不同年代修建起的住宅楼，见图1-2。总体上说欧美等发达国家在从60年代至今，预裂爆破和光面爆破技术采用比较普遍，但是此后技术方面没有多大进展。笔者在欧、美考察爆破技术时发现其60年代后修建的高速公路边坡也可以看到采用预裂爆破和光面爆破的小孔径和大孔径残留炮孔痕迹，孔距一般为50～100cm,但是平整度比我国高速公路和水利水电行业的开挖边坡要逊色。换句话说目前国外的火工产品虽然比我们先进，但是爆破技术或施工工艺永远落后于我们了。1.2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，是铁路建设中第一次采用路堑光面爆破。20世纪70年代，在葛洲坝水利机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(60o～75o)，一次钻孔最大深度达38m，在砂岩和砾岩地质条件下取得了良好的预裂壁面，这是中国爆破史上首次大规模地运用预裂爆破。葛洲坝工程的成功经验为水利水电行业全面推广应用预裂爆破打下了良好的基础。1978～1979年张正宇教授等人对预裂爆破进行了总结，之后在东江水电站、五强溪水电站等工程中又取得了坚硬岩石中采用预裂爆破的经验。[1][2][3]1987年，在衡广复线长达14.295km的超长双线铁路隧道——大瑶山隧道施工中，铁路施工单位实现了全断面一次光面爆破开挖成型(图1-3)。光面爆破的半孔残留率达70％以上，炮孔炮眼利用率超过90％，平均循环进尺4．5m，创造了双线铁路隧道平均单洞月掘进速度144m，月成洞99.2m的高产记录。图1-3大瑶山隧道全断面图1-4焦晋高速公路采用“硐室加预裂光面爆破开挖成型一次成型综合爆破技术”Fig.1-3FormingpicturesofDayaoshantunnelFig.1-4JiaoJinhighwayusechamberwithwholesectionexcavationblastingpresplittingblastingtechnologyofformingacomprehensiveeffect“硐室加预裂一次成型综合爆破技术”是在硐室爆破主药包爆破之前对边坡实施顸裂爆破，从而改善边坡质量。该技术最早于70年代初在乌江渡水电站右岸大坝边坡开挖中采用。这一技术也为公路交通建设所推广应用，图1-4为焦晋高速公路某段采用“硐室加预裂一次成型综合爆破技术”完成了高边坡石方开挖，92m高的边坡犹如鬼斧神工，稳定、平整、美观。进入20世纪90年代后，我国水电开发进入了一个快速发展时期。除了一大批大型水电项目相继开工外，作为中国水电的代表作——三峡工程也在此期间开始建设。由此，我国的水电开发登上了世界水电建设的巅峰。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”就是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，它使工程爆破的最终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（图1-5）以及引水钢管槽的开挖（图1-6）就像雕刻家那样把坚硬的岩石当成碧玉按照设计者的想像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（图1-7~10）。图1-5长江三峡五级船闸采用图1-6长江三峡水电站引水钢管槽的预裂爆破开挖效果预裂爆破开挖效果Fig.1-5thepresplittingblastingeffectchartIntheFig.1-6thepresplittingblastingeffectchartInTheThreeGorgesoftheYangtzeRiverfivegradeshiplockYangtzeRiverThreeGorgesHydropowerStationDiversionpenstockchute图1-7小湾水电站坝肩及拱肩槽边坡开挖图1-8溪洛渡坝肩槽及水垫塘采用边坡最高达687m采用预报裂爆破成形预报裂爆破开挖成形全景Fig.1-7ThepresplittingblastingformingeffectFig.1-8ThepresplittingblastingformingeffectchartinthedamshoulderandspandrelgroovechartintheXiluoduHydropowerStationdamslopeofXiaowanHydropower(slopeupto687m)abutmentandthewatercushionpool图1-9溪洛渡右坝肩槽预裂爆破效果图1-10溪洛渡、向家坝岩锚梁台采用精密孔预裂效果Fig.1-9ThepresplittingblastingformingFig.1-10ThepresplittingblastingformingeffecteffectchartintheXiluoduHydropowerchartintheXiluoduandXiangjiabaHydropowerStationdamrightabutmentStationrockanchorbeamstation1.3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《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SD1211-83。自此，在水利水电建设中预裂爆破与光面爆破己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（SD1211-83）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》（SL47-94）以及在《水电水利爆破工程施工技术规范》(DL／T5135-2001)和《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技