淺談高速鐵路路基爆破施工技術(shù)

朱朝輝 隋紅振

摘要：文章介紹了高速鐵路路基土石方爆破施工技術(shù)，并結(jié)合貴廣鐵路路基爆破施工著重分析了采用爆破方法的必要性和重要性、路基爆破工藝、方法、以及爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)，最后闡述了選用爆破方法的基本原則。

關(guān)鍵詞：路基；爆破；土石方；參數(shù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U215.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2011）22-0150-02

為了滿足高速鐵路所需的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，必須克服波浪起伏、高差較大、溝谷相間等各種不利地形，深挖高填土石方工程難以避免。而深挖高填工程數(shù)量大、傳統(tǒng)施工速度慢、施工效率低下，同橋遂工程一樣，往往成為決定工程進(jìn)度的關(guān)鍵。因此，必須推廣采用新的爆破技術(shù)進(jìn)行施工，以在山區(qū)高速鐵路建設(shè)中加快石方路基工程的施工進(jìn)度并確保施工質(zhì)量。

1工程概況

我標(biāo)段路基大部分位于洛香鎮(zhèn)內(nèi)，特殊段設(shè)置有橋梁、涵洞。路基區(qū)間范圍內(nèi)主要為第四系全新統(tǒng)坡洪積層軟土、松軟土、粉質(zhì)黏土、粗圓礫土，坡殘積層黏土、粉質(zhì)黏土，下伏白云灰質(zhì)巖、白云巖、石英砂巖、砂巖夾頁(yè)巖。管段內(nèi)土石方開(kāi)挖量較大，約122萬(wàn)挖方量，爆破施工任務(wù)繁重。沿線路兩側(cè)60 m左右有民房、教學(xué)樓、牛市市場(chǎng)等多處建筑物，爆破安全系數(shù)要求高，必須嚴(yán)格控制爆破飛石的范圍，以減小對(duì)洛香鎮(zhèn)民房及居民生活生產(chǎn)的侵?jǐn)_。工程數(shù)量大，占路基土石方工程數(shù)量比例也大個(gè)別路段每公里可高達(dá)十多萬(wàn)立方米，占路段土石方總量的80％以上有必要進(jìn)行爆破施工和機(jī)械化作業(yè)。石方工程相對(duì)集中。有利于大爆破施工和機(jī)械化作業(yè)。地形地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，地形緩陡連續(xù)或相間、地勢(shì)迂回曲折；地質(zhì)巖石也可能呈現(xiàn)為軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石連續(xù)或相間。需要采用各種爆破。

2路基爆破施工工藝及方法

本合同段石方開(kāi)挖較大，采用橫向、梯段臺(tái)階式開(kāi)挖，對(duì)于挖深小于4 m的地段、大塊的二次破碎及邊坡的修整采取淺孔控制爆破施工；對(duì)于挖深大于4 m的地段采取深孔控制爆破施工；對(duì)于邊坡應(yīng)采取預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行施工。通過(guò)爆破參數(shù)的選擇調(diào)整控制好地震波和飛石對(duì)周圍建筑的危害。爆破設(shè)計(jì)：采用垂直鉆孔橫向梯段式（臺(tái)階式）松動(dòng)爆破，布孔形式為梅花形，松動(dòng)爆破臺(tái)階高度根據(jù)鉆眼機(jī)具確定為10 m，爆破器材采用2號(hào)巖石硝銨炸藥，毫秒雷管，傳爆線非電起爆。深挖路塹根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙按照碎落平臺(tái)的設(shè)置自上而下水平分層、縱向分段進(jìn)行開(kāi)挖。

3路基爆破施工方案參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1深孔控制爆破施工

對(duì)于孔深大于6 m的地段采用深孔控制爆破施工，選用Φ90 mm的三角式潛孔鉆機(jī)施鉆，孔徑為90 mm。

①每次爆破選取臺(tái)階高H=10 m，寬6 m，鉆孔角度β=700。

②保護(hù)層厚度h=20D，取2 m。

③底盤抵抗線W：W=3～4.5 m，根據(jù)實(shí)際情況，選取W＝3 m。

④孔距a=mW1=1.2×3=3.6 m，（式中m為炮孔密集系數(shù)，取a＝3.6 m）。

⑤排距b，b=0.85a=0.85×3.6=3.06 m，取排距b為3.0 m。

⑥堵塞長(zhǎng)度l=（0.9~1.0）w=2.7～3 m，取l=2.8 m。

⑦根據(jù)爆破巖石硬度和安全要求，取單位耗藥量q=0.5 kg/m3。

⑧單孔裝藥量Q=qawH=0.5×3.6×3×10=54 kg。

⑨孔深與超深。選取超深0.8 m，則孔深=10 /sin70+0.8=11.4 m。

⑩每次爆破總藥量=6×54=324 kg。

3.2淺孔爆破施工

對(duì)于巖石硬度大的管段，采用手持風(fēng)鉆多打眼,少裝藥的淺孔控制爆破方法,以控制飛石危害。每次爆破選取臺(tái)階寬6 m、高3 m。其爆破參數(shù)為：

①孔徑：d=40 mm。

②最小抵抗線：W=（15～30）d，確定W=1～1.5 m。

③炮孔間距：a=mw 式中，m為炮孔鄰近系數(shù)，取m=1～1.2；w為最小抵抗線，確定 a=1.0～1.8 m。

④炮孔排距：b=（0.8～0.9）a=0.8～1.4 m。

⑤鉆孔超鉆：e=（8～12） d，確定e=0.4～0.5 m。

⑥填塞長(zhǎng)度：l=（20～25） d，根據(jù)實(shí)際情況,另行確定。

⑦單孔裝藥：q=kawh=0.4×1.5×1.2×6=4.32。

⑧每次爆破總藥量=18×4.32=77.8 kg。

3.3預(yù)裂爆破施工

①炮孔直徑受鑿巖機(jī)具的限制，同時(shí)，在選定炮孔直徑時(shí)，綜合考慮孔徑與孔深、孔距的關(guān)系，在一般情況下，選用較小的炮孔直徑：當(dāng)邊坡高度或開(kāi)挖深度小于4 m時(shí)，選用直徑為40～45 mm的鉆機(jī)；當(dāng)邊坡高度或開(kāi)m的鉆挖深度小于8 m時(shí),選用直徑為45～60 mm的鉆機(jī)；當(dāng)邊坡高度或開(kāi)挖深度大于8 m時(shí)，可采用90 mm機(jī)。

②炮孔間距a與炮孔直徑有關(guān)：

a=（8～12） d

當(dāng)炮孔直徑d≤6 cm時(shí)，a=（9～14） d，對(duì)于破碎軟巖，應(yīng)縮小間距，并相應(yīng)減少裝藥量。對(duì)于完整硬巖，炮孔間距可選取大值。

③關(guān)于預(yù)裂爆破的裝藥量，一般以線裝藥密度表示。影響裝藥量的因素較多，很難從理論上得出一個(gè)精確的解析。在實(shí)際工程施工中，是根據(jù)條件類似的進(jìn)行比較選取或按照一些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

④一般預(yù)裂孔比底板高程深1～2 m，至少與主爆孔同深，孔底嚴(yán)格控制在同一高程上，并與主爆孔有一定距離。

3.4光面爆破施工

光面爆破實(shí)質(zhì)上是爆破光面層，要求光面炮孔同時(shí)起爆，同時(shí)起爆的時(shí)差越小，效果越好。一般要求時(shí)差小于100 ms。對(duì)于石方路基開(kāi)挖常用的露天邊坡梯段爆破，其開(kāi)挖程序較簡(jiǎn)單，即由外向內(nèi)，依次爆破，前一排炮孔爆破為后一排炮孔創(chuàng)造自由面，光面炮孔最后起爆。光面爆破的主要技術(shù)參數(shù)：

①炮孔直徑。對(duì)于露天光面爆破，多采用與主爆區(qū)相同的鉆機(jī)；對(duì)于井巷爆破，常用鉆孔直徑為35～45 mm的鑿巖機(jī)鉆光面炮孔。

②炮孔間距a。露天光面炮孔間距a=（10～15） d，井巷掘進(jìn)光面炮孔間距a=（12～16） d。

③炮孔角度與深度。露天光面爆破、光面炮孔傾角與邊坡坡角一致，沿設(shè)計(jì)輪廓面布置。孔深根據(jù)梯段高度或開(kāi)挖深度決定，并考慮一定的超深。

④光面層厚度，光面層厚度即是光面炮孔的最小抵抗線W。光面層厚度W與光面孔間距a有關(guān)，一般?。篴=（0.8～1.0）W。

⑤裝藥量。光面爆破的裝藥量一般用線裝藥密度或裝藥集中度來(lái)表示，二者概念不同，線裝藥密度等于炮孔裝藥量除以裝藥段的長(zhǎng)度，裝藥集中度是炮孔的總裝藥量除以整個(gè)炮孔的長(zhǎng)度。

3.5特殊段爆破施工控制

3.5.1牛市場(chǎng)段爆破施工

牛市場(chǎng)段采用手持風(fēng)鉆多打眼,少裝藥的控制爆破方法，最小抵抗線取1.2 m，每次爆破總裝藥量為60 kg，爆破安全驗(yàn)證如下。

爆破飛石的控制驗(yàn)證：

個(gè)別飛石安全距離R采用經(jīng)驗(yàn)公式為：

R＝20Kfn2W=34 m<60 m

式中：Kf為飛石系數(shù)，取1.0；

n為爆破作用指數(shù),取n=0.7；

W為最小抵抗線,取W=1.2 m。

滿足要求。因此在距爆破中心45 m處設(shè)置警戒帶，嚴(yán)禁與爆破施工無(wú)關(guān)的人員入內(nèi)。

3.5.2靠近學(xué)校及穿越洛香鎮(zhèn)路基段爆破施工

為將對(duì)學(xué)校日常工作以及洛香鎮(zhèn)居民生活生產(chǎn)的影響降到最小，該里程段土石方開(kāi)挖應(yīng)采取弱爆破松動(dòng)巖石，挖掘機(jī)開(kāi)挖完成土石方調(diào)配，爆破參數(shù)選擇依據(jù)如下：n＝r/W。

n為爆破漏斗底部半徑r與最小抵抗線w的比值。當(dāng)n＝1.0時(shí)定義為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗,n＜1.0時(shí)為松動(dòng)爆破，n＞1.0時(shí)為拋擲爆破；因此選取每次爆破總藥量40kg，最小抵抗線為3 m，r控制在2.5 m以內(nèi)。

4爆破方法的選擇原則

從長(zhǎng)遠(yuǎn)的路基工程施工應(yīng)用來(lái)看，推廣和應(yīng)用石方爆破施工的快速施工方法，能加快石方施工進(jìn)度并能確保山區(qū)高等級(jí)高巖石邊坡的穩(wěn)定和美觀，以在山區(qū)高速鐵路建設(shè)中加快石方路基工程的施工進(jìn)度并確保施工質(zhì)量。

①正確確定周邊炮眼的位置、方向、深度、角度，并選用低密度、低爆速和高體積威力的炸藥，是保證光面爆破成功和增強(qiáng)爆破效果的關(guān)鍵。

②采用預(yù)留邊坡保護(hù)層、分集或分條分層布置藥包、松動(dòng)或拋坍洞室控制爆破進(jìn)行路塹主體方量開(kāi)挖，然后至坡頂向下用挖掘機(jī)配合淺眼爆破進(jìn)行刷坡和清方，能適用于各種復(fù)雜地形條件的深挖石方路塹開(kāi)挖，且成本低廉。

③采用預(yù)裂—洞室控制爆破相結(jié)合的方法進(jìn)行深路塹石方深孔爆破或松動(dòng)爆破方快速開(kāi)挖，然后用挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)配合自卸氣車聯(lián)合清方，效果更為顯著。

④利用有利地形進(jìn)行定向爆破、拋坍（擲）業(yè)，對(duì)具有一定巖石厚度邊坡路塹具有顯著效果。

5結(jié)語(yǔ)

高速鐵路石方爆破施工是一項(xiàng)技術(shù)含量高的綜合性工作，必須提高認(rèn)識(shí)，根據(jù)路段地形地質(zhì)、施工機(jī)具及工程整體安排等條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和組織施工，對(duì)加快工程進(jìn)度、保證工程質(zhì)量和施工安全都具有重要的意義。因此，土石方爆破在高速鐵路路基施工中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方左英.路基工程[M].北京:人民交通出版社,1990.

[2] GB6722-2003,爆破安全規(guī)程[S].