爆破

爆破工程石方工程多用爆破方法施工。此外，施工现场树根等障碍物的清除，冻土的开挖和改建工程中拆毁旧的结构或构筑物、基坑支护结构中的钢筋混凝土支撑等也用爆破。爆破是利用炸药爆炸时产生的大量的热和极高的压力破环岩石或其他物体。由于施工费用低及爆破技术的发展，爆破作业在基本建设中的应用越来越广。一、爆破的基本概念把炸药埋置在地下深处时，引爆炸药以后，由于原来体积很小的炸药在极短时间内通过化学变化立刻转化为气体状态，体积增加千百倍，产生极大的压力、冲击力和很高的温度，使周围的介质(土、石等)受到不同程度的破坏，这就叫爆破。爆破时最靠近炸药处的土石受的压力最大，对于可塑的土壤，便被压缩成孔腔；对于坚硬的岩石，便会被粉碎。炸药的这个范围称为压缩圈或破碎圈。•在压缩圈以外的介质受到的作用力虽然减弱了些，但足以破坏土石的结构，使其分裂成各种形状的碎块。这个范围称之为破坏圈或松动圈。在破坏圈以外的介质，因爆破的作用力已微弱到不能使之破坏，而只能产生震动现象，这个范围称之为震动圈。以上爆破作用的范围，可以用一些同心圆表示，叫做爆破作用圈(图）爆破作用圈1－药包；2－压缩圈或破碎圈；3－破坏圈或松动圈；4－震动圈；R－爆破作用半径•在压缩圈和破坏圈内为破坏范围，它的半径称为破坏半径或药包的爆破作用半径，以R表示。如果炸药埋置深度大于爆破作用半径，炸药的作用不能达到地表。反之，药包爆炸必然破坏地表，并将部分(或大部分)介质抛掷出去，形成一个爆破坑，其形状如漏斗，称之为爆破漏斗。如图1－47所示。如果炸药埋置深度接近破坏圈或松动圈的外围，爆破作用没有余力可以使破坏的碎块产生抛掷运动，只能引起介质的松动，而不能形成爆破坑，这叫做松动爆破，如图1－48所示爆破漏斗r－漏斗半径；R－爆破作用半径；W－最小抵抗线(药包埋置深度)松动爆破•爆破漏斗的大小，随介质的性质、炸药包的性质和大小、药包的埋置深度(或称最小抵抗线)而不同。爆破漏斗的大小一般以爆破作用指数n表示：••式中r——漏斗半径；•W——最小抵抗线。•当爆破作用指数n等于1，称为标准抛掷漏斗；n小于1，称为减弱抛掷漏斗；n大于1称为加强抛掷漏斗。爆破作用指数n用于计算药包量，决定漏斗大小和药包距离等参数。•2炸药和炸药量的计算•1.5.2.1炸药•在外界能量作用下，能由其本身的能量发生爆炸的物质叫做炸药。常用的炸药是利用化学能的瞬间反应产生的热量和高压气体发生爆炸的。•不同的炸药，其化学反应的速度(爆速)不同，常用炸药的爆速为3000～8000m/s。爆速越大，炸药威力越大。•炸药在介质中做功的能力叫爆力。爆力的大小主要取决于炸药爆炸时产生的气体体积和温度，与爆速也有关。以铅柱扩孔试验法测得炸药爆炸后所扩大的体积来计量，单位是mL。•药炸爆炸时击碎临接介质的能力叫猛度，主要取决于炸药的爆速和爆炸时生成的热量，通常用铅柱压缩法来测定，以“mm”计。•炸药敏感度和安定性对炸药的使用也有极大影响。敏感度是炸药在外界作用(热、火、撞击、摩擦等)下发生爆炸的难易程度；安定性是指炸药在长期贮存中保持其原有物理化学性质不变的能力，在使用各种炸药时应予注意。工程中常用的炸药性能如下：•（1）岩石硝铵炸药有1号和2号两种，由硝酸铵、梯恩梯(三硝基甲苯)及少量的木粉所组成的混合物，淡黄色，属于硝铵类炸药。它是一种低威力的炸药，适用于爆破中等硬度或软质岩石。这种炸药对冲击、摩擦不敏感。长时间加热后慢慢燃烧，离火即熄灭，因此非常安全。但是此类炸药易溶于水，吸湿后固结硬化，不能充分爆炸或拒爆，因此要注意防潮。•（2）露天硝铵炸药根据爆力和猛度的不同，分四种型号。这种炸药爆炸后产生有毒气体较多，只可在露天爆破工程中使用。（3）铵萘炸药，也是硝铵类炸药。其中以二硝基萘代替梯恩梯，性质同硝铵炸药，但有较高的抗水性，可用于一般岩石爆破工程。（4）铵油炸药由硝酸铵95％和4％～6％的柴油混合而成，爆炸威力稍低于2号岩石硝铵，但成本最低，近年来有很多工地自制，在露天爆破中使用。（5）胶质炸药属于硝化甘油类炸药，黄色塑性体，是粉碎性较大的烈性炸药，爆炸速度高，威力大，故适用于爆破坚硬的岩石。此种炸药较敏感，并在8～10℃时冻结。在半冻结时，敏感性极高，稍有摩擦即爆炸，因此适用于10℃以上地区。胶质炸药不吸水，可以用于水中爆破。（6）梯恩梯(T.N.T)，又称三硝基甲苯，是芳香族硝化物类炸药，淡黄色或黄褐色结晶体，不溶于水，但在水中时间太长会影响爆炸力。爆炸威力较硝铵类炸药大，也不敏感，即使枪弹贯穿亦不爆炸。爆炸后产生有毒气体，适用于露天爆炸。（7）黑火药为弱性炸药，对冲击和摩擦的敏感性高。由于安全性差，在工程中已很少应用。（8）起爆炸药是一种高级烈性炸药，用于制造雷管，有正起爆炸药和副起爆炸药之分。前者对撞击、摩擦或火的敏感性很高，容易引起爆炸，如雷汞、迭氯铅等。后者敏感性稍低，但威力大，如三硝基甲苯硝铵等。它们的共同特点是爆炸速度很高，在瞬息时间内能产生极大的冲击能量，因此用以起爆其他炸药。2炸药量的计算爆破土石方的时候，用药量要根据岩石的硬度、岩石的缝隙、临空面的多少、估计爆破的土石方量以及施工经验来决定。因此，理论上的计算值还需要通过试爆复核，最后确定实际的用药量。理论计算是以标准抛掷漏斗为依据。用药量的多少与漏斗内的土石方体积成正比，具体计算方法读者可参阅有关著作。3爆破方法1.5.3.1炮眼法炮眼法也叫浅眼法，属于小爆破，是在被爆破的岩石内钻凿直径为25～75mm，深度1～5m筒形的炮眼，然后装药进行爆破。炮眼法可用于开挖基坑，开采石料、松动冻土，爆破大块岩石及开挖路堑等。炮眼位置的布置要尽量利用临空面较多的地形，或者有计划地改造地形，第一次爆破给第二次爆破创造更多的临空面，以获得良好的效果。炮眼的方向应避免与临空面垂直，因为炸药爆炸时，破坏力向最小抵抗线方向发挥。如果炮眼方向与临空面垂直，爆炸力多半向孔口发挥疏散。因此，炮眼方向应尽量与临空面平行。炮眼的深度是根据岩石的软硬和梯段高度而定的。中等硬度岩石中，炮眼等于梯段的高度；坚硬岩石中，炮眼深度为梯段高度的1.1～1.5倍；较软岩石的炮眼深度约为梯段高度的0.85～0.95倍。•炮眼中药包中心到梯段边坡的最短距离，称最小抵抗线(见图1－49)。一般情况下，最小抵抗线长度可取为：•W＝(0.4～1.0)H•堑石较硬时取低值最小抵抗线1－堵塞物；2－炸药•炮眼之间的距离。根据起爆方法确定，常用梅花形布置(图1－50)。对于火花起爆，炮眼距离a＝(1.4～2.0)W。电力起爆时，a＝(0.8～2.0)W。•图1－50炮眼布置炮眼的行距b，可取为第一行炮眼的抵抗线长度W，若第一行各炮眼的W不相同时，则取其平均值。在实际工作中，炮眼法炸药量可以根据炮眼深度和岩石情况决定炸药量。为防止发生“冲天炮”现象，炮眼必须堵塞1/3左右的长度，因此装药量大致等于炮眼深度的1/3～1/2。炮眼法的施工操作顺序为钻孔、装药、堵塞及起爆。在装药前，先清除炮眼内的石粉及泥浆，然后装填炸药。如方向为水平、倾斜或向上的炮眼，则用筒装炸药装填。不论是筒装还是松散的炸药，每装填150～250g后，就用木棍压实一次，将炸药装到80％～85％以后，再装入起爆药卷。炸药装好后，将炮眼的其余部分用干细砂土堵塞。2拆除爆破（1）概念。拆除爆破又名“控制爆破”，是通过一定的技术措施，严格控制爆炸能量和爆破规模，使爆破的声响、振动、破坏区域以及破碎物的散坍范围，控制在规定限度内的一种爆破技术。由于“定向爆破”、“光面爆破”、“预裂爆破”等也属于“控制爆破”，为了不致引起概念上的混淆，故以用途命名为“拆除爆破”。它在城市和工厂的发展过程中，对已有房屋或构筑物的改建、拆除提供了安全有效的方法。支护结构钢筋混凝土支撑亦多用控制爆破拆除。拆除爆破需考虑的因素很多，包括爆破体的几何形状和材质，使用的炸药、药量、炮眼布置及装药方式，覆盖物和防护措施及周围环境等。其中炸药及装药量是最主要的因素。（2）炸药的种类和药量计算。拆除爆破所用的炸药，要求爆速小但威力大；药卷的临界直径小(小于临界直径时，炸药就不能传爆)以便使用微量炸药。目前我国在拆除爆破中使用的炸药是2号岩石硝铵炸药，爆速4000m/s，药卷直径15mm和20mm，从使用效果看尚不理想。国外控制爆破中采用的炸药爆速只有1500m/s，临界直径可以小到5mm。拆除爆破中还常用高能燃烧剂来代替炸药。高能燃烧剂的主要成分是铝和镁或氧化铁、氧化钡等金属氧化剂。它的特点是反应热大于炸药，但爆速却只有炸药的1％，所以燃爆后不产生或仅产生少量的音响或振动，使用比较安全。装药量的计算根据炸药的性能来确定。一般拆除爆破采取“多钻眼，少装药”的办法。单孔装药量的要求，是使药包在介质内爆破时，破坏范围刚好达到介质表面(即临空面)，或刚好使炮眼之间开裂贯通而不产生碎块抛掷现象。这种药包称为极限内部作用药包。单孔装药量的计算比较复杂，爆破体的类型、材质、炮眼的布置方法、爆破体的临空条件、炮眼的封填状态等都影响装药量。一般在计算后都要经过试爆来修正装药量，计算方法可以参阅有关著作。（3）炸药的装填和引爆。在炸药的装填方面，常采用非密装方式，或称为不耦合装药。非密装式装药时，在药卷与炮眼孔壁之间留有空隙，其目的是要减少炸药在爆炸瞬间所产生强大冲击波的初始压力，使压力在炮眼空隙内得到缓冲，作用在炮眼孔壁上的能量进行再分配。冲击波传播到炮眼壁上的最大动压力值，随不耦合系数(炮眼内径与药卷直径之比)的增大而降低。一般炮眼直径为32～45mm，不耦合系数为2～4。当炮眼较深时，为了避免爆破力集中，也可分层装药，但以不超过3层为宜。建筑物拆除爆破应根据结构受力情况及爆塌要求，合理确定炸毁的构件、爆破部位及爆破顺序。应炸毁关键的承重构件，使建筑物依靠自重原地坐塌或定向侧塌。对于承重内墙较多的建筑物或多层建筑物的拆除爆破，宜采用分段连续起爆，使用延期雷管，并控制起爆顺序。（4）炮眼的布置。炮眼可垂直布置，也可水平布置，垂直炮眼钻眼及装药均很方便，采用较普遍。炮眼深度取拆除结构(实体)厚度的2/3左右，一般不超过1.5m。如果结构厚度较大，要分层爆破。最小抵抗线W的长度约为炮眼深度的0.4～0.8倍，被爆体材料强度高则取小值，材料强度低时取大值。行距b一般可近似采用第一排炮眼的最小抵抗线长度，即b＝W。炮眼间距a，一般取(1.0～1.5)W，爆破体材料强度高则取小值，材料强度低则取大值。为了取得整齐的爆裂面，可以采取隔孔装药，不装药的孔，在炸药起爆时会产生应力集中，使装药孔与空孔之间的连线上首先开裂，而得到很整齐的切割面。控制爆破虽然比较安全，但为了防个别碎片的飞散，还是要求在被爆物上认真覆盖弹性和韧性材料。4起爆技术为了使用安全，主要炸药敏感性都较低。使用时，要使炸药发生爆炸，必须用起爆炸药引爆。起爆方法有三种：火花起爆法、电力起爆法和导爆索(传爆线)法。1.5.4.1火花起爆火花起爆是利用导火索在燃烧时的火花引爆雷管，然后再使炸药发生爆炸。用火花起爆时，同时点燃的导火索根数受到限制，因此同时爆破的药包也受到限制。火花起爆所需材料如下：（1）雷管。普通雷管构造如图1－51所示，一般由外壳，正、副起爆药和加强帽三部分组成。雷管的规格有1～10号，号数越大威力也越大，其中以6号和8号应用最广。由于雷管内装的都是猛烈的炸药，遇冲击、摩擦、加热时火花就会爆炸，因此在运输、保管和使用中都要特别注意。普通雷管（2）导火索。由黑火药药芯和耐水外皮组成，直径5～6mm。导火索的正常燃速是1cm/s，另一种为0.5cm/s，使用前应当做燃烧速度的试验，必要时还应作耐水性试验，以保证爆破安全。根据所需要的长度将导火索切下(不得小于1m)，把插入雷管的一段切成直角，插到与雷管中的加强帽接触为止，不得转动和用力猛压。然后用雷管钳将导火索夹紧于雷管壳上，夹紧部分为3～5mm，此时称为火线雷管。（3）起爆药卷。是使主要炸药爆炸的中继药包(图1－52)。制作时，解开药卷的一端，使包皮敞开，将药卷捏松，用木棍轻轻地在药卷中插一个孔，然后将火线