深路塹邊坡爆破開挖施工技術(shù)

包其福

摘要:本文通過對各種開挖方法和爆破設(shè)計的探討和深入研究，總結(jié)出一套當(dāng)前開挖方法當(dāng)中比較科學(xué)合理、成本較低廉的施工方式，為今后深路塹開挖施工提供一個借鑒和參考作用。

關(guān)鍵詞:深路塹 爆破開挖 深臺階 淺臺階 技術(shù)

1 工程概況

新建洛湛鐵路為國家重點投資建設(shè)項目，所經(jīng)過的大部分地區(qū)均為較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，地形地貌較為復(fù)雜，但部分地段線路兩側(cè)經(jīng)過重點保護(hù)的企事業(yè)單位較多，石質(zhì)路塹的開挖方法選取是否得當(dāng)和爆破的有害效應(yīng)（爆破地震、沖擊波、有害氣體、飛石）控制將直接影響工程能否安全順利地展開施工。由于深路塹坡路塹的開挖與近鄰的構(gòu)造物平行或交叉作業(yè)，爆破引起的有害效應(yīng)對構(gòu)筑物的施工干擾大，如選用的施工方法和爆破工藝不當(dāng)將會對構(gòu)造物產(chǎn)生不利影響，合理地安排爆破作業(yè)時間、科學(xué)地安排施工方法和施工的先后順序，并應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施才能確保路塹安全順利地開挖。開挖時爆區(qū)多在懸崖峭壁上時，應(yīng)注意拋碴方向和范圍，考慮到環(huán)保要求，碴堆應(yīng)滾落在限定的設(shè)計范圍內(nèi)，同時在邊坡不穩(wěn)定的地段應(yīng)進(jìn)行弱爆破避免邊坡因受到擾動而引起大面積塌滑。由于石質(zhì)路塹開挖的特點，施工難度高，除了要選擇科學(xué)合理的開挖方式外，還應(yīng)采取一系列相應(yīng)的爆破技術(shù)手段及防護(hù)措施來控制爆破的有害效應(yīng)對周圍建筑物、構(gòu)筑物的影響，確保整個爆破作業(yè)施工安全、有序、高效。

2 爆破方案的選定

針對深路塹地段的地理環(huán)境、施工特點、工程地質(zhì)情況，常選取的爆破方案有淺孔臺階爆破法、深孔臺階爆破法和峒室爆破法三種方案。

2.1 淺孔臺階爆破法：就是指利用氣腿式鑿巖機(jī)、鉆孔孔徑小于50毫米、深度小于5米的淺孔，裝入延長藥包進(jìn)行爆破。此方案施工的優(yōu)點是爆破規(guī)模較小，技術(shù)上較簡單，爆后石碴塊度?。槐髮伈攴较蚝头秶蟛桓撸频挠泻π?yīng)容易控制；施工機(jī)具簡單，操作起來容易，對邊坡穩(wěn)定影響較小，爆后邊坡平整光滑；缺點是一次爆破方量少，進(jìn)度緩慢，不能滿足土石方機(jī)械高效率作業(yè)的要求；工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低下，成本較高。

2.2 深孔臺階爆破法：是指在臺階或事先平整的場地上采用孔徑大于50毫米、深度大于5米的深孔，裝入延長藥包進(jìn)行爆破。此方案施工的優(yōu)點是：一次性爆破方量大（最多可達(dá)8000方左右），可以滿足機(jī)械高效率作業(yè)的要求，如果爆破各參數(shù)掌握得當(dāng)，可以取得較好的爆破效果；工人勞動強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，成本低；缺點是對邊坡穩(wěn)定影響較大，如控制不當(dāng)易造成邊坡破碎，引起大面積垮塌；爆破規(guī)模較大、爆破技術(shù)上較復(fù)雜、施工精度上要求嚴(yán)格，對施工人員的經(jīng)驗和技術(shù)素質(zhì)要求高。

2.3 峒室爆破法：是指將大量炸藥裝入峒室或巷道內(nèi)進(jìn)行爆破的方法。由于峒室爆破法對爆破的有害效應(yīng)上難于控制、對邊坡的穩(wěn)定影響太大，雖然它有成本低、一次爆破方量大、對施工機(jī)具要求不高等優(yōu)點，但難于適應(yīng)深路塹石質(zhì)路塹的施工環(huán)境和復(fù)雜地形，考慮到較大的爆破風(fēng)險，一般不采用此類爆破方案。

綜合比較以上三種方案，考慮到各個施工現(xiàn)場的實際情況，施工人員應(yīng)根據(jù)深孔爆破法的特點，通過對爆破作業(yè)各工序進(jìn)行嚴(yán)格管理、提高作業(yè)精度，采用毫秒微差起爆、限定一次性齊發(fā)爆破的藥量、孔內(nèi)采用間隔裝藥多點反向起爆、采用可靠防護(hù)、優(yōu)選炸藥單耗等一系列技術(shù)和管理措施，完全可以趨利避害，充分利用深孔爆破法在提高施工進(jìn)度上、改善爆破效果上、降低工程成本上的突出優(yōu)點，達(dá)到理想的目的。施工人員應(yīng)結(jié)合工程本身的特點或采用以深孔臺階爆破法為主進(jìn)行施工作業(yè)或采用淺孔臺階爆破法為主，如果地形環(huán)境條件允許，可以采用一些少量的深孔臺階爆破法來提高施工進(jìn)度和降低工程成本。對于淺孔臺階爆破法主要是用來二次修整邊坡、施工對邊坡穩(wěn)定或碴堆拋散地要求較嚴(yán)格的地段。對于深度小于5米的全開挖路塹，可采用先鉆淺孔然后再進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)壺（即藥壺爆破法）的施工工藝來加快施工進(jìn)度、改善爆破效果和降低工程成本。對于不合格的大塊，采用淺眼爆破法或炮機(jī)進(jìn)行二次破碎。

3 爆破參數(shù)的確定

3.1 深孔臺階爆破法 由于新建洛湛鐵路施工現(xiàn)場所處地區(qū)氣候雨季時間長，降水量較大，空氣潮濕，對于距居民區(qū)、既有公路較近的施工地段，爆破應(yīng)采用以抗水性能好、爆后炮煙有毒氣體含量少的優(yōu)質(zhì)炸藥(如巖石型乳化炸藥)，雖然成本稍微高一些，但可以通過提高作業(yè)精度、采用分層空氣柱間隔反向多點（可以采用與炮眼直徑相近的毛竹制作的竹筒來作藥柱之間的間隔）起爆等技術(shù)措施來提高炸藥的能量利用率，從而達(dá)到即可以降低成本，又可以充分利用高性能炸藥優(yōu)點的目的，空氣柱間隔的長度一般選I_空氣柱=（0.21-0.27）I_裝藥長度，同時相鄰炮孔的空氣柱的間隔應(yīng)盡量交錯布置，從而使炸藥爆炸后形成的應(yīng)力場分布均勻、巖石破碎充分。采用空氣柱間隔可以提高炸藥爆炸時作用于巖體的時間，并且可以明顯地減少爆破的振動，雖然增加了一些材料費用（毛竹），施工工序上稍有些復(fù)雜，但對于整個工程來說由于減少了大量炸藥，從總體上來講還是節(jié)省了大量的材料成本，對于淺孔臺階爆破法和距居民區(qū)較遠(yuǎn)的爆破區(qū)，可以采用一些成本較低廉的2號巖石硝銨炸藥。炮眼直徑d：應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場鉆眼機(jī)具來確定，一般應(yīng)在80～200毫米之間。底盤抵抗線w：根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的安全條件來確定，w≤Hctgα+B（B—從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，對大型鉆孔B≥2.5～3.0米。），W值的選取視爆破的梯段高度和現(xiàn)場試炮后的爆破效果來確定，并適當(dāng)在此范圍內(nèi)調(diào)整至最佳。炮眼堵塞長度ls：取20～40倍的孔徑但不小于底盤抵抗線的0.75倍，如果在現(xiàn)場試炮時有沖炮現(xiàn)象則應(yīng)適當(dāng)加大此值，如果巖石表面的破碎效果不好則應(yīng)適當(dāng)減少此值。上部裝藥長度I_a：I_a≤（H+I_c-I_s-I_{空氣柱間隔}）×0.4。下部裝藥長度I_b：I_b≤（H+I_c-I_s-I_{空氣柱間隔}）×0.6。超鉆長度I_c:取（0.15～0.35）w，其值要根據(jù)超高情況進(jìn)行調(diào)整，以爆破的地震波不超限、爆后不殘留根底、爆后形成完整平坦的底部平盤為最佳，從而避免二次修整路塹基床且保證基床的巖石堅硬不破碎為準(zhǔn)。鉆孔傾斜角度α：此值與臺階傾斜角度一致，一般介于75o～90o。炮眼間距a：一般爆破的炮眼均按等邊三角形布孔，從而使被爆巖體整體受力均勻，使爆后巖石平均線型尺寸滿足設(shè)計要求。由于前排炮孔內(nèi)的炸藥爆炸時要克服較大的底盤抵抗，因此前排炮孔間距應(yīng)相應(yīng)減少，前排炮眼間距a=mw（m為炮眼密集系數(shù)）。炮眼排距b：b=0.85a。排間微差t：t=AW（A-決定于巖石堅固程度的系數(shù)，A=3～6o）由于微差時間長一些可以明顯地減弱地震效應(yīng)、改善爆破效果，結(jié)合當(dāng)前我國生產(chǎn)的毫秒雷管和以前的爆破經(jīng)驗，排間微差間隔時間一般取50～75毫秒之間。炸藥單耗q：按現(xiàn)場所作的爆破漏斗試驗來確定，通過試炮后來適當(dāng)調(diào)整。此值按爆后石碴是否填筑路堤兩種情況來選定，如果用來填筑路堤此值就選的高一些，如果爆后石碴不用來填筑路堤此值就選的低一些。單孔裝藥量Q：按單孔負(fù)擔(dān)的巖石體積來確定單孔裝藥量Q=qabH，在現(xiàn)場實際爆破中可以根據(jù)爆破效果的好壞來增加或減少單孔裝藥量。臺階高度H：視現(xiàn)場的實際情況來確定，一般應(yīng)在7～15米之間。

3.2 淺孔臺階爆破法 炮眼排列形式可分為單排和多排兩種，對于多排眼應(yīng)交錯布置。單位耗藥量應(yīng)參照深孔單位耗藥量，但淺眼臺階爆破可參照此數(shù)值或稍高一些來選取。炮眼直徑為42～45毫米，深度H小于5米。底盤抵抗線W底=（0.4～1）H，在堅硬難爆的巖體或臺階較高的地段計算時應(yīng)取較小的系數(shù)。為了爆破不留根底，炮眼超深lc=(0.1～0.15)H。炮眼間距a=(1.0～2.0)w底，炮眼排距b=a。參數(shù)采用以上公式計算，但由于淺孔臺階爆破法的爆破有害效應(yīng)較小，技術(shù)上和施工上較靈活，可根據(jù)經(jīng)驗或現(xiàn)場實際情況靈活運(yùn)用，如有多排起爆，藥量較大，應(yīng)采用多排微差起爆，來改善爆破效果和減少爆破的地震效應(yīng)。

3.3 淺孔藥壺爆破法 最小抵抗線：W=(0.8～1.0)H，藥包排距b=(0.87～1.0)a，炮眼布置采用淺孔炮眼布置的方式，藥壺的大小可根據(jù)每個炮孔擔(dān)負(fù)的巖石體積和炸藥單耗的乘積確定應(yīng)裝藥量，擴(kuò)壺時藥壺的大小應(yīng)隨擴(kuò)隨量，如有多排炮眼應(yīng)采用微差爆破。

4 爆破網(wǎng)路的設(shè)計及起爆器材

深孔臺階起爆網(wǎng)路采用塑料導(dǎo)爆管復(fù)式孔外延期波浪形電起爆網(wǎng)路、淺孔臺階起爆網(wǎng)路采用塑料導(dǎo)爆管環(huán)形連接孔外延期電起爆網(wǎng)路。

5 爆破有害效應(yīng)的驗算及安全技術(shù)措施

由于施工現(xiàn)場深路塹路塹所處地理環(huán)境的特殊性，因此應(yīng)對爆破有有害效應(yīng)進(jìn)行檢算：飛石：飛石距離RL=20n2w，n為爆破作用指數(shù)，通過此數(shù)來估算飛石距離?？諝鉀_擊波：對于爆破后引起的空氣沖擊波用R=10×Q1/2來估算。爆破震動：觀測點地面介質(zhì)的振動速度V=K×（Q1/3/R）α，其參數(shù)意義和計算方法可參見《城市控制爆破》251頁。安全技術(shù)措施：

5.1 起爆前，應(yīng)對每個炮眼口用編織袋裝土進(jìn)行嚴(yán)密覆蓋，通過爆前對爆破有害效應(yīng)的計算來確定每次爆破的最小安全警戒距離，在警戒時使用CK-20型爆破專用報警器（便攜式、報警距離300米）進(jìn)行報警，安全距離內(nèi)的人員和機(jī)械設(shè)備應(yīng)全部撤離，既有線不能有開車通過。在每次起爆前，應(yīng)設(shè)起爆站，由爆破指揮長同各警戒區(qū)用對講機(jī)聯(lián)系，起爆站應(yīng)設(shè)在高處空闊地點，便于用望遠(yuǎn)鏡了解安全警戒區(qū)內(nèi)的情況。

5.2 爆后應(yīng)用望遠(yuǎn)鏡對爆區(qū)特別是對高危邊坡要進(jìn)行重點檢查，確認(rèn)邊坡無塌方的跡象、爆堆穩(wěn)定后才可解除警報。

5.3 每次爆破前應(yīng)將爆破時間、爆破規(guī)模和安全警戒區(qū)范圍提前通知周圍居民和施工現(xiàn)場內(nèi)的人員，株六復(fù)線應(yīng)在施工現(xiàn)場附近的車站設(shè)專門的施工調(diào)度，要及時地向施工單位通知過往列車的時間，爆破時間應(yīng)選在每天中午12點至1點，且每天都應(yīng)固定。爆點應(yīng)用數(shù)面黃色安全旗圍起，安全旗的顏色應(yīng)醒目，便于周圍人員躲避。

6 工藝藝流程

爆破施工工藝流程圖如圖1。①根據(jù)工程特點及現(xiàn)場實際情況進(jìn)行爆破設(shè)計，確定爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起破程序。②開鑿作業(yè)面，清除地表雜物和覆蓋土層。③布孔：根據(jù)設(shè)計要求放出開挖輪廓線和各炮孔孔位，并予以編號插木牌按孔標(biāo)明孔深、孔徑、傾角及方向。④鉆孔：鉆孔是保證爆破質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按爆破設(shè)計的位置、方向、角度進(jìn)行鉆孔，鉆孔先慢后快。⑤裝藥:嚴(yán)格按設(shè)計的炸藥品規(guī)格和數(shù)量進(jìn)藥。⑥炮孔堵塞：炮孔堵塞長度大于最小抵抗線，堵塞材料采用2/3砂和1/3粘土進(jìn)行堵塞。⑦爆破網(wǎng)路敷設(shè)：網(wǎng)路敷設(shè)計前應(yīng)檢查起爆品品材的質(zhì)量、數(shù)量、段別并對其進(jìn)行編號和分類，嚴(yán)格按照設(shè)計敷設(shè)網(wǎng)路敷設(shè)，嚴(yán)格遵照《爆破安全規(guī)程》中有關(guān)起爆方法的規(guī)定，網(wǎng)路應(yīng)經(jīng)常確認(rèn)完好，起爆點應(yīng)設(shè)在安全地帶。⑧起爆：在網(wǎng)路檢測無誤、防護(hù)工程檢查無誤、各方警戒正常的情況下，指揮員即可在規(guī)定的時間命令起爆，起爆采用非電起爆。⑨安全檢查：爆破完成后并在規(guī)定的間隔時間后，若安全檢查無誤，即可進(jìn)行機(jī)械施工。⑩總結(jié)分析：爆破后對爆破爆破效果進(jìn)行檢查，綜合評定各項技術(shù)指標(biāo)是否合理，進(jìn)一步確認(rèn)已暴露巖石的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，綜合分析巖石單位耗藥量，做好爆破記錄，聘請有經(jīng)驗的爆破專家進(jìn)行分析總結(jié)，以對下一循環(huán)爆破作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。

7 事故預(yù)防及處理

①石方爆破工程的施工方案在報請當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)批準(zhǔn)后方可組織施工，爆破員應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)培訓(xùn)考試合格后，持公安機(jī)關(guān)核發(fā)的有效操作證上崗作業(yè)。②爆破時指定專職安全人員在現(xiàn)場負(fù)責(zé)全面指揮工作。③裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞質(zhì)量均應(yīng)符合設(shè)計要求，已裝置炸藥的炮孔用泥土覆蓋及保護(hù)，爆破作業(yè)區(qū)段與即有建筑物之間設(shè)排架及防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。④爆破時人員撤至安全區(qū)，對有危險區(qū)域進(jìn)行重點警戒，嚴(yán)禁人、畜、車輛進(jìn)入，爆破后對有危險的危石、落石進(jìn)行及時處理。⑤對每次爆破的地質(zhì)狀況、主要參數(shù)、爆破效果做好詳細(xì)記錄，為改進(jìn)爆破方案提供可靠依據(jù)。⑥為預(yù)防盲炮現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)選取合格的爆破器材，裝藥前要清理炮孔積水，裝藥時要小心以防止損壞藥包和藥線，連接網(wǎng)路時要仔細(xì)操作并按規(guī)定進(jìn)行檢查。⑦要注意妥善處理盲炮，起爆線路完好，可重新起路已被破壞時，用木竹等工具將填物掏出，用聚能藥包將盲炮誘爆或在安全距離外用風(fēng)水噴管吹出填塞物及炸藥并回收雷管。⑧如發(fā)生安全事故，應(yīng)及時處理、避免事故擴(kuò)大化，指揮部應(yīng)配備一些應(yīng)急設(shè)備和醫(yī)療設(shè)施，在每次大爆破前必須留有一臺搶險車。⑨對于爆點內(nèi)的危石和滾石，應(yīng)派專人進(jìn)行守護(hù)，經(jīng)集體研究做出處理方案并報請爆破指揮長同意后才可處理。

8 施工效果

按上述深路塹坡路塹爆破開挖施工，新建洛湛鐵路DK178+800～DK179+300段深路塹坡爆破施工取得了理想的施工效果，未出現(xiàn)一起安全事故，施工工期比預(yù)計工期提前了40天，縮短了施工時間，同時取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。做為一項較為成熟的施工工藝，該施工技術(shù)可為今后類似深路塹坡路塹開挖施工工程積累了經(jīng)驗，起到借鑒和參考作用。