1 绪论

1.1 预裂与光面爆破技术的历史与现状

人们在改造自然建造建筑物、构筑物经常会遇到岩石开挖这一先导工序。作为工程爆破技术的基本要求，就是将岩石按设计要求破碎后挖运出去以形成新的岩土构筑面，而在工程设计的岩体范围外，则要最大限度地避免爆破对岩体的破坏和损伤，并能形成比较平整的建筑物建基面即轮廓面。

岩石开挖是利用炸药的爆炸力瞬间将岩石破碎，这种瞬时爆炸力迄今为止人们难以人为控制，往往会使靠近开挖区的岩体或建筑物遭受损伤甚至破坏。要求开挖范围内的岩体在爆破作用下破碎，而保留岩体又要避免爆破对其造成损伤。这是人们对岩石爆破的技术要求。

于是，预裂爆破（Presplitting Blasting）和光面爆破（Smooth Blasting）技术应运而生，并在工程实践中不断进步和成熟。

1.1.1 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，并形成平整开挖轮廓面的爆破作业。

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以形成平整开挖轮廓面的爆破作业。

先出现光面爆破，然后衍生发展了预裂爆破。为了得到整齐的壁面，减少超欠挖和保护保留岩体，过去主要采用预留保护层或轮廓线钻孔法（即防震孔法）等预防措施，这就是光面爆破的雏形。这些措施使开挖工期延长，还会增加投资。20世纪50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。

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（Temppeliaukion kirkko）的设计方案。并于1968年2月动工建造，在1969年9月建成启用。

坦佩利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8～13m，环绕四周的建筑是不同年代修建起的住宅楼，见图1-1。

芬兰奥基奥教堂在地下开挖建造时也是采用了预裂爆破技术。2009年9月作者随中国爆破协会赴欧洲考察仍见到奥基奥教堂岩壁上还清晰保留着完整的残留半孔，见图1-2。

可见当年的预裂爆破技术已经很好地解决了这座位于市中心的坦佩利岩石广场的地下教堂的开挖爆破对市中心建筑物的爆破危害问题。

欧美等发达国家在从20世纪60年代至今，预裂爆破和光面爆破技术采用比较普遍，但是在技术方面没有多大进展。在欧美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。目前工程爆破技术水平的现状是国外的火工产品比我们先进，但是爆破技术或施工工艺落后于我们。

1.1.2 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，在葛洲坝水利枢纽施工中曾做过大规模预裂爆破试验，并取得了良好效果之后，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。

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，施工单位实现了全断面一次光面爆破开挖成型。光面爆破炮眼痕迹率达到70%以上，深5m的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。

“洞室加预裂一次成型综合爆破技术”是在洞室爆破主药包爆破之前对边坡实施预裂爆破，从而改善边坡质量。该技术最早于20世纪70年代中国水利水电第八工程局有限公司在贵州乌江渡水电站大坝边坡开挖中采用。这一技术也为公路交通建设所采用，焦晋高速公路某段采用洞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高边坡犹如鬼斧神工，稳定、平整、美观，见图1-3。

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，我国的水电开发站在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了！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。如举世闻名的三峡水利枢纽工程引水钢管槽的开挖以及五级船闸垂直深切开挖，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，见图1-4、图1-5。

小湾水电站是世界罕见的687m的高边坡、溪洛渡水电站的高拱坝坝肩槽、水垫塘以及厂房岩锚梁台的开挖犹如另一件稀世珍品给人们一种艺术享受，见图1-6～图1-9。

1.1.3 我国预裂爆破和光面爆破技术的规范化

随着我国预裂爆破和光面爆破技术的大规模采用，这种轮廓控制爆破规范化施工逐步提到议事日程。1983年，预裂爆破与光面爆破编入《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SD 1211—83）。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（SD 1211—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》（SL 47—94）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。

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》（TB10122—2008，J810—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时，需要采用爆破开挖的路堑，在边坡部位的爆破设计和施工都应该采用光面爆破或预裂爆破，并阐述了预裂（光面）爆破设计原则和参数、施工技术设计、安全措施，而且还明确了路堑边坡预裂（光面）爆破项目质量验收检测数量和检测方法。无疑铁路路堑边坡预裂（光面）爆破技术规程的实施，有力地推动和促进了预裂（光面）爆破技术在铁路建设中的应用与发展。