概 述
深孔台阶爆破，一般指孔径大于50mm、孔深大于7m的多级台阶爆破。由于它是在两个自由面以上条件下的爆破，多排炮孔间还可以采用毫秒延期起爆，具有一次爆破方量大(可达数干吨级)，破碎效果好，振动影响小等优点。因而得到广泛的使用。目前世界上大部分岩石开挖都采用这一方法。它也是我国水电站坝基开挖的主要爆破方式。
深孔台阶的形式根据坝基设汁要求而定。其中台阶的高度是由岩质和节理的发育情况、钻爆方法、装运方式、工程特点及工程量等因素确定；台阶的宽度则根据岩质条件、钻机性能和装运机械尺寸等而定；台阶的长度由现场地形、地质条件以及爆破施工的工程量来控制。
水电站深孔台阶爆破的效果，应达到下述要求：
1)爆破石渣的块度和爆堆，应能适合挖掘机械作业。爆渣如需利用，其块度或级配应符合有关要求。
2)爆破时保留岩体的破坏范围小、爆破地震效应小、空气冲击波小以及爆破飞石少。
深孔台阶爆破一般采用毫秒爆破法，按其起爆顺序和方式的不同又分为许多种。如同排齐发爆破、按排起爆的排间毫秒爆破、同排与不同排按一定顺序起爆的毫秒微差有序爆破、小抵抗线宽孔距微差爆破、微差压渣爆破等。
(1)同排齐发爆破。同排炮孔之间用导爆索连接，排间导爆索用不同段毫秒雷管引爆，称为排间齐发爆破法。这种爆破方法操作简便，不易发生错误。但导爆索自上而下引爆炸
药，使堵塞段预先形成爆炸气体泄出通道，减少气体在炮孔内作用的时间，从而不利于岩石破坏。20世纪80年代该法在水利水电行业应用较多，以后逐渐减少。
(2)同排毫秒微差爆破。同排炮孔装入同一段毫秒延期雷管，不同排使用不同段雷管的起爆方法称为同排毫秒微差爆破。因为同段毫秒延期雷管间存在误差，因而它们不能像齐发爆破那样相邻炮孔起爆时差小于1ms，而是大于1ms，乃至数十毫秒。同排雷管先响与后响，无法预测。这种利用雷管自身误差达到微差目的的爆破，对岩石破碎有利，它一般在孔数、排数不是特别多的情况下使用。
(3)微差有序爆破。同排或多排炮孔按设计规定的顺序起爆的方法，称为微差有序爆破法。目前世界上大多采用塑料导爆管雷管起爆系统完成微差有序爆破。当每个炮孔内再分段，则构成孔间、孔内微差有序爆破。由于每一孔均处于三个自由面条件下爆破，使被爆岩石得以充分破碎。它是目前世界上比较先进的起爆方法，在三峡等水利水电工程中得到广泛运用。在炮孔较多和主要建筑物附近爆破时更加显示其优越性。
(4)小抵抗线宽孔距微差爆破。这是瑞典人U．Langefors(兰格福斯)等提出的爆破方法。其实质是在一个钻孔所能担负面积的条件下，间排距乘积等于该面积的多种组合中，以其间距等于2—8倍抵抗线取得的效果较好。采用该法爆破取得的岩石块度比较均匀。我国的实践经验以孔距是抵抗线的2～4倍者居多。
(5)微差压渣爆破。在台阶前沿存有未清完爆渣条件下进行的深孔台阶爆破称为微差压渣爆破。我国水电建设中，此法多用于坝体石料开采的爆破。该法的优点是可加快施工进度和增加块石破碎度，同时也存在下列不利点：
1)如果台阶前沿留有底坎，压渣使其无法清除，会使后续爆破不能炸到要求的高程，
造成台阶根底的爬高现象。
2)一般会产生台阶后部严重拉裂，更坏时会出现后翻与硬墙，给后续台阶钻爆带来困难。
3)爆堆高、炸药单耗高、爆破振动大。
3．2 深孔台阶爆破的破岩原理
3．2．1 单排炮孔爆破
由土岩介质中的爆破机制及其土岩破碎力学得知：在炮孔内炸药起爆后的毫秒级时间内，密实的炸药通过化学能的释放变为爆轰波及灼热气体的压力，压力可达10万个大气压。或者说，装药在土岩介质中爆炸后，瞬间爆炸气体压力的量级可达104～105MPa，而土岩抗压强度的量级却只有10～102MPa。
大量的爆破工程实践还告诉我们，单位时间内炸药爆炸产生的总能量，即使是小孔径的爆破也可达2500MW，这一数字超过了世界上大多数现有发电站的功率。这并非由于炸药潜在能量特别大，而是因为其反应速度达到2500～6000m／s造成的。为此，我们在论述深孔台阶爆破的破岩原理时，首先应认识到：作为岩石爆破材料炸药的特性，就在于它能对局部岩石提供集中的破坏能量。
当岩石受到很高的压力后，炮孔附近的岩石被粉碎，加上高于3000℃以上的温度作用，瞬时被粉碎的区域成为熔融状塑性流体，其区域约等于或略小于装药炮孔的半径。这一区域称为炮孔的“压碎区”或称为“爆炸压缩空腔”。随着被强烈压缩的土岩介质朝远离装
药的方向运动，于是产生爆炸冲击波。它由是炸药爆轰波的作用演化而来的。冲击波的作用范围很小，大约几倍炮孔之外，便衰减为应力波。
当冲击波向外传播时，在围岩中产生环向拉应力，由于波阵面上的能量超过围岩的极限强度，从而形成由爆炸中心向外辐射的径向裂缝。裂缝的长度尺寸，取决于爆炸能量产生冲击波强度的大小。而冲击波的能量只占炸药总能量的5％～15％。形象地说，随着波阵面半径逐步增大，强度逐步下降，拉应力相应减小，小到围岩抗拉强度时，裂缝也就终止了。与此同时，爆炸气体向外扩胀，随即楔入径向裂缝内，使裂缝向外延伸扩展。直至气体能量扩展下降，裂缝延伸终止。这就是具有塑形变形特征的破裂区。在此区域内，随着爆炸气体压力下降，装药附近被爆炸气体强裂压缩的围岩开始卸载，并朝装药中心方向回弹。因此在径向裂缝区也同时产生环向裂缝。破裂区之外，爆炸冲击及气体的能量再也不能构成岩体的破坏，仅仅产生具有弹性特征的爆破振动效应，这种可以回复的动态变形不再影响破岩机制的产生与扩展。
5 预裂爆破和光面爆破
5．1 概 述
预裂爆破是在爆破开挖过程中，沿设计开挖轮廓线打密集孔装少量炸药预先爆炸成缝，以防止爆破区炮孔爆破引起爆区外保留岩体或其他建筑物破坏的一种技术。
由于在开挖区和保留区之间预先形成一条裂缝，使主爆区爆破的应力波传到预裂缝时被反射掉一部分，透射到保留岩体中的应力波强度减少，从而达到减震的目的。另一方面，预裂缝切断爆区传来的裂缝，避免其伸入保留岩体内，达到保护岩体不被破坏。此外，采用预裂爆破开挖的岩面子整美观，超欠挖量少，可以减少混凝土的回填量，使其得以广泛
推广应用。
为了得到整齐的壁面，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，得到关于光面爆破的初步结果。这一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采用了预裂法㈠959年美国尼亚加拉水电站引水渠和竖井开挖中使用了预裂爆破法；美国的D．Holmes(霍尔米斯)做过许多试验，将预裂爆破应用到各种地下工程中。之后，许多国家在花岗岩、石灰岩、白云岩、片岩、页岩、片麻岩中都取得预裂或光面爆破的良好效果。
我国于19～1965年曾在湖北陆水水电站施工中做过浅孔预裂爆破试验，并在护坦开挖中使用，取得良好效果。20世纪70年代，在葛洲坝水利枢纽工程中曾做过大规模预裂爆破试验，取得了适用于该工程的预裂爆破参数，之后，设计单位在施工中将缓坡均改为较陡的边坡，并实施预裂爆破。像这样大规模地运用预裂爆破，在中国爆破史上尚属首次。该工程预裂孔有垂直的，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均取得了良好的预裂壁面。葛洲坝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年作者及同事对预裂爆破进行了总结，随后在东江水电站等工程中又取得坚硬岩石中进行预裂爆破的经验(1984年，作者将东江水电站等工程的经验再次进行总结，撰写的“预裂爆破的原理、设计、试验与施工”论文收录到了由原水利电力部水电建设总局编辑印刷的“预裂爆破在水电建设中的应用”内部专题文集中)。1983年，《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SDJ211—83将预裂爆破收入其中。自此，在水电建设中，预裂爆破已成为必须进行的保护边坡质量的技术措施。此后，我国水利水电行业在许多工程中都取得了优良的预裂爆破效果，整齐的预裂壁面像纪念碑一样标志着我国开挖质量进入一个崭新的阶段(见本书彩图)。
岩石开挖往往是利用炸药的爆炸力，将岩石炸碎并将其运走。这种爆炸力经常会使靠
近开挖区的岩体或建筑物破坏。在大型爆破中，特别是深孔爆破条件下，即使采取斜孔、毫秒分段、一响起爆药量等措施，破坏区的范围依然很大。深孔台阶爆破造成的破坏形状如图5—1所示。表5—1系葛洲坝等工程中深孔爆破岩体破坏范围的实测值，由该表可见破坏范围很大。开挖区外的保留岩体，有时是建筑物的基础或支撑体，或者是岸坡，要求完整，以保证建筑物的安全或边坡稳定。过去的开挖爆破方法，超欠挖量大，开挖边界不平整，破坏严重。超挖量要用大量混凝土回填，增加了工程投资。为了保护保留岩体和边界完整，过去主要采用预留保护层或设置防震孔等预防措施。这些措施一则使开挖工期延长，增加投资；另外，防震孔虽有一些防震作用，但却会引导爆破裂隙伸入保留岩体，效果不好。
美国、加拿大等国家，在预裂爆破未出现前，为了减少超欠挖和保护保留岩体，多年来一直采用轮廓线钻孔法(即防震孔法)、缓冲爆破和光面爆破法等。
(1)轮廓线钻孔法。采用50～80mm的孔径，按2～4倍孔径的间距进行布孔，使岩体沿开挖线形成薄弱面。轮廓线孔与相邻炮孔的间距一般是主爆破孔最小抵抗线的50％～70％；相邻炮孔的间距是主炮孔间距的0．75倍，装药量是主炮孔的50％，起着减缓对轮廓线孔破坏的作用。轮廓线钻孔法一般用于明挖，多用于层理、节理和裂隙不发育的均质岩石中。轮廓线孔一般不装药，后来，装入少量炸药，类似于光面爆破。
(2)缓冲孔爆破。此法首先在加拿大采用。沿轮廓线打大孔径钻孔(100一170mm)，装入少量炸药(用沙填实)，在主爆孔后起爆，类似于现在采用的光面爆破。炮孔间用导爆索起爆可得到很好的效果，此法较之防震法减少了钻孔量。
(3)光面爆破法。此法已是大家很熟悉的减少围岩破坏和获得整齐边坡面的施工方法。它与缓冲孔爆破法相似，但其孔径较小(60～90mm)。
上述方法与不采用任何措施，只预留保护层的办法相比，显然前进了一大步，但它们都是在主爆孔之后起爆，所以在时差选择上若有不当，便会造成主爆区裂缝深入保留区。预裂爆破的出现使主爆孔爆破后的裂隙不再深入保留区。但预裂爆破是一种夹制作用很强的爆破，其对岩体的损伤是不能忽视的。与光面爆破比较，预裂爆破有其鲜明的特点，因而直到现在它仍然被许多工程采用。在三峡工程建设中，预裂爆破与光面爆破同时被采用，它们由设
深孔微差爆破技术具备优质高效，适应大机械化生产特点，在冶金、矿山、水电、铁道等行业广泛应用，它在开挖爆破技术上占有重要位置。但由于岩石条件多变，以及开挖边界、炸药的选用、起爆型式的不同，引起的爆破效果差异很大；因而深孔爆破技术还基本建立在各行业各单位的经验基础上，在标准化、规范化上差距较大。本文依据水电工程特点，系统研究深孔爆破技术各参数，推荐药包直径为基本参数的经验公式，并对施工关
键环节加以论述，旨在推动水电行业深孔爆破技术的规范化。深孔台阶分段延期