水压爆破
水压爆破及其应用
第七章水压爆破及其应用第一节概述在工程爆破中，自古以来都一直采用接触装药，即装药与药室（包括装药的炮眼、深孔和硐室等）壁之间紧密接触，不留空隙。
这种装药方式叫做耦合装药。
众所周知，炸药的爆炸过程是一个高速、高压和高温的能量释放过程。
采用这种装药方式时，炸药在爆炸瞬间，以高达几十万大气压的压力（这种压力大大超过任何一种岩石的极限抗压强度）以每秒几千米的速度在极短时间（以微秒计）内猛烈冲击岩石，岩石在这种超动载荷的作用下，靠近装药的那部分岩石会遭受到粉碎；而远离装药的岩石，由于应力波强度的迅速衰减和作用时间的不足，常常会产生超过允许尺寸的大块。
粉矿和大块在工程爆破中都有是不允许的。
同时，岩石在超动压的猛烈冲击下，常常会产生超爆或超挖，也就是说爆破的破碎范围超出了设计的范围，这样会破坏围岩和边坡的稳定性，造成不安全事故的隐患，增加了巷道和边坡的维护费用。
同时，由于超高压的猛烈冲击，作用时间短，所以能量利用率低，真正用于破碎岩石的能量，据估计，对抛掷爆破来说，一般不超过5~7%，对松动爆破来说也不过达到20%左右，剩余的大部分能量浪费了。
其中一部分造成爆破公害。
比如炸药在岩石中爆破时，当应力波传播超出破裂圈以后，它的强度已衰减到不能直接破坏岩石，而只能引起岩石质点作弹性振动，这种振动形成地震波，当地震波的强度达到一定值时，就会引出爆区周围建筑物的破坏。
同时，炸药爆炸时也会产生高压气体，这种高压气体往外膨胀，冲击压缩周围的空气，因此在空气中便会形成空气冲击波和噪声，这种空气冲击波和噪声达到一定强度时，也会引起周围建筑物的破坏和人员的伤亡。
此外，爆炸的高压气体往外膨胀时常会推动着已破碎的岩块飞掷而形成飞石。
飞石是爆破伤亡事故中占比例比较大的事故。
造成上述后果的主要原因是爆破过程没有得到有效的控制。
为了提高炸药在岩石中爆破时的能量利用率和抑制它的有害效应。
爆破工作者作了长期不懈的努力，取得了重大的进展。
近年来在抑制炸药爆炸的猛烈冲击作用方面提出的各种缓冲爆破技术就是这方面的成就之一。
水压爆破技术
水压爆破技术水压爆破技术是一种利用水压力来破坏岩石或混凝土的一种爆破方法。
它广泛应用于工程建设、矿业开采等领域。
下面将介绍水压爆破技术的原理、应用、优势以及注意事项。
水压爆破技术的原理是利用水的高压力对物体施加冲击力，当水压超过材料的抗压强度时，材料就会破裂。
通常采用高压水泵提供高压水，通过管道输送到炸药装置附近，再通过喷嘴将高压水喷射到岩石或混凝土上，从而实现破坏的效果。
水压爆破技术在隧道工程、桥梁拆除、水坝爆破、采矿等领域有广泛应用。
首先，它可以用来开凿隧道或挖掘井壁，因为高压水的冲击力能有效地破坏岩石，加快施工进度。
其次，水压爆破技术可以用于拆除桥梁、水坝等建筑物，因为相比于传统的爆破方法，水压爆破技术更加安全可靠。
再次，在采矿工程中，水压爆破技术可以用于开采矿石，提高开采效率。
相比于传统的爆破方法，水压爆破技术具有一些明显的优势。
首先，水压爆破技术无需使用爆炸药，所以不会产生有毒气体和噪音污染，对环境友好。
其次，水压爆破技术的操作相对简单，不需要专门的爆破工人，可以降低人力成本。
此外，它对土壤周围环境破坏小，不会引起地质灾害。
然而，水压爆破技术在使用过程中也有一些需要注意的事项。
首先，高压水的喷射速度和喷射方向需要精确控制，否则可能会引起误伤或造成不良后果。
其次，高压水泵的设备和管道要定期检查，确保其稳定工作，避免意外事故发生。
此外，需要在使用过程中合理控制水压力大小，过大的水压力可能造成设备或管道破裂，对操作人员安全造成威胁。
综上所述，水压爆破技术是一种高效、环保且安全可靠的爆破方法。
它在工程建设、矿业开采等领域有广泛应用，并且具有一些明显的优势。
然而，在使用水压爆破技术时，需要注意一些安全操作要点，以确保工作的顺利进行。
隧道掘进水压爆破方案
装药与联线
将炸药按照设计要求装入钻孔，并进行可靠 的联线，确保起爆顺利进行。
起爆与监测
按照设定的起爆时间和方式进行起爆，并对 爆破效果进行实时监测。
隧道掘进水压爆破后的清理与维护
清理废墟
对爆破产生的废墟进行清理，确保隧道内无障碍物。
02
隧道掘进水压爆破方案设 计
隧道掘进水压爆破的原理
隧道掘进水压爆破是一种利用高压水射流破碎岩石，并通 过爆破产生的气体膨胀力将破碎岩体排除的施工方法。
该方法具有破碎效果好、施工效率高、对周围环境影响小 等优点，适用于硬岩、中硬岩和软岩等不同岩石条件的隧 道掘进。
隧道掘进水压爆破的原理基于水射流力学和爆炸力学的基 本原理，通过高压水射流的冲击力和爆炸产生的气体膨胀 力共同作用，实现对岩石的破碎和排除。
隧道掘进水压爆破的必要性
由于隧道穿越地层复杂，存在软弱夹层，采用常规爆破方 法可能对围岩稳定性造成影响，因此采用水压爆破技术以 提高隧道施工安全和质量。
XX隧道掘进水压爆破实施过程分析
01
02
03
爆破方案设计
根据工程地质勘察结果和 隧道设计要求，设计出合 理的炮眼布置、装药结构 和起爆网络。
爆破施工组织
检查隧道结构
对隧道结构进行检查，确保无安全隐患。
维护与保养
对隧道进行必要的维护和保养，保持其良好的使用状 态。
04
隧道掘进水压爆破效果评 估
隧道掘进水压爆破效果评估标准
爆破效果
评估隧道掘进水压爆破后岩石破碎程度、块 度分布以及抛掷距离等。
安全性
评估爆破过程中对周边环境、人员和设备的 安全影响。
水压爆破技术
攻坚克难、探索创新——水压爆破在成兰铁路六标的应用(中铁五局成兰铁路工程茂县指挥部)一、工程概况成兰铁路六标全长20.35Km，隧道1.5座（跃龙门隧道出口段和杨家坪隧道），隧道里程20.11Km，占正线长度的98.8%。
单线隧道长19174.363m，双线隧道10772m，三线大跨与分合修过渡大跨段长550m；辅助导坑长度：平导3944m，斜井599m，横洞7851m。
大小坑道及隧道合计42890.363m。
隧道地质岩性以千枚岩为主，夹炭质千枚岩，灰岩等。
隧道最大埋深1445米，不良地质有断层破碎带、高地应力、高地温、瓦斯、软岩大变形，为极高风险隧道。
本标段隧道独头掘进最大长度7700米，为有效解决施工通风排烟除尘、缓解高地温、缩短通风时间，加快施工进度等难题，指挥部积极探索创新，应用水压爆破施工技术，已取得初步成效。
二、水压爆破施工工艺1、水压爆破释义隧道掘进水压爆破：在装药过程中，往炮眼中一定位置注入一定量专用设备加工成的“水袋”，炮眼口部利用炮泥堵塞的一种装药结构。
水压爆破的显著特点是：降低粉尘浓度，缩短通风时间，缓冲爆破压力，减小围岩破坏，改善围岩爆破效果，提高施工综合工效。
2、水压爆破工艺流程、人员、设备配置(1)人员配置除开挖班人员外，配置2人进行炮泥、水袋的加工，以及炮泥、水袋的装卸工作。
(2)设备及材料配置1）KPS异性袋液体灌装封口机技术参数序号项目参数备注1 生产效率700只/小时2 计量范围50-250克/袋3 电源220V50Hz4 整机功率0.68KW5 机器重量75KG2）、PNJ-A160型矿用炮泥机序号项目参数备注1 规格型号PNJ-A1602 额定电压380/660V3 额定功率4KW4 炮泥湿度20%5 重量（kg）2606 炮泥直径35mm3）加工操作间及炮泥加工操作间采用钢管支架，彩钢瓦房，面积30平方米。
3、水压爆破工艺流程（1）水压爆破与常规爆破区别水压爆破在掏槽形式、炮眼分布、炮眼数量、炮眼深度、起爆顺序和时间间隔等的设计与常规爆破一模一样。
水压爆破
第一节 水压爆破原理
表6-1 梯恩梯和特屈儿炸药的A、B、C、F、G、α值
α
炸药
A
B
C
F
G
备注
537 梯恩梯 52.6
0.0588
0.8421
0.89
2.05
1.13
工程单位
5.766
82.58
0.89
2.05
1.13
国际单位
522 特屈儿 51.19
0.064
1.0483
0.98
2.10
1.15
第二节 起爆药与猛炸药 第一节 水压爆破原理 水楔” 四、 “水楔”作用
水压爆破时，冲击波作用于介质后首先在介质上产生裂缝，水和 爆轰气体（炮眼水压爆破时有爆轰气体）渗流到裂缝中，使裂缝得以 扩展和延伸，这种作用可以认为是“水楔”的劈裂作用。根据岩石爆 破机理，当爆轰气体渗流到裂缝中，对裂缝有扩展和延伸作用，这种 作用称为“气楔”。由于水携带的能量远远高于气体携带的能量，因 此，“水楔”的劈裂作用要大于“气楔”的劈裂作用。
第二节第三节 炸药的起爆 水压爆破药量计算
以上药量计算公式是假定爆破体的材质为混凝土推导出的。对于 材质为钢筋混凝土的构件，可将钢筋换算成混凝土，折算成等效厚度
n − 1 1 + 6 （多个药包）
式中：Q——总装药量，kg， V——注水体积，m3； σ——构筑物材料的抗拉强度，MPa； δ——容器形构筑物壁厚，m； Ka-——装药系数，单个药包，取Ka-=0.0098，多药包，取 Ka-=0.0078。
第二节 起爆药与猛炸药 第二节 水压爆破药量计算 二、考虑结构物形状尺寸的药量计算公式
第二节 水压爆破药量计算
对于小截面的构筑物（如管子），药量按下式计算， Q=CπDt 式中：D——管子的外径，m； t——管壁厚度，m； C——装药系数，g/cm2，敞口式爆破，取C=0.04~0.05g/cm2，封 口式爆破，取C=0.022~0.03k/cm2
水压爆破施工方案
目录一、编制依据 (2)二、编制原则 (2)三、工程概况 (2)四、工程水文地质 (4)4.1地形、地貌 (4)4.2地质构造 (4)4.3场地水文地质情况 (5)4.4不良地质、地下障碍物与特殊岩土 (6)五、施工工艺 (7)5.1爆破参数 (7)5.2炮孔布置图 (12)5.3炮眼内安装沙袋 (14)5.4炮泥的制作 (14)5.5工艺原理 (14)5.6水压爆破施工工艺流程图 (15)5.7施工要点 (18)六、施工安全措施 (20)6.1安全措施 (20)6.2现场爆炸物品安全管理措施 (21)一、编制依据✧杭州市紫之隧道（紫金港路-之江路）工程第Ⅱ标段施工协议；✧杭州市紫之隧道（紫金港路-之江路）工程第Ⅱ标段施工图设计；✧设计、施工过程中涉及的有关规范、规程；✧紫之隧道（紫金港路-之江路）工程Ⅰ标《岩土工程勘察报告》《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94《爆破安全规程》GB6722-2023《民用爆炸物品安全管理条例》2023.9《爆破作业项目管理规定》GA991-2023《爆破作业单位资质条件和管理规定》GA990-2023《中华人民共和国安全生产法》✧国内相关工程的施工经验。
二、编制原则遵循招标文献、设计文献、施组、质量标准等规定, 严格按照有关规定条款进行施工组织、运作, 保证工程按照规定规定达标, 即质量、安全、工期、文明施工、环境保护、工程成本等的最佳组合；强化内部管理、提高技能素质, 依靠科技, 精心施工, 合理安排, 严格按照项目法管理原则进行操作, 实现工程成本与管理的最佳组合。
三、工程概况紫之隧道（紫金港路—之江路）工程南起之浦路, 北至紫金港路, 隧道南北端各设一对匝道, 线路全长约14.4km, 其中隧道全长约13.9km。
工程总体规模为双向六车道, 为机动车专用车道。
本标段为杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程第Ⅱ标段施工, 标段涵盖内容为：1#隧道部分区段（西线K1+530～K3+550、东线K1+570～K3+555）、南口匝道（西线K0+000～K0+733.574、东K0+000～K1+105.196）及匝道接线道路(K0+000～K0+495.213),重要内容为：隧道、道路、地下风机房、管理用房、防排水、管沟及路面、给排水（含消防）及附属工程的预埋结构等工程的施工及质量保修。
气瓶水压爆破试验报告
气瓶水压爆破试验报告摘要：本试验对其中一种气瓶进行了水压爆破试验，旨在了解气瓶在高压环境下的爆破性能。
试验结果表明，该气瓶具有较高的抗压能力和安全性能，能够满足相关标准要求。
1.引言气瓶是储存高压气体的容器，广泛应用于工业、交通、医疗等领域。
为了确保气瓶在高压环境下的安全性能，需要进行爆破试验。
本试验选取其中一种气瓶进行水压爆破试验，旨在评估其抗压能力和安全性能。
2.试验方法2.1试验设备：-试验台架：用于固定气瓶，保证试验可靠进行；-水泵：提供试验所需的压力，确保水压能够有效加载到气瓶内部；-压力传感器：用于检测气瓶内的压力，确保试验数据准确可靠；-试验记录器：记录试验过程中的压力变化。
2.2试验过程：首先，在试验台架上固定待测试的气瓶。
然后，连接水泵，通过管道将水压加载到气瓶内部。
当压力达到设定值后，记录压力数据，并持续观察气瓶的变形情况。
当气瓶突然爆破后，记录爆破压力，并对爆破瞬间的外部环境进行观察和记录。
3.试验结果与分析经过试验，记录并分析了气瓶在不同水压下的压力变化情况。
试验结果显示，该气瓶的爆破压力为XMPa。
在水压低于此压力之前，气瓶未发生变形和破裂现象，展现出良好的抗压性能和安全性能。
然而，当水压超过XMPa后，气瓶突然发生爆破，引起一定的破裂和碎片飞溅。
试验观察到，气瓶的爆破瞬间伴随着巨大的噪声和冲击波，并有碎片飞溅的风险。
周围环境应在试验过程中进行合理的隔离和防护措施，以确保人员的安全。
此外，通过对爆破后的气瓶及其碎片的观察，可以进一步研究气瓶的结构和材料性能，并提出相应的改进措施。
4.结论本次水压爆破试验对其中一种气瓶进行了评估，并得出以下结论：-该气瓶具有较高的抗压能力和安全性能；-在正常工作范围内，该气瓶能够承受高压环境下的使用；-在气瓶发生爆破时，会产生噪声和冲击波，周围环境应采取相应的防护措施。
综上所述，该气瓶在水压爆破试验中表现出良好的抗压能力和安全性能。
相关部门可以依据本次试验结果，进行进一步的评估和认证，确保其在实际使用中的安全性。
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验的基本原理
水压爆破试验是一种常见的岩石和混凝土强度测试方法，其基本原理如下：
1. 增加水压：在试验中，通过泵将水迅速注入试样内部，增加内部压力。
水压的增加将对试样施加压力，从而产生应力。
2. 检测水压变化：试验时，实时检测试样内部的水压变化情况。
在试样受力后，其内部水压将发生变化。
通过观察和记录水压的变化，可以推断试样的强度。
3. 强度测定：随着水压的增加，试样内部的强度将不断增加。
当试样达到其极限强度时，即试样无法再承受更高的水压时，试样将发生爆破。
通过记录试样在爆破前的最大水压，可以获得试样的强度参数。
总结：水压爆破试验的基本原理是通过增加水压对试样施加压力，观察和记录试样内部水压的变化，以确定试样的强度。
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当p=50~160MPa时潜艇将沉没，无装甲的舰艇将受到严重破 坏。 p=30~45MPa时潜艇将受到破坏。
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拆除爆破 Demolition Blasting
冲击波到水面
如下图所示，当炸药在水下附近爆炸时，水中冲击波首先 到达水面，在水面上出现一个迅速扩大的暗灰色的水圈， 它的移动速度很大，约几十个毫秒后就会消失；冲击波在 自由表面发生反射，在稀疏波的作用下，表面处水的质点 进一步向上飞溅，形成一个特有的飞溅水冢(右下图)。
水压控制爆破特点
1. 不需钻孔，节约了钻孔费用和钻孔时间； 2. 药包数量小，雷管用量少，爆破网络简单；
3. 水介质易获得，传能效率高，炸药用量少；
4. 飞石飞散距离小、爆破粉尘少、爆破噪音小； 5. 拆除速度快、爆破直接成本低； 6. 只能用于容器类构筑物； 7. 采用齐发爆破，爆破地震动大；
8. 容器体积大时，水患问题严重。
容器壁
水
自由面
当药包距 离容器壁 近时，对 容器壁的 破坏作用 面积小； 较远时， 作用面积 较大。
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拆除爆破 Demolition Blasting
水压爆破效果
水压爆破效果与药包药量及放置距离R有关;与容器的壁厚和强 度有关。 当容器壁厚和强度不变，药量不变，随R的增加，容器壁的破 坏范围增加，容器壁的破碎程度降低，飞石飞散距离减少。
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拆除爆破 Demolition Blasting
水压控制爆破分类
容器有无顶盖:开口式和封闭式容器。 开口式容器水压爆破，容器内形成的水柱上冲高度 大，高压气团产生的水膨胀压力耗散快，因而容器 壁破碎效果也较差。
封闭式容器内水压爆破，水的膨胀压力耗散慢，炸
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拆除爆破 Demolition Blasting
137kg梯恩梯装药水中爆炸
P=240MPa
Q=137kgTNT R=10m P=24.5Mpa R=5m P=55.1Mpa
15.6MPa
12.25m 1.525m 15.25m
11.3MPa
149.5m 152.5m
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主讲教师：蔡路军 副教授
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六 六
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水压控制爆破 Hydraulic Blasting
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拆除爆破 Demolition Blasting
主要内容
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概述 设计 施工 实例
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拆除爆破 Demolition Blasting
1 概述
在容器状构筑物中注满水，起爆 悬挂在水中一定位置的药包，利 用水作为中间介质，传递爆破压 力，达到破坏构筑物，并使爆破 中产生的振动、飞石和噪音等有 害效应都得到有效控制的施工方 法，称为水压控制爆破。 水压爆破拆除对象：容器类构筑 物、旧楼房和高耸建筑物
气泡脉动现象
重250克的特屈儿在91.5m的深水爆炸，高速摄影机 拍摄到气泡半径随时间的变化关系
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拆除爆破 Demolition Blasting
气泡脉动现象
在脉动过程中，由于水的浮力作用，气泡逐渐上 升。气泡膨胀时，上升缓慢，几乎原地不动，而 气泡受压缩时上升较快。爆炸产物所形成的气泡 一般均接近于球形。如果装药本身非球形，长与 宽之比在1～6范围之内，则离装药25ro的距离处 就接近于球形了。
3 Q 0.078 0.95 R
kgcm/ cm
2
3 Q 0.078 0.95 R
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拆除爆破 Demolition Blasting
水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的瞬间，冲击波到达容器周壁时， 冲击波压力在几十MPa以上。在冲击波作用下，容 器壁开始向外位移变形。当周壁上的环向拉应力达 到材料的抗拉强度极限时，周壁产生裂纹，出现破 裂。 接着周壁上又受到爆炸产生的高压气团膨胀引起的 水压力。将能量再次传递给建筑物的周壁，又一次 形成冲击性的加载，更加剧了周壁破坏。 具有残压的水流从容器壁裂缝中向外喷出，并带出 少量飞石四处飞散。
到壁面的距离，计算药包重量
2
药包数量： 根据容器形状、容积大小确定
药包数量
3
药包位置 ：药包在容器内水中的放置位置
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2.1药量计算公式
许多学者都渴望从理论上解决水压控制爆破炸药量计算问题， 并取得了可喜的成果，但由于水压爆破涉及的因素太多，迄 今以半理论半经验计算公式为主。推荐爆破界常用的三个水 压爆破药量计算公式： 考虑注水体积的药量计算公式 能量公式 冲量准则公式
中爆炸，则在自由表面看不到上述的水中爆炸现象．
对普通炸药，此种深度为 h = 9 Q0.33
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水中爆炸计算公式
容重为1.525g/cm3 的TNT在水中爆炸,水中冲 击波峰值压力P,比冲量I，水流能量密度E计算公 式：
些能量的确切比例取决于炸药的品种和密度。
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拆除爆破 Demolition Blasting
药包在无限水域下爆炸
药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰值以 指数的形式衰减。 水中初始冲击波压力比空气中的大得多。例如空气中初始冲 击波压力约为80～130MPa，而在水中初始冲击波压力则超 过1万MPa。
当容器壁厚和强度不变，R不变，随Q的增加，作用于容器壁 单位面积上的能量增加，因而容器壁的破碎程度加剧，飞石飞 散距离增加。 容器壁 药包 水
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2 水压控制爆破技术设计
爆破设计内容
1
药量计算：根据壁面材质、厚度，确定药包
水中冲击波
高压爆炸气体生成物—气泡在周围水介质的作用 下膨胀和压缩，产生一次或多次脉动压力。冲击 波到达自由面后，在一定的水域内产生水冢效应。 试验表明，水下爆炸冲击波、气泡脉动压力是水 下非接触爆炸破坏容器类构筑物的二种主要载荷。
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⑴ 考虑注水体积的炸药量计算公式
n 1 Q kv 1 6
Q—药量，kg；δ—构筑物壁厚，m；V—注水体积，m3； σ—周壁材料的抗拉强度，MPa； n—炸药包个数 K—与炸药性能、容器结构特征有关的参数 硝铵炸药开口式容器 k=0.1, 封闭式容器 K＝0.08
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拆除爆破 Demolition Blasting
高压水传能特点
水做为传能介质，可压缩性小，传能效率高。
当压力为100Mpa时，水的密度变化5％，具有微压缩性,与 空气相比，炸药在水中爆炸时，水本身所消耗的变形能小， 因而水的传能效果好。 水具有缓冲作用：水中冲击波均匀地作用在被爆介质上， 介质只产生破裂，而不产生在岩石中接触爆破时的塑性流 动和过粉碎，不仅提高了能量利用率，而且也起到了缓冲 作用。 水楔作用：对已经产生裂纹的容器高压水楔入到裂纹中， 使其产生扩展和延伸。而水楔比气楔作用要大得多，因为 水携带的能量远大于气体所携带的能量。
随着水中冲击波的传播，其波阵面压力和速度下降很快，且
波形不断拉宽。例如球形装药爆炸产生的冲击波，在离爆炸 中心1～1.5 ro时，其压力下降极快，而在约l0ro，(r0为装药 半径)处压力下降为初始压力的1/100。
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拆除爆破 Demolition Blasting
A--A
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A
A
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水介质为传能形式的爆破
与水相关的爆破方法：
1
2 3
水压爆破
水孔爆破 水封爆破
4
水下爆破
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药能量利用率高，因而Байду номын сангаас器壁破碎效果较好。
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拆除爆破 Demolition Blasting
水压控制爆破分类
根据容器式构筑物的位置不同，可将容器分为架 高式、平地式、半埋式和全埋式。
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拆除爆破 Demolition Blasting 距 壁 面 不 同 距 离 时 的 破 坏 范 围
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