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隧道爆破设计与施工
（简读本）

中铁隧道集团有限公司
李桧祥汇编
二○○五年八月

一、常用爆破器材 2
1、常用工业炸药 2
2、工业雷管 3
3、索状起爆（传爆）器材 5
二、起爆方法 7
1、起爆方法的分类 7
2、归纳以上的起爆方法如下： 7
3、电力起爆法及系统 8
4、火雷管起爆法及系统 10
5、导爆索起爆法及系统 10
6、导爆管雷管起爆法及系统 11
三、爆破作用基本原理 14
1、炸药爆炸的三个基本要素 14
2、爆破工程的主要特征 14
3、爆破作用的基本原理 15
4、爆破的内部作用与爆破的外部作用 16
四、常用钻孔机械和装药机械 19
1、凿岩机： 19
五、工程爆破分类 20
1、岩土爆破 20
2、拆除爆破 21
3、水下爆破 21
4、特种爆破 21
六、隧道爆破技术与施工 22
1、隧道爆破常识 22
2、隧道爆破设计 25
3、光面爆破和预裂爆破 38
4、钻爆施工 42

隧道爆破设计与施工
一、常用爆破器材
1、常用工业炸药
1.1工业炸药的特点
①具有足够的爆炸威力，以满足各种工程爆破对象的作业要求；
②具有较低的机械感度和适当的起爆感度。既能保证生产、贮存、运输和使用的安全，又能保证有效的起爆；
③具有较高的热安定性和物理化学相容性；
④具有适当的贮存期。在规定的贮存期内，炸药不会变质失效；
⑤炸药生产、使用过程中不会给人体和环境带来较大危险或污染；
⑥原料来源广泛，价格便宜，加工工艺简单，使用方便，操作安全可靠。
1.2常用的工业炸药
1.2.1铵梯炸药
主要成分为硝酸铵（氧化剂）、梯恩梯（TNT、敏化剂）和木粉（可燃剂与松散剂）。
1.2.2铵油炸药
主要成分为硝酸铵、柴油和木粉。
1.2.3乳化炸药
主要成分为硝酸铵和硝酸钠的混合氧化剂，以及少量乳化剂、添加剂和水等。
1.3常用工业炸药主要性能指标
1.3.1铵梯炸药的爆炸性能一般，但稳定性较好。常用的2号岩石铵梯炸药的药卷密度为0.95～1.10g/cm3,作功能力不小于320ml，猛度不小于12mm，出厂时殉爆距离不小于5cm（有效期内不小于3cm），爆速不小于3,200m/s。雷管、导爆索能直接引爆铵梯炸药。药卷外径为32mm或35mm，药卷长度200mm，重量150g，有效贮存期6个月。
1.3.2铵油炸药不含梯恩梯，其爆炸威力不高，比较钝感，但爆生气体较多。多孔粒状铵油炸药的装药密度为0.90～0.93g/cm3，爆速2,800m/s，作功能力不小于278ml，猛度不小于15mm。保存期短，一般粉状铵油炸药有效贮存期为15天，多孔粒状铵油炸药的有效贮存期为30天。
1.3.3乳化炸药具有良好的抗水性能和爆炸性能，其中2号岩石乳化炸药爆速不小于3,200m/s，作功能力不小于260ml，猛度不小于12mm，殉爆距离不小于3cm，药卷密度为0.95～1.30g/cm3，有效贮存期为6个月。
2、工业雷管
工程爆破中常用的工业雷管有火雷管、电雷管和导爆管雷管3大类。雷管属于起爆器材，是起爆炸药用的。雷管是高度危险的爆炸物品，其感度较高，生产、运输、贮存和使用时，必须确保安全。
工业雷管按管内装药量多少，可分为8号和6号两种，号数愈大，其主装药量愈多，雷管的起爆能力愈强。如8号雷管常用黑索金或太安做主装药，其净药量不少于0.6g，而6号雷管则为不少于0.4g。
常用的铵梯炸药卷和乳化岩石炸药卷均使用8号雷管引爆。而铵油炸药则不具有雷管感度，即不能使用雷管引爆。
2.1火雷管
火雷管是结构最简单的一种雷管，是其它各种雷管的基本部分。
火雷管由3部分组成：管壳、加强帽、装药部分。而装药部分包括副装药（起爆药）和主装药，副装药装药量必须能使雷管中的主装药完全爆轰。主装药感度比副装药低，但爆炸威力大。
导火索火焰首先引爆的是加强帽内的副装药，再由副装药引爆主装药。火雷管引爆炸药卷。
火雷管主要用于炮眼较少的浅孔爆破或裸露药包爆破，禁止在有瓦斯或矿尘爆炸危险的场所使用。
2.2电雷管
2.2.1电雷管分类
（1）按用途不同，分为普通电雷管和煤矿许用电雷管。
（2）按通电后爆炸延期时间不同，分为瞬发电雷管和延期电雷管两种。按延期时间长短又分为秒延期雷管、半秒延期电雷管、1/4延期电雷管和毫米延期电雷管。
（3）按主装药量的不同，分为8号和6号电雷管。
瞬发电雷管是一种通电立即爆炸的电雷管，所以又称为即发电雷管。
秒延期电雷管是通电后延迟爆炸时间以秒、半秒、1/4秒为计量单位的迟发电雷管。
毫秒延期电雷管（又称微差电雷管），通电后爆炸的延期时间以毫秒（1/1000秒）计。注意国产毫秒雷管其延时不是等差的，为毫秒电雷管1～20段，其毫秒量为0ms、50ms、75ms、110ms、150ms、200ms、250ms、310ms……最后一段20段为2,000 ms。
延时作用原理：
秒延期电雷管起延时作用的是精制导火索（俗称“引线”），并在雷管壳上加设了排气孔。起爆时，引火头点燃精制导火索，导火索燃烧完毕喷出火焰，传递给副装药引爆雷管。其延期长短，是用导火索（精制）的长短来控制。
毫秒延期电雷管其延时作用的是延期药（延时剂）。通过改变延期药的成分、配比、压药密度、药量来控制延期时间。
2.2.2电雷管结构
电雷管的装药部分与火雷管相同，不同的是管内装有电点火装置。电点火装置由脚线、桥丝和引火头组成。
2.3导爆管雷管
2.3.1特征
导爆管雷管内火雷管和导爆管组合而成，是用导爆管内传爆的爆轰冲击能来引爆火雷管的爆破器材。
导爆管雷管禁止在有瓦斯、煤尘或有其它爆炸危险的场所使用。
2.3.2导爆管雷管的构造
导爆管雷管的构造在延期药、副装药、主装药即装药部分与管壳部分与火雷管（无延期药）电雷管都是相同的。不同的是点燃延期药或副装药之前端有一消爆空腔。
火雷管与导爆管可以使用一种卡口塞联结在一起使用，（塑料卡口塞）以代替瞬发导爆管雷管。
2.3.3导爆管雷管品种
导爆管雷管按延期装置有无，分为两类：一是无延期装置（无延期药）的瞬发导爆管雷管；二是有延期装置的，即有延期药的延期导爆管雷管。
延期导爆管雷管按其延期时间又分为毫秒导爆管雷管（MS），半秒导爆管雷管（HS）和秒导爆管雷管（S）。有6号与8号两种雷管。一般使用耐水型导爆管雷管。
3、索状起爆（传爆）器材
工程爆破常用的索状起爆（传爆）器材主要有导火索、导爆索和塑料导爆管。
3.1导火索（俗称“引线”）
导火索分为普通导火索与缓燃导火索两种。索芯即药芯为黑火药。应具有正常和稳定的燃烧速度，普通导火索燃烧速度为100-125s/m，喷火长度应不小于40mm。一般可贮存2年。主要用来点火雷管。导火索点燃后在一定时间内将火焰传递给火雷管，使火雷管在火花的作用下爆炸，导火索本身不会爆炸。
3.2导爆索
导爆索按其包缠结构分为两种：棉线导爆索和塑料导爆索。导爆索药芯是用黑索金或太安作成的。因为导爆索内有猛炸药，它不仅具有良好的传爆性能，本身还有一定的爆炸威力。经雷管引爆后，导爆索可以传爆和引爆铵梯炸药或乳化炸药。一般导爆索爆速（传爆速度）为6.,000m/s～6,500m/s。存贮有效期为2年。
塑料导爆索，具有防水性能。
应特别注意它是可以爆炸的传爆器材，所以应特别防撞击和拉拔。
导爆索可“传爆”，可作为“雷管”般引爆炸药，可作为炸药使用于“弱爆破”，如隧道爆破的周边弱爆破，就有将导爆索作为“炸药卷”使用的。
3.3导爆管
塑料导爆管是一种外径约3mm，内径约1.4mm的白色塑料软管，管子材料为高压聚乙烯，管的内壁涂有薄薄一层混合炸药，其中91%为奥托金或黑索金，9%为铝粉，每米药量仅14～16mg。
导爆管的内壁炸药引爆后能够稳定传爆，管内产生的爆轰波可以引爆雷管，但不能引爆工业炸药。导爆管传爆速度为1650±50m/s
导爆管可以与雷管组装在一起成为导爆管雷管。
导爆管具有很好的性能，所以自发明以来，在全世界迅速地广泛地采用。导爆管有较好的抗电性能，能抗3万伏以下的直流电，不被击穿；有很好的抗水性能，在水下80m处放置48小时，仍然正常起爆与传爆。它的安全性能好，火焰和机械冲击不能激发导爆管，管身燃烧不能引爆导爆管。导爆管可以作为非危险品运输。
导爆管可用雷管、导爆索和专用起爆器如击发枪等起爆。
二、起爆方法
1、起爆方法的分类
爆破工程是通过工业炸药的爆炸实施的。而引爆炸药有两种方法：一种是通过雷管的爆炸起爆工业炸药；一种是用导爆索爆炸产生的能量引爆工业炸药，而导爆索本身需要雷管将其引爆。
注意：在隧道钻爆施工中，两种方法都常使用。
按雷管的点燃方法不同，起爆方法分为三种：
（1）火雷管起爆法
它是由导火索传递火焰点燃火雷管的，也称导火索起爆法。
（2）电雷管起爆法
它是采用电引火装置点燃雷管的，也称电力起爆法。
（3）导爆管雷管起爆法
它是利用导爆管传递冲击波点燃雷管的，也称导爆管起爆法。而导爆管则需通过雷管或激发装置引爆。
注意：目前在隧道钻爆中，最常用的就是导爆管起爆法了。
（4）无线电起爆法，包括电磁波起爆法和水下声波起爆法，它们是遥控引爆电雷管，仍属于电雷管起爆法。
2、归纳以上的起爆方法如下：
电雷管起爆法
火雷管起爆法
导爆管雷管起爆法

——电力起爆法
雷管起爆法

药包起爆方法

非电起爆法

导爆索起爆法

3、电力起爆法及系统
3.1电力起爆法就是利用电能引爆电雷管进而直接或通过其它起爆方法起爆工业炸药的起爆方法。构成电力起爆法的器材：电雷管、导线、起爆电源和测量仪表。
3.2电力起爆系统示意如下：
起爆药包或药卷
（1）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→
起爆药包或药卷
（2）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→导爆索引爆→
起爆药包或药卷
（3）电源→导线（母线）→联接电雷管连线→电雷管→导爆管雷管→
3.3电爆网路
（1）电爆网路
电爆网路由起爆用电源、起爆导线（母线、电缆）和串联或并联或串并联结构的n个起爆用的导线以及电雷管脚线组成。
（2）导线
电爆网路中的导线一般采用绝缘良好的铜线或铝线。根据导线的位置和作用，可以将导线分为端线、连接线、区域线和主线。
在露天深孔爆破和浅孔爆破中，端线、联接线一般多采用截面为0.42～0.45mm2的单芯铜质塑料皮专用爆破软线，主线选用标称截面较大的多芯铜质塑料绝缘电线。在洞室爆破或拆除爆破中，一般端线、连接线、区域线使用标称截面0.5～1.0mm2的两芯铜芯或铝芯线，主线采用标称截面不小于1.5mm2的单芯或两芯铜芯或铝芯线。
电爆网路不能使用裸露导线。
（3）起爆电源
作为电爆网路的起爆电源，应根据计算并满足如下要求：
①有一定的电压；能克服网络电阻输出足够的电流。起爆电源必须保证起爆网路中各个电雷管能够获得足够的电流。流径每个电雷管的电流要求为：一般爆破，交流电不小于 2.5A，直流电不小于2A；洞室爆破，交流电不小于4A，直流电不小于2.5A。
②有一定的功率，以保证有足够的电量供给起爆网路，满足各支路电流总和的要求。
③有足够的发火冲能，对电容式起爆器等起爆电源，尽管其起爆电压很高，但其作用时间很短，要保证电爆网路安全准爆，还必须有足够的发火冲能。对国产电雷管，保证电雷管准爆的发火冲能应大于或等于8.0A2.ms。
电爆网路常用的起爆电源有三种：
①电池，包括干电池和蓄电池；
②动力交流电源，220V或380V动力电。
③起爆器，属于直流式起爆电源，起爆器有两种——手摇发电机起爆器和电容式起爆器。
（4）电爆网路的检测
检查、测量电雷管和电爆网路的电阻必须使用专用的爆破测量仪表（导通器、爆破电桥等）。这些仪表外壳必须有良好的绝缘和防潮性能，输出电流必须小于30mA。严禁使用普通电桥量测电雷管和电爆网路，因为普通电桥绝缘不好，输出电流太大，容易引起误爆事故。
导通器即爆破欧姆表
（5）国内使用的主要电雷管和电爆网路测量仪表有如下五种：
①205—1型线路电桥；
②QJ—41型电雷管测试仪；
③B—1型爆破用表；
④SD—1型数字式爆破电桥，SD—2型电雷管检测仪；
⑤ZH—1型电雷管测试仪。
4、火雷管起爆法及系统
4.1火雷管起爆法也称导火索起爆法——火花起爆法，它利用导火索传递火焰点燃火雷管进而直接或通过导爆索或导爆管雷管起爆工业炸药。火雷管起爆法属于非电起爆法。它所需要的起爆材料有：火雷管、导火索、点火材料。
4.2火雷管起爆系统
火雷管起爆系统如下：
药包或药卷
（1）点火→导火索→火雷管→
药包或药卷
（2）点火→导火索→火雷管→导爆管雷管→
药包或药卷
（3）点火→导火索→火雷管→导爆索→
5、导爆索起爆法及系统
5.1导爆索起爆法
导爆索可以直接引爆工业炸药，用导爆索组成的起爆网路可以起爆群药包，但导爆索网路本身需要雷管先将其引爆。导爆索起爆法属非电起爆法。
导爆索起爆法在装药、填塞和联网等施工程序上都没有雷管，不受雷电、杂电的影响，导爆索起爆法传爆可靠，操作简单，使用方便。因此，常用来起爆洞室药包，在隧道爆破中起爆周边眼药卷，常使用此法，应注意掌握其操作方法。
5.2导爆索起爆系统
导爆索起爆网路由导爆索、继爆管（有时可以不使用）和雷管组成。
导爆索起爆系统如下：
起爆药包或药卷
（1）导火索→火雷管→导爆索引爆→
起爆药包或药卷
（2）电源→导线（母线）→电雷管→导爆索引爆→
起爆药包或药卷
（3）电雷管或火雷管→导爆管雷管→导爆索引爆→
导爆索起爆网路形式比较简单，无需计算，只要合理安排起爆顺序即可。
注意导爆索传递爆轰波的能力有一定的方向性。因此在连接网路时必须使每一支路的接头迎着主线的传爆方向，支线与主线传爆方向的夹角应小于900。
常用的导爆索起爆网路连接方法有：
①簇并联，即将所有炮孔中引出的导爆索支线末端捆扎成一束或几束，然后再与一根主导爆索相连接。一般用于炮孔数不多而较集中的爆破中。隧道光面爆破，周边眼常使用此法引爆串装药卷。
②分段并联，在炮孔或药室（洞室爆破的装药药室）外敷设1条或2条导爆索主线，将各炮孔或药室中引出的导爆索支线分别依次地与导爆索主线相连。如果在主导爆索中接入继爆器，就可以实现支导爆索之间的微差爆破或秒、半秒、1/4秒延期爆破，分段并联微差起爆，网路见附录。
还应注意一点是操作问题。上面提到的导爆索传爆有一定方向性，因此使用雷管起爆导爆管时，雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。
6、导爆管雷管起爆法及系统
6.1导爆管雷管起爆法
导爆管雷管起爆法是利用导爆管传递冲击波点燃雷管，进而直接或通过导爆索起爆法起爆工业炸药。它是属非电起爆法。
导爆管起爆法的特点是可以在有电干扰的环境下进行操作，联网时可以用电灯照明，不会因通话电网、高压电网、静电等的干扰引起早爆和误爆事故，安全性高；一般情况下导爆管起爆网路起爆的药包数量不受限制，网路也不必要进行复杂的计算。这两点是电雷管电力起爆法所不具备的优点。同时导爆管起爆方法灵活、形式多样，可以实现多段延时起爆，操作简单，检查方便，不容易出错。因此，现在在露天浅孔、深孔爆破，井巷及地下工程爆破以及洞室大爆破、拆除爆破都广泛采用导爆管雷管起爆法。同时，具有良好的防水性能，也往往在水下爆破中使用此法。在有瓦斯或矿尘爆炸危险的作业场所不能使用导爆管起爆方法。在隧道施工中已经普通使用导爆管起爆法。
6.2导爆管起爆法的组成和系统
6.2.1导爆管起爆法的组成
导爆管起爆法由击发元件、联结装置和起爆元件组成。其中联结装置可分成两类：装置中不带雷管或炸药的，导爆管通过插接方式实现网路的连接的装置称为联结元件；联结装置中带有雷管或导爆药的，通过雷管或炸药的爆炸将网路连接下去的装置称为传爆元件。现场操作，往往使用更简单的方法，即使用电工黑胶布包扎紧密而实现有雷管的传爆方法。
（1）击发元件
击发导火雷管可以采用各种工业雷管、导爆索、击发笔、电火花枪、火帽等。
（2）起爆元件
导爆管不能直接起爆炸药，必须通过导爆管雷管来起爆药包和药卷。
（3）联结元件
①塑料联通管和塑料多通道联结插头（三通式、四通式），也称多路分路器，属于分流式联结元件，它们利用导爆管正向入射分流原理，取消了导爆管网路连接中的雷管或炸药，在网路中突现了无雷管无炸药分流传爆。
②塑料套管接头（三通、四通），这是一种可以自行加工的反射式联结元件，它用不同直径的聚氯乙稀薄壁套管制作，壁厚0.5mm，只要用塑料焊接机（热合机）将其做成长约20cm，一端开口、一端封闭的接头即可。套管内径5mm，可制成三通、6mm可制作四通。价格低廉，制作简单，使用方便，由于薄壁套管有一定伸缩性，能将导爆管紧紧的包裹住。
③塑料四通接头。这是用注塑方式产品化的帽盖状反射式联结元件。封口端为圆弧状，开口端内侧有4个半弧状缺口，用做导爆管的插口，外侧有放置缩口金属箍好的沿口。由于导爆管外径生产误差，使用时要加缩口金属箍才能使4根导爆管牢固地固定在接头上。
（4）传爆元件
传爆元件有三种形式：
①直接用导爆管雷管作为传爆元件，将被传爆的导爆管牢固地捆绑在传爆管周围。这种连接方法使用的很多，隧道工地基本上用此法连接。这种方法称簇联连接，俗称“一把抓”。但必须注意，捆绑长度要在 15-20cm，用黑胶布缠绕几层，捆牢固。一般簇联导爆管不超过15根。
②传爆元件为塑料联结块：在联结块中间留有雷管孔，将传爆雷管插入孔内，被传爆的导爆管则插入连接块四周的孔内，通过传爆雷管的爆炸将被传爆导爆管击发起爆。联结块多种形式，可接入不同数量的导爆管。
③导爆管继爆管：导爆管继爆管一侧通过联结卡口管连接引爆导爆管，另一侧可通过联结卡口管连接3根被传爆导爆管，用导爆管继爆管连接的导爆管网路可以顺序连接下去。继爆管中的延期药有一定延期性能，并根据延时进行分段，可以组成微差起爆网路。继爆管使用有方向性，引爆管只能从一侧连接。
导爆管继爆管在隧道爆破中未见使用。
6.2.2导爆管起爆系统
导爆管起爆系统：常用的有三种形式：导爆管簇联起爆网路、导爆管并串联起爆网路（分流式联结元件）、导爆管并串联起爆网络（传爆元件）。三种形式网路示意图见附录。
在隧道爆破中最常用的是导爆管并串联起爆方式的网路。
药包或药卷
（1）火雷管→导爆管雷管→
药包或药卷
（2）电雷管→导爆管雷管→
药包或药卷
（3）雷管→导爆索引爆→导爆管雷管→
各药包或各药卷
（4）雷管→导爆管雷管→一束导爆管雷管→
三、爆破作用基本原理
1、炸药爆炸的三个基本要素
（1）化学反应过程大量放热，放热是炸药爆炸对外作功的动力。一般常用工业炸药爆炸时，每1kg放出的热量大于 3,000KJ（焦耳）一般为3,000～4,000KJ/每公斤。
（2）化学反应速度非常快，这是区别于一般化学反应的显著特点。一般能在10-6～10-7秒内完成化学反应。例如：炸药卷在炮眼内起爆后，90ms左右岩层就开始移动。一般工业炸药爆炸的反应速度大于3,000m/s。
（3）化学反应过程生成大量气体。炸药爆炸所产生的气体，是爆炸作功的媒介。工业炸药爆炸生成的气体量在1m3/kg左右。
另外，工业炸药的爆温一般在2,000～2,500℃；压力猛增到几万至几十万大气压，高温高压的气体向四周膨胀作功。
2、爆破工程的主要特征
爆炸——工业炸药引爆后，发生化学反应，即爆炸。
爆破（工程爆破）——利用炸药的爆炸能量对介质作功，以完成预定工程目标的施工作业。
爆破工程四个主要特征：
（1）具有特定的工程对象和目标。任何一项爆破工程，都应有确定的爆破对象和范围以及对爆破效果、安全、工期及主要技术经济指标的要求。
（2）均应进行工程设计和施工作业。
（3）药包或药卷爆炸过程及所产生的效应必须是可控的。按设计要求的方式、时序实现对炸药起爆，并确保准爆，而且应做到有效地控制有害效应和保证环境的安全。
（4）爆破效果通过实践作出评价检验。任何一个爆破工程项目，都有各自不同的客观环境和施工条件，无论是爆破设计，还是施工都必须结合工程实际，针对地选择方案、参数、技术和安全措施，才能取得良好的爆破效果。

3、爆破作用的基本原理
3.1爆破破岩理论简介
炸药在爆破对象内爆炸，形成对周围介质的作用称为爆破作用。在药包或药卷爆破作用下，爆破对象的破碎过程是非常复杂的。至今，有工业炸药以来，人们对于岩石爆破破坏机理仍了解得非常不够，只能通过理想和试验现象来解释。
由于药包爆炸时产生的主要能量为高温高压爆轰气体和冲击波，因此人们在实验分析的基础上提出了三种爆破作用破坏理论。
（1）爆轰气体压力作用破坏理论
炸药爆炸作用的能量绝大部分（85%）包含在爆轰气体中，于是该理论认为，岩石破碎是由于高温高压爆轰气体膨胀作功的结果。在高温高压爆轰气体的作用下，介质质点做径向移动，由此形成剪切应力。当剪切应力超过介质强度时，岩石被破坏。若爆轰气体的压力足够，就会将已破坏的岩石抛掷出去。
（2）应力波反射作用破坏理论
根据爆炸动力学原理该理论认为，炸药爆炸激发的压应力波在介质自由面上反射后形成拉应力波，由于岩石的抗拉强度很低，拉应力波的拉应力往往大于岩石的抗拉强度，于是岩石被拉断。
（3）应力波与爆轰气体的综合作用破坏理论
基于实际工程中出现的一些现象，该理论认为上述两种理论都是片面的，应力波与爆轰气体只能是共同存在，密切相关和互相加强。它们分别在不同阶段、不同条件下发挥各自不同的重要作用破坏岩石。炸药爆炸对介质的破坏，首先是爆炸应力波的作用，然后是爆轰气体的准静态压力作用。
以上三种理论都只是“科学假设”，但对工程爆破设计与施工人员理论工程爆破是有帮助的。
4、爆破的内部作用与爆破的外部作用
4.1爆破的内部作用
当药包埋置在地表以下很深处爆炸时，药包的爆破作用只局限于在地表以下，在地表没有显现出爆破痕迹，这种条件下的爆破作用叫做内部作用。从观测到的岩石破坏特征，可将内部作用爆破范围内的岩石分为三圈，见附录所示。
（1）粉碎圈
在药包周围粉碎圈内，岩石直接受到药包爆炸的巨大压力和高温作用，如果岩石是可塑性的（为软岩和硬土），就会被压缩而形成空腔；如果岩石是弹脆性的，就会被粉碎。在此圈内，由于岩石遭受到压缩或粉碎性破坏，能量消耗很大，爆破作用力急剧减少，其半径一般不超过药包的半径的4～7倍。
（2）破裂圈
围绕在压缩粉碎圈以外的一圈岩石，虽然受到的爆炸作用力较压缩粉碎圈中的岩石小得多，但岩石受到结构性破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，此范围叫做破裂圈。破裂圈的范围大约为药包半径的120～150倍。
（3）振动圈
在破裂圈以外的范围内，爆破作用力已衰减到不能使岩石的结构产生破坏，而只能引起岩石产生弹性振动。这一圈叫做振动圈，振动圈的范围很大，直到爆破作用力完全被岩土所吸收为止。
以上三圈是客观存在的，并非“假说”，在工程实践中都可以观察到，但其范围根据不同炸药、不同岩石和其它客观条件，有所不同。
4.2爆破的外部作用
当药包埋置深度不大，接近地表时，药包除了使岩石破裂和振动外，被破裂的岩块由于碎胀而在地表隆起，或被抛离地表形成一个爆破坑——爆破漏斗。爆破作用已显现在地表，这种情况叫做爆破的外部作用。绝大多数工程爆破都是属于这种爆破作用。
4.3关于爆破外部作用的术语
（1）自由面（临空面）
自由面又叫临空面，通常是指被爆岩石与空气的交界面，也是对爆破作用能产生影响并能使爆后岩石发生移动的岩面。自由面的数目、自由面的大小、自由面与炮孔的夹角以及自由面的相对位置等，都对爆破作用产生不同程度的影响。自由面越多，爆破破岩越容易，爆破效果也越好，当岩石性质、炸药品种相同时，随着自由面的增多，炸药单耗（kg/m3）将明显降低。
一般来说，随着自由面积的增加，岩石爆破的夹制作用将变小，这有利于岩石的爆破，当其它条件不变时，炮孔与自由面的夹角愈小，爆破效果也愈好。炮孔方向垂直于自由面时，爆破效果最差；炮孔方向与自由面平行时，爆破效果最好。另外，能否利用岩石的自重下落亦对爆破效果有影响。
（2）最小抵抗线
工程爆破中，通常把药包中心线或重心到最近的自由面的最短距离称为最小抵抗线。用W表示。
最小抵抗线是爆破时岩石阻力最小的方向，所以在此方向上岩石运动速度最高，爆破作用最集中。
因此，最小抵抗线是爆破作用的主导方向，也是岩石移动的主导方向。在露天深孔爆破与洞室爆破时，尤其要注意弄清楚最小抵抗线。
（3）爆破漏斗
当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗，如附录示意所示。
①标准抛掷爆破漏斗：当r=w，即n=r/w=1时，爆破漏斗为标准抛掷爆破漏斗，漏斗张开角θ=900。而形成这一标准抛掷爆破漏斗的药包，叫做标准抛掷爆破药包。
②加强抛掷爆破漏斗：当r>w，即n>1时，爆破漏斗为加强抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ>900。而形成加强抛掷爆破漏斗的药包，叫做加强抛掷爆破药包。
③减弱抛掷爆破漏斗：当0.75<n<1时，爆破漏斗为减弱抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ<900。而形成减弱抛掷爆破漏斗的药包，叫做减弱抛掷爆破药包。
减弱抛掷爆破漏斗又叫做加强松动爆破漏斗。
④松动爆破漏斗：当o<n<0.75时，爆破漏斗为松动爆破漏斗。这时，爆破漏斗内的岩石只产生破裂、破碎而没有向外抛掷现象。从外表看，没有明显的可见漏斗。
爆破漏斗半径——指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径，用r表示。
爆破漏斗破裂半径——指药包中心到爆破漏斗底圆圆周上的任一点的距离，用R表示。
爆破漏斗深度——指爆破漏斗顶点至自由面的最短距离，用H表示。
爆破漏斗可见深度——指爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离，用P表示。
爆破漏斗张开角——指爆破漏斗的顶角θ。
爆炮作用指数——指爆破漏斗底圆半径r与最小抵抗线W的比值，用n表示，n=r/w。
h值在洞室爆破中是一个极重要的参数，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎度和抛掷效果等。也是洞室爆破计算公式中的重要参数。
（4）爆破漏斗分类
根据爆破作用指数n值的不同，将爆破漏斗分为以上四种。
相对于以上爆破漏斗，在洞室爆破中，可根据工程需要设计成松动爆破、加强松动爆破、抛掷爆破。
四、常用钻孔机械和装药机械
1、凿岩机：
（1）风动、手持式凿岩机，钻孔φ34—φ45mm；钻孔深一般为3m以内。用于浅孔爆破钻孔。
（2）液压、手持式凿岩机，钻孔φ34—φ45mm；钻孔深一般为3-5m。用于浅孔—中深—深孔钻孔。
2、潜孔钻机：
履带式、轮胎式行走，钻孔直径φ80—250mm，水平钻孔一般为φ80mm。深孔15—30m。用于露天深孔爆破钻孔。同时可用于隧道钻大中空孔。
3、钻孔台车（履带式、轮胎式、轨行式、液压臂）
①风动凿岩机φ34—φ45mm，钻孔深3-5m，用于隧道爆破钻孔。
②液压钻孔台车，钻孔φ48、φ102mm，钻孔深5 m -15m，用于隧道爆破钻孔深一般为5m-8m。
4、其它钻孔机械
内燃凿岩机，钻孔φ34-φ45mm，钻孔深1-2m，浅孔爆破钻孔；电钻（电动）钻孔φ32-φ41mm、1-3m钻孔深，用于软岩浅孔爆破。
5、装药机
（1）散装炸药装药器，主要装粉状与粒状铵油炸药，压动、压气式。瑞典制造及国产。隧道局曾经使用过，主要用于地下工程与隧道。国产BQ20A、BQ50A筹。
（2）药卷装药器，风动、压气式，主要用于隧道钻爆装药卷。瑞典制造与国产均有。国产ZYK—1型、FT—28型、D29型等。瑞典TA—4、TA—32及TA—42型等。
（3）露天混装机是将炸药原材料或半成品置于混装车上，在爆破工作面或其附近混制炸药成品后就地或移动一定距离后装入炮孔。国产BCJ—1型乳化炸药混装车，瑞典S—753型等。一般用于露天深孔爆破装药。日本也有使用类似混装机于隧道与地下工程的工程实例。
6、炮泥机
专门用来做炮泥，以代替人工操作由西科所生产的PNJ系列炮泥机，使用得较多，主要制造隧道钻爆用的炮泥φ34—φ45mm。
五、工程爆破分类
工程爆破分为四大类：
1、岩土爆破
1.1井巷掘进爆破
（1）平巷掘进爆破（采矿用）
（2）井筒掘进爆破（竖井）
（3）隧道掘进爆破
（4）地下工程爆破（洞室、洞库、地下厂房等）
1.2台阶爆破
（1）露天深孔台阶爆破（通常孔径大于75mm，孔深大于5m）。
（2）露天浅孔台阶爆破，（孔径φ34—φ45mm，孔深小于5m）。
（3）地下采场深孔爆破。
（4）地下采场浅眼爆破。
1.3洞室爆破（洞室大爆破或药室爆破）（利用洞室装药、而不是钻孔装药）
1.4药壶爆破及二次爆破（解炮等）
2、拆除爆破
2.1建筑物拆除爆破
2.2大型块体和基础类构筑物的爆破拆除
2.3挡水围堰拆除爆破
2.4水压爆破拆除
3、水下爆破
3.1水下岩塞爆破
3.2水下软土地基爆破处理技术
3.3水下暗礁爆破（钻孔与裸露两种爆破方式）
4、特种爆破
4.1地震勘探爆破
4.2爆炸加工（成形、复合、硬化三种）
4.3金属破碎切割爆破
4.4其它
六、隧道爆破技术与施工
1、隧道爆破常识
1.1隧道爆破的特点
（1）只有一个自由面（临空面）；
（2）炮眼深度受到一定限制，这是与隧道围岩条件、打眼机械工具、爆破技术等有关系；
（3）受隧道围岩条件的控制，爆破参数主要取决于围岩级别；还取决于开挖方法与断面大小；
（4）钻孔、装药、引爆都在较恶劣的条件下进行；
（5）隧道爆破、炮眼比较集中，1.5-2个/m2；
（6）多采用类比法设计，计算简单。不象洞室爆破、拆除爆破等要进行较复杂的计算和药包的布置。
1.2炮眼直径与炮眼深度
（1）炮眼直径：常采用φ32—φ45mm钻孔，采用液压台车液压钻机时，钻孔一般为φ48mm、φ63mm、φ76mm和大中空孔φ102mm、φ152mm。
（2）炮眼深度
浅孔——1-3m；手持式风钻、液压钻；
深孔——3-5m；钻孔台车、液压钻；
超深孔——>5m；钻孔台车、液压钻。
1.3隧道爆破设计所依据的围岩分级，即是通用的“铁路隧道围岩分级”，而不是按岩土可爆性分级分类的。一般Ⅴ、Ⅵ级围岩不用钻爆法。
1.4炮眼的种类和作用
隧道开挖爆破的炮眼数目与隧道断面、围岩级别、爆破方法等有关，多在几十至几百范围内。
炮眼按其在开挖断面所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可大致分为如下几种：
（1）掏槽眼[附录掏槽图]
针对隧道爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，先在开挖断面的适当位置，布置一些装药量较多的炮眼，先行爆破，炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的“临空面”。
（2）辅助眼
位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼，统称为辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造“临空面”。常把靠近掏槽眼的炮眼并有扩大掏槽作用的炮眼，又称为“辅助掏槽眼”或“扩槽眼”；常把靠近周边眼的一排炮眼，称为“内圈眼”。
（3）周边眼
沿隧道周边布置的炮眼，称为周边眼。其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。按其所在不同位置，又可分为“帮眼”、“顶拱眼”、“底板眼”。
1.5隧道钻眼机械设备与装药设备。
施工工点，仍多使用手持式风钻，或将风钻设置于台架上。手持液压钻机在三处有限公司开始推广应用，这是一个方向，节能、省去管道敷设、扭矩和冲击力都大于一般风钻，可以打更深更大的炮眼。
自引进全液压凿岩台车以来，在少数重点工程中，仍使用全液压凿孔岩台车，有二臂、三臂和四臂台车，在轮式和轨行式两种走行方式可打3.9m、5.15m炮眼，眼径φ48mm，大中空孔眼径φ102mm。国外台车，也在不断发展，多臂有5、6个臂；炮孔直径φ48、φ63、φ76、φ102、φ152mm不等，可在不同位置打起不同作用的炮眼，变得更先进。同时，使用电子计算机控制的全自动钻孔台车（凿岩台车）也在欧洲和经济发达地区使用。
目前，工地装药仍以手工操作为主，很少使用装药机。装药机应该提倡使用，也是应该大力推广的操作方法。
1.6炮眼布置测量设备
在掌子面布孔，是钻爆作业的第一道工序，以前完全是靠已有的中线、水平点，采用人工操作，用红油漆画出隧道轮廓线的方法。
采用激光指向仪控制隧道轮廓的方法较为先进，可以利用激光光斑，再画出炮眼位置。目前此法已广泛应用。
采用“全站仪”布炮眼的方法最为先进，现在已经在少数工点应用。
使用激光指向仪和断面仪布眼，控制轮廓线准确，为隧道爆破取得良好效果的第一道工序的保证。这样才能减少超、欠挖。
1.7常用的隧道爆破器材[补图片]
（1）药卷：
①二号岩石炸药卷φ32、φ25mm；并可以根据使用单位的要求，做成φ20mm、φ40mm。
②二号岩石乳化炸药卷φ32、φ25mm，并可根据使用单位的要求，做出φ40mm。
③低爆速光面爆破炸药卷，由化工厂特制，φ20、φ15mm的低爆速药卷，其爆速为1,500m～2,000m/s。
（2）雷管：
②1~15段或1~20段导爆管毫秒雷管；
③导爆管1/4秒和半秒级雷管。
应注意有瓦斯或矿尘爆炸危险场所禁止使用。
★起爆药卷——装有雷管的药卷叫做起爆药卷
1.7隧道爆破有害效应
与所有工程爆破一样，隧道爆破同样会产生有害效应
①爆破冲击波，应注意其对人对物的伤害。
②爆破振动，应注意其对建筑物、对隧道衬砌的破坏。
③爆破飞石，应注意其对人对物的伤害。
④爆破有害气体，应注意其对人的伤害。
⑤爆破噪音，应注意对人的伤害。
⑥爆破粉尘，应注意其对人的伤害。
对上列有害效应，都可以采取技术措施降低的。可以而且应该采取技术措施预防有害效应对人对物的伤害与破坏。
2、隧道爆破设计
隧道开挖前应做好隧道爆破设计，这应该是隧道实施性施组的一项内容，也是计划进度、工期、材料等的依据。
隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明”，并应绘制出大比例尺交底图对作业工人进行交底，付诸实施。
2.1隧道爆破设计的依据[炮眼布置图]
（1）工程地质条件、围岩级别；
（2）开挖方法；
（3）开挖断面；
（4）掘进循环进尺；
（5）钻眼机具；
（6）爆破器材；
（7）施工队伍的操作技术；
（8）周围环境，尤其是城市隧道，更要考虑环境因素。
2.2隧道爆破设计的方法与内容
（1）利用经验参数，利用数理统计出来的参数，作为设计参数。
（2）工程类比方法：
①工程地质条件；
②断面大小；
③使用的爆破器材，尤其是炸药种类与药径；
④爆破效果。
（3）作一些简单的计算
①炮眼个数；
②装药量与单耗、装药集中度等。
（4）要有炮眼布置图：包括掏槽眼、辅助眼、周边眼。掏槽眼较复杂时，应绘制大样图。图中要标明起爆先后顺序和雷管的安排布置。一般有正面图与剖面图即可。
（5）要有钻孔、装药表，标明和表达出钻孔名称、钻孔直径、钻孔深度、角度、装药量、延时雷管段数（段别）、开挖断面、开挖进尺、炮眼利用率、炸药总重、单耗（1kg/m3）、雷管单耗（个/m3）。
（6）要有简单扼要的说明，包括工程地质条件、钻孔、装药、堵塞要求、安全技术措施以及经济技术指标等。
2.3隧道掏槽形式和主要参数[补附录图表]
掏槽效果的好坏，直接影响整个隧道爆破效果，明显的是对炮眼利用率和周边光爆炮眼的影响。
根据掏槽炮眼与开挖面的关系、掏槽眼的布置方式、掏槽深度以及装药起爆顺序的不同，可将掏槽方式分为如下几类。
2.3.1斜眼掏槽
斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交。