爆破(工程技術)

爆破(blasting)是利用炸藥在空氣、水、土石介質或物體中爆炸所產生的壓縮、鬆動、破壞、拋擲及殺傷作用，達到預期目的的一門技術。藥包或裝藥在土石介質或結構物中爆炸時，使土石介質或結構物產生壓縮、變形、破壞、鬆散和拋擲的現象，主要用於土石方工程，以及金屬建築物和構築物的拆除等。研究的範圍包括：炸藥、火具的性質和使用方法，裝藥（藥包）在各種介質中的爆炸作用，裝藥對目標的接觸爆破和非接觸爆破，各類爆破作業的組織與實施。

基本介紹

• 中文名：爆破
• 外文名：blasting
• 研究範圍：炸藥、火具的性質和使用方法
• 理論基礎是：流體動力學
• 分類：內部裝藥爆破、外部裝藥爆破

分類及套用

爆破根據方法、規模和套用進行分類，如表所示。

爆破分類表

名稱	套用	爆破方法	藥量(規模)
掘進爆破	巷道掘進和洞室開挖	條形藥包、多藥包、毫米級延時爆破（藥包不同時爆炸，有一定時間間隔，下同）	千克~幾十千克（小爆破）
光面爆破	修整和開挖壁面	條形藥包，不耦合裝藥	千克~幾十千克（小爆破）
預裂爆破	在山體中或混凝土構件中拉開裂縫	條形藥包，不耦合裝藥	千克~幾十千克（小爆破）
控制爆破	建築物、構築物及基礎的拆除	多藥包、小藥量爆破，嚴格控制破壞作用和危險範圍	一般不超過一百千克
中深孔爆破	露天和地下採礦、地下開挖	條形藥包、多藥包、延時爆破	噸~百噸（中爆破）
洞室爆破	定向爆破、路塹開挖，礦山剝離	集中或條形大藥包爆破，先在山體中開挖洞室，裝藥後進行封堵，再爆破	噸~萬噸（大爆破）

爆破技術在軍事上主要用於：軍事工程的土石方作業，克服障礙物，破壞軍事目標，殺傷敵人，銷毀武器裝備和彈藥等。實施爆破作業時，根據任務、時限、目標的具體情況和兵力、器材等條件，可選用內部裝藥爆破或外部裝藥爆破。內部裝藥爆破是將裝藥裝入或設定在目標內部實施的爆破。這種爆破方法能充分利用炸藥爆炸的能量，但作業較複雜，所需時間長，多用於國防工程施工和戰時時間充裕情況下的土石方爆破作業，如開採石料、改造地形、挖掘坑道工事、開挖路基和工事平底坑、構築防坦克壕等；也可用於破壞堅固目標，如永備工事、橋墩、混凝土路面、機場跑道等。外部裝藥爆破是將裝藥配置在目標外部實施的爆破。這種爆破方法需要的炸藥較內部裝藥爆破多，但作業簡便、迅速，多用於時間緊迫情況下的破壞作業，如破壞橋樑、隧道、機場、港口、倉庫和武器裝備等。其裝藥配置根據戰術技術要求和被破壞目標的結構確定。爆破還可用於平整河底、加深河床、清除水中障礙物和爆破冰層、流冰、冰壩等。裝藥的形狀有集團裝藥(集中藥包)、直列裝藥（延長藥包）和聚能裝藥（聚能藥包）。裝藥的重量按目標的幾何尺寸、材料強度和配置情況計算確定。起爆裝藥通常採用導火索點火法、電點火法、導爆管點火法以及與上述點火法結合使用的導爆索傳爆法。實施爆破作業時必須嚴格遵守有關安全規則。

理論

裝藥在空氣中、水中爆炸作用的理論基礎是流體動力學。對於球形、圓柱形和平板狀裝藥，爆炸荷載通常只按一維問題考慮。空氣中接觸爆破，研究裝藥爆炸後爆轟波作用於緊貼固壁的壓力和衝量。空氣中非接觸爆破，研究裝藥對不同距離目標的破壞、殺傷作用。水中爆破，主要研究衝擊波、氣泡和二次壓力波對目標的破壞作用。

裝藥在土石中的爆破理論，基於人們對爆破現象和機理的不同認識，有多種觀點，大體可歸納為三類：

持能量平衡理論觀點的人認為，內部裝藥爆炸所產生的能量，主要作用是克服土石介質自重和分子間粘聚力；在平地爆破形成的漏斗坑（見圖1）容積與裝藥量成正比。當只有一個自由面，要求爆破後形成的漏斗坑有一定的直徑和深度時(平地拋擲爆破)，所需裝藥量與最小抵抗線（裝藥中心至自由面的最短距離）的三次方成正比，並與炸藥品種、土石類別、填塞條件等因素有關。當有兩個自由面時（露天採石爆破），如最小抵抗線不大，所需裝藥量與最小抵抗線的二次方成正比；如最小抵抗線較大，所需裝藥量與最小抵抗線的三次方成正比；其他影響因素與一個自由面相同。

圖1爆破漏斗示意圖

持流體動力學理論觀點的人認為，將土石介質看作是不可壓縮的理想流體，認為內部裝藥爆炸所產生的能量，可在瞬間傳給周圍介質使之運動，故可引用流體動力學基本理論和運動方程解決爆破參數的計算問題，由此推導得出土石方爆破藥量的的計算公式。

持應力波和氣體共同作用理論觀點的人認為，內部裝藥爆炸所產生的高溫高壓氣體,猛烈衝擊周圍土石,從而在岩體中激起呈同心球狀傳播的應力波，產生巨大壓力，當壓力超過土石強度時，土石即被破壞。應力波屬動態作用，開始以衝擊波形式出現，經做功後衰減為彈性波。爆炸氣體的膨脹過程近似靜態作用，主要加強土石質點徑向移動，並促使初始裂縫擴展。因此，根據土石性質的差異，採用相應的合理的技術措施，就能有效地滿足不同的爆破要求。

爆破過程

爆破這種快速現象有明確的發展過程。最簡單的是單個集中藥包的土石拋擲爆破，其發展過程大致可分為應力波擴展階段、鼓包運動階段和拋擲回落階段。

應力波擴展階段 在高壓爆炸產物的作用下，介質受到壓縮，在其中產生向外傳播的應力波。同時，藥室中爆炸氣體向四周膨脹，形成爆炸空腔。空腔周圍的介質在強高壓的作用下被壓實或破碎，進而形成裂縫。介質的壓實或破碎程度隨距離的增大而減輕。應力波在傳播過程中逐漸衰減，爆炸空腔中爆炸氣體壓力隨爆炸空腔的增大也逐漸降低。應力波傳到一定距離時就變成一般的塑性波，即介質只發生塑性變形，一般不再發生斷裂破壞。應力波進一步衰變成彈性波，相應區域內的介質只發生彈性變形。從爆心起直到這個區域，稱為爆破作用範圍，再往外是爆破引起的地震作用範圍。圖 2是爆破作用裡面幾個區域的剖面示意圖。

圖2 爆破作用示意圖

1 空腔半徑 2 壓縮圈半徑 3 爆破作用圈半徑

鼓包運動階段 如藥包的埋設位置同地表距離不太大，應力波傳到地表時尚有足夠的強度，發生反射後，就會造成地表附近介質的破壞，產生裂縫。此後，應力波在地表和爆炸空腔間進行多次複雜的反射和折射，會使由空腔向外發展的裂縫區和由地表向里發展的裂縫區彼此連通，形成一個逐漸擴大的破壞區。在裂縫形成過程中，爆炸產物會滲入裂縫，加強裂縫的發展，影響這一破壞區內介質的運動狀態。如果破壞區內的介質尚有較大的運動速度，或爆炸空腔中尚有較大的剩餘壓力，則介質會不斷向外運動，地表面不斷鼓出，形成所謂鼓包(圖3)。由各瞬時鼓包升起的高度可求出鼓包運動的速度。

圖3 不同時刻的鼓包輪廓線圈

拋擲回落階段 在鼓包運動過程中，儘管鼓包體內介質已破碎，裂縫很多，但裂縫之間尚未充分連通，仍可把介質看作是連續體。隨著過程的發展，裂縫之間逐步連通並終於貫通直到地表。於是，鼓包體內的介質便分塊作彈道運動，飛散出去並在重力作用下回落。鼓包體內介質被拋出後，地面形成一個爆坑。

簡史

中國發明火藥以後，從10世紀開始就在戰爭中套用,13世紀開始用於軍事爆破。如金天興元年(1232)蒙古軍隊圍攻金朝南京（今河南開封）時，用牛皮洞子(即轒輼車，以生牛皮製成的形似小屋的一種攻城器具)掩護士兵到城下掘龕和攻城。守軍曾以鐵繩懸震天雷(內裝火藥的鐵罐)垂於城下,爆破牛皮洞，殺傷攻城的軍隊。1453年，土耳其人奪取君士坦丁堡時曾採用坑道爆破法炸毀了堅固的城牆。1552年俄國人圍攻喀山，中國明崇禎十五年（1642）李自成率領的農民起義軍圍攻開封時，都曾採用過這種爆破方法。崇禎十六年焦勖編纂的《火攻挈要·鰲翻說略》，就是這一時期運用坑道爆破的經驗總結。直到19世紀中葉，黑火藥在世界上仍是用於軍事爆破的唯一炸藥。

19世紀中葉，各種猛炸藥相繼出現。爆破對象由土石擴展到混凝土、鋼筋混凝土、金屬等各種材料及其結構物；點火(起爆)方法也由簡單的火繩點燃法逐步發展為導火索點火法和電點火法，導爆索傳爆法也得到運用，為擴大爆破的套用範圍提供了條件。第一次世界大戰以來特別是第二次世界大戰期間，交戰雙方都廣泛採用爆破法實施大規模的破壞作業、改造地形、構築陣地、構築與克服障礙物等。無線遙控起爆法也是在第二次世界大戰中出現的。中國人民解放軍在歷次革命戰爭中，廣泛運用爆破，完成了大量的戰鬥任務和工程保障任務。如在抗日戰爭時期的百團大戰中，廣大軍民用爆破法在華北敵後戰場上破壞了大量的鐵路和沿線的車站、橋樑、隧道、水塔等,並炸毀了井陘煤礦的工事,有力地配合了戰役的實施。解放戰爭時期的臨汾戰役中，中國人民解放軍工兵用坑道爆破法炸開了臨汾城牆，為攻城部隊開闢了兩條通路。在抗美援朝作戰期間，中國人民志願軍用爆破與人工挖掘相結合的方法，構築了總長度達1280公里的坑道工事。

從20世紀60年代起，一些國家開始研究核爆破裝置並進行試驗,認為核爆破裝置可構成巨大的炸坑障礙,摧毀大型的堅固目標(橋樑、隧道、堤壩、工業建築物等)，或在隘路地段實施阻絕破壞作業。但由於核爆炸伴生的放射性回降物將威脅己方軍隊和居民的安全，因而使用範圍受到一定限制。

中國爆破技術主要是在中華人民共和國成立後發展起來的。50年代初，在公路和鐵路建設中開始大量使用爆破技術。到60年代初，爆破技術在礦山建設和水利建設中也得到了廣泛的套用和發展。60年代和70年代中，由於工程實踐和科學研究相結合，中國爆破技術得到了穩步的發展和提高。中國已進行過千噸級到萬噸級的礦山爆破和千噸級的難度較大的定向爆破，並達到較先進的經濟技術指標。此外，光面爆破、預裂爆破、農田爆破、控制爆破等技術在中國也得到了相應的發展和套用。在西方工業已開發國家，爆破技術主要套用於巷道掘進和採礦；在蘇聯，爆破技術較廣泛地套用於礦山建設和水利建設等部門，而且研究工作頗有成就。

展望

20世紀80年代中期以後，爆破技術的發展趨勢主要是：進一步研究炸藥的爆轟機理和介質破壞機理，炸藥對各類結構物的爆炸作用,以不斷提高爆破效果;根據工程條件，研究建立各種數學模型，運用電子計算機計算爆破參數，逐步實現最佳化方案設計。研究實施爆破中提高炸藥能量的有效利用率，最大限度地減弱其危害作用。研究將微電子技術用於爆破技術，滿足適時和延期爆破的要求，以獲取最佳效果。在軍事爆破方面，針對現代戰爭的特點，將著重研究野戰條件下實施快速爆破作業的各種方法，建立相應的爆破器材系列；研究核爆破在工程保障中的套用。

參考書目

馮叔瑜、朱忠節、馬乃耀著：《大量爆破的設計和施工》，人民鐵道出版社，北京，1963。

《露天爆破》編寫組編：《露天爆破》，冶金工業出版社，北京，1979。

《全國土岩爆破會議文集》，冶金工業出版社，北京，1980。