溫州繞城高速公路某段路基高邊坡爆破施工及控制措施

周紅星 陳華

【摘 要】周邊環(huán)境復(fù)雜的高邊坡土石方爆破的危險(xiǎn)性較大，需根據(jù)地質(zhì)情況分區(qū)進(jìn)行控制爆破，并采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施。其中主動(dòng)措施是首要的，如爆破沖擊波控制措施、控制爆破用藥量等；還需采取對(duì)被保護(hù)建筑物和設(shè)施附近搭設(shè)雙層鋼管排架防護(hù)屏障、設(shè)置防滾石用的土堤、跳石攔墻等工程措施；同時(shí)加強(qiáng)爆破區(qū)安全警戒、高邊坡監(jiān)測(cè)監(jiān)控、邊坡爆破開(kāi)挖過(guò)程中巡視檢查等，以確保爆破施工安全。

【關(guān)鍵詞】高邊坡 控制爆破 工程措施 施工安全

1工程概況

溫州繞城高速公路西南線工程（仰義至閣巷）地處溫州地區(qū)西南面，起點(diǎn)位于金麗溫高速公路的仰義樞紐，終于瑞安閣巷樞紐樁號(hào)K56+328，與甬臺(tái)溫復(fù)線相接，按雙向6車道設(shè)計(jì)，路基寬度33.5m，設(shè)計(jì)速度100km/h，全長(zhǎng)約56.328km。本公司施工標(biāo)段起訖樁號(hào)K40+770～K42+580，路線全長(zhǎng)1.81km，路基高邊坡二處K40+770～K40+949，ZK42+147～ZK42+434，其中ZK42+147～ZK42+434邊坡最大開(kāi)挖高度為79.2m（圖1），采用分級(jí)進(jìn)行開(kāi)挖及邊坡防護(hù)，第一級(jí)至第七級(jí)高度10m，其中第一級(jí)至第六級(jí)坡率均為1：0.75、第七級(jí)坡率為1：1.0；第八級(jí)開(kāi)挖至頂，坡率為1.25，根據(jù)開(kāi)挖臺(tái)階的不同，放緩邊坡坡率。邊坡防護(hù)根據(jù)邊坡高度、坡率不同采用不同的防護(hù)形式，第一級(jí)至第七級(jí)邊坡采用點(diǎn)錨+主動(dòng)式落石防護(hù)網(wǎng)+TBS護(hù)坡防護(hù)、第八級(jí)邊坡采用主動(dòng)式落石防護(hù)網(wǎng)+TBS護(hù)坡防護(hù)。

圖1 ZK42+147～ZK42+434段高邊坡圖

本段路基工程施工質(zhì)量和安全控制的重點(diǎn)、難點(diǎn)為：

（1）路基挖方石方量大，路線短、挖方高度高、爆破工程量大，施工工期緊。

（2）ZK42+147～ZK42+580路段爆破施工離溫福鐵路最短距離約700 m，爆破對(duì)溫福鐵路有一定的影響。

（3）K40+770～K40+932挖方路段離嶺下村居民房屋距離在200m內(nèi)，最近距離只有50m；K41+147～K42+580挖方路段離嶺下村居民房屋距離在200 m內(nèi)，最近距離只有100m；縣道昆江公路離爆破施工區(qū)域距離約200m內(nèi)，爆破滾石、飛石對(duì)附近村莊、昆江線形成較大隱患，施工防護(hù)存在很大難度。

（4）本工程挖方路段最大邊度高度為79.2 m，坡表分布土層厚度為0.5～1.5m，下伏軟石（Ⅳ）、次堅(jiān)石（Ⅴ），圍巖整體穩(wěn)定性較好，但局部節(jié)理發(fā)育，邊坡開(kāi)挖易產(chǎn)生掉塊或楔形體破壞現(xiàn)象，不利邊坡的穩(wěn)定。

2爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 總體爆破方案

ZK42+147～ZK42+434高邊坡周邊環(huán)境復(fù)雜，開(kāi)挖段石方爆破是本工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一，爆破的效果將直接影響到路基的質(zhì)量和邊坡的穩(wěn)定及周邊安全。根據(jù)路塹挖深不同分別采用中深孔爆破和淺孔爆破，挖深小于5m時(shí)用淺孔爆破，挖深大于5m時(shí)用中深孔爆破。邊坡采用光面爆破，炮孔方向：中間主炮孔取垂直孔，邊坡光面孔與邊坡坡率相同，部分路段根據(jù)需要除采用光面爆破的方式外，還要采取松動(dòng)控制爆破。

總體爆破施工采用潛孔鉆機(jī)鉆孔松動(dòng)、從上往下依次分層爆破、分層防護(hù)方案。遵循自上而下，分層式中深孔臺(tái)階爆破開(kāi)挖為主，機(jī)械開(kāi)挖為輔的總體方案。在開(kāi)挖各部位按劃分的控制區(qū)域采用相應(yīng)的爆破方式。

2.2爆破分區(qū)

根據(jù)周邊環(huán)境和地質(zhì)條件，對(duì)高邊坡進(jìn)行爆破分區(qū)見(jiàn)表1、圖2。

表1 爆破分區(qū)表

區(qū)域范圍 區(qū)域方量（萬(wàn)m3） 爆破方式

ZK41+949～ZK42+013區(qū)段 2.4 復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破

配合機(jī)械開(kāi)挖

ZK40+770～949區(qū)段距嶺下村18m～25m 0.3 機(jī)械開(kāi)挖

ZK40+770～949區(qū)段和ZK42+126～417區(qū)段施工區(qū)距居民房25m～45m 1.1 淺孔臺(tái)階控制爆破

配合機(jī)械開(kāi)挖

ZK40+770～949區(qū)段和ZK42+126～417區(qū)段施工區(qū)距居民房45m～100m 24.1 復(fù)雜環(huán)境中深孔

控制爆破

ZK40+770～949區(qū)段西北側(cè)距居民房100m 以上距離 25.8 復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破

ZK42+126～417區(qū)段距居民房100m以上施工區(qū)域 63.6 復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破

ZK40+770～949 ZK42+126～417

圖2 高邊坡分區(qū)爆破施工示意圖

2.3 爆破方法與設(shè)計(jì)

以潛孔鉆機(jī)鉆眼爆破為主，氣腿式小風(fēng)鉆為輔，采用爆破法松動(dòng)，挖掘機(jī)裝車，自卸汽車運(yùn)輸，爆破后產(chǎn)生的大塊石采用挖掘機(jī)配液壓破碎錘改小。

根據(jù)路塹挖深不同分別采用深孔爆破和淺孔爆破，挖深小于5米時(shí)用淺孔爆破，挖深大于5米時(shí)用深孔爆破。

2.3.1淺孔爆破設(shè)計(jì)

淺孔爆破采用小型鑿巖機(jī)鉆孔，炮孔直徑38～50㎜，孔深2～4 m，根據(jù)開(kāi)挖深度分一個(gè)或兩個(gè)臺(tái)階進(jìn)行爆破，邊坡采用光面爆破。炮孔方向：中間主炮孔取垂直孔，邊坡光面孔與邊坡坡率相同。路塹山頂剝離范圍中開(kāi)挖高差1m～5m和距離建筑物18m～45m區(qū)域內(nèi)，為保護(hù)周邊居民房等建筑物安全，采用小規(guī)模、小臺(tái)階、加強(qiáng)覆蓋防護(hù)措施分層開(kāi)挖，淺孔控制爆破方案。淺孔爆破參數(shù)匯總見(jiàn)表2。

起爆網(wǎng)路：采用逐孔或兩孔齊發(fā)的起爆網(wǎng)路（圖3），孔內(nèi)裝入ms11毫秒延期雷管。

表2 淺孔爆破參數(shù)匯總表

名稱 符號(hào) 單位 取值范圍

孔徑 D mm 42

抵抗線 W m ≤1.5

鉆孔傾角 a ° ≤90°

單耗 q kg/m3 0.25～0.30

孔距 A m 1.0～1.5

排距 B m 0.8～1.2

孔深 L m ≤5.0

堵塞長(zhǎng)度 Lc m Lc≤1.5m

單孔裝藥量 Q kg 2.5～2.7

圖3 淺孔逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

根據(jù)爆破振動(dòng)公式計(jì)算， 隨著距離的不同，最大一段單響藥量在2.5～7.5kg之間，可滿足爆破振動(dòng)安全。實(shí)際單響藥量按不超過(guò)7.5kg設(shè)計(jì)，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和單孔單響的延時(shí)起爆網(wǎng)絡(luò)，為確保網(wǎng)路安全準(zhǔn)爆，一次爆破規(guī)模控制在180kg以內(nèi)。

2.3.2中深孔爆破設(shè)計(jì)

中深孔爆破采用微差擠壓梯段爆破，大型潛孔鉆機(jī)（KY100 和DHA850）鉆孔，鉆頭直徑為90㎜以上，使成孔直徑達(dá)100㎜，孔深5～10米，路塹挖深大于10 m時(shí)分層開(kāi)挖，邊坡采用光面爆破或光面爆破。路塹挖深較大邊坡設(shè)置變坡時(shí)，在變坡點(diǎn)高度處分層。除光面孔按坡面坡率鉆孔外，其余中間主爆孔均為接近垂直孔。中深孔控制爆破平面示意圖見(jiàn)圖4，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5，中深孔爆破炮孔剖面示意圖見(jiàn)圖6，中深孔爆破參數(shù)匯總表見(jiàn)表3。

圖4 中深孔控制爆破平面示意圖

圖5 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)圖 圖6 中深孔爆破炮孔剖面示意圖

表3 中深孔爆破參數(shù)匯總表

名稱 符號(hào) 單位 取值范圍 取值范圍

梯段高度 H m 10 10

孔徑 D mm 90 115

底盤(pán)抵抗線 Wd m 3.0～3.5 3.5～4.0

鉆孔傾角 a ° 90° 90°

單耗 Q Kg/m3 0.35～0.4 0.35～0.4

孔距 A m 3.5 5

排距 B m 2.8 3.5

鉆孔超深 H m 1.0 1.0

孔深 L m 11 11

填塞長(zhǎng)度 Lc m ≤4.5m ≤4.5m

單孔裝藥量 Q kg 40～42.5 60～68

中深孔控制爆破區(qū)域距周邊受保護(hù)建構(gòu)筑物距離100m以上的開(kāi)挖部分，設(shè)計(jì)按照8m臺(tái)階高度1：1.25，10m臺(tái)階高度1：0.75的坡率進(jìn)行削坡爆破，采用分層開(kāi)挖，中深孔控制爆破方案。布孔型式：梅花形或矩形布孔（詳見(jiàn)炮孔布置示意圖），圖7 逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)圖。

圖7 中深逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)圖

中深孔爆破最大一段單響藥量在15.5kg～180kg之間，可滿足爆破振動(dòng)安全。但由于周邊居民房較多，同時(shí)居民對(duì)振動(dòng)的感知度較強(qiáng)，靠近居民房45～65m范圍內(nèi)單響藥量不超過(guò)15kg，采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)和單孔單響的延時(shí)起爆網(wǎng)絡(luò)，距離居民房65～100m范圍內(nèi)單響藥量不超過(guò)60kg采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和單孔或兩孔一響的延時(shí)起爆網(wǎng)絡(luò)，一次爆破規(guī)?？刂圃?000kg以內(nèi)。

2.4起爆安全校核

2.4.1安全控制標(biāo)準(zhǔn)

居民房及高鐵線路取2.0 cm/s（按照一般磚混結(jié)構(gòu)取值）。

2.4.2安全校核

（1）本設(shè)計(jì)采用的安全震速和最大單響藥量計(jì)算公式：

……………………………………………………………（1）

式中

Q?——最大單響藥量，kg；

——計(jì)算地震波速度，cm/s；

——安全允許震速，cm/s；

R——控制點(diǎn)至爆源的距離，m；

K、α——與爆區(qū)地形地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)。

根據(jù)爆破安全規(guī)程對(duì)衰減規(guī)律測(cè)試，本工程k=150，α=1.5。計(jì)算對(duì)不同距離的最大一段單響藥量。距離居民房及周邊廠房最大一段單響藥量與距離的關(guān)系表見(jiàn)表4、5。

表4 距離居民房及周邊廠房最大一段單響藥量與距離的關(guān)系表

Q（kg） 2.7 15.5 47 170 58300

R（m） 25 45 65 100 700

根據(jù)上述單響藥量測(cè)定，確定施工區(qū)域控制爆破對(duì)高鐵線路無(wú)影響。

表5 最大單響藥量控制表

施工區(qū) 最大單響藥量kg 起爆方式

25m～45m淺孔控制爆破 2.5～7.5 單孔或兩孔起爆

45m～65m

復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破 15 逐孔起爆

65m～100m

復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破 40 逐孔起爆

100m以上

中深孔控制爆破 170 兩孔或三孔起爆

2.4.3爆破飛石、滾石安全距離

本工程需嚴(yán)格控制爆破飛石對(duì)周邊的影響，控制爆破飛石成為工程的重點(diǎn)及難點(diǎn)。露天深孔臺(tái)階爆破，個(gè)別爆破飛石采用瑞典經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校核：

…………………………………………………………（2）

式中： RFmax——露天深孔爆破飛石安全距離，m；

——安全系數(shù)，取15～16；

D——深孔直徑，cm，取90或115mm。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得：RFmax=135～172m

根據(jù)以上公式計(jì)算爆破飛石對(duì)周邊的影響，確定施工區(qū)域控制爆破對(duì)周邊無(wú)影響（圖8）。

圖8 施工區(qū)域控制爆破與周邊關(guān)系圖

3現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理措施

3.1爆破飛石控制措施

滾石主要由爆破及爆破后邊坡挖裝過(guò)程中產(chǎn)生，滾石對(duì)底部建筑物的危害很大，若控制不力，滾石將會(huì)直接滾入坡底導(dǎo)致建筑物破壞，因而本次爆破工程中滾石控制極為重要。

（1）控制爆破方向。合理選定抵抗線方向，使被保護(hù)對(duì)象避開(kāi)飛石主方向。如無(wú)法避開(kāi)應(yīng)嚴(yán)格控制抵抗線，必要時(shí)候采用機(jī)械輔助開(kāi)挖的方式。

（2）控制填塞質(zhì)量。嚴(yán)格控制炮孔填塞質(zhì)量，防止卡孔；適當(dāng)增加堵塞長(zhǎng)度，裝藥完畢后，每個(gè)炮孔裝藥量必須經(jīng)過(guò)技術(shù)人員驗(yàn)收合格后才允許填塞。

（3）孔口壓土袋。在炮孔孔口均用沙袋、廢舊傳輸帶，避免發(fā)生沖炮，產(chǎn)生飛石。

（4）覆蓋防護(hù)。對(duì)個(gè)別大塊或表層孤石爆破時(shí)，在其四周采用竹片夾草袋或其它能吸收能量的柔性材料進(jìn)行覆蓋防護(hù)。在淺孔和復(fù)雜環(huán)境中深孔控制爆破區(qū)域進(jìn)行爆破施工時(shí)，爆破區(qū)域采用柔性炮被整體覆蓋防護(hù)（圖9）。

圖9 柔性炮被整體覆蓋示意圖

3.2工程技術(shù)措施

（1）被保護(hù)建筑物和設(shè)施附近搭設(shè)防護(hù)屏障（圖10）。

在ZK40+770～949區(qū)段南側(cè)距爆區(qū)約18m的村委會(huì)用房附近用雙層腳手架鋼管加竹簾搭設(shè)防護(hù)屏障，對(duì)建筑物及設(shè)施進(jìn)行安全防護(hù)，設(shè)計(jì)腳手架能對(duì)村委會(huì)用房進(jìn)行防護(hù)，長(zhǎng)5～15m，高約3m。

圖10 雙層鋼管排架防護(hù)示意圖（左）和實(shí)際圖（右）

（2）在邊坡底部，距離建筑物較近的區(qū)域，設(shè)置防滾石用的土堤（圖11）

滾石控制可采取以下措施：施工時(shí)設(shè)置防滾、跳石攔墻。沿山體邊坡利用山體表面和坡腳的松軟土石搭建一條高2m，寬2m的擋土墻，防止爆破滾石沖擊道路及邊上保護(hù)物。

圖11 滾石防護(hù)示意圖

3.3爆破沖擊波控制措施

適當(dāng)調(diào)整爆破方向，嚴(yán)禁采用大規(guī)模爆破及裸露爆破，加強(qiáng)堵塞能夠有效的控制爆破沖擊波，光面爆破導(dǎo)爆索盡量減少裸露部分，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.4爆破安全警戒措施

爆破前由施工單位向指揮部匯報(bào)具體爆破時(shí)間，各相關(guān)部門嚴(yán)格按照事先制定的《爆破安全警戒方案》實(shí)施爆破前的安全警戒工作。

警戒地點(diǎn)設(shè)立標(biāo)示牌和爆破通告，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置“爆破區(qū)域，閑人免入”安全警告標(biāo)志；本工程由于爆破環(huán)境非常復(fù)雜，采用控制爆破技術(shù)及嚴(yán)格的安全防護(hù)措施，故警戒范圍為100m。本工程共分為10個(gè)警戒點(diǎn)，ZK40+770～949區(qū)設(shè)置4個(gè)警戒點(diǎn)，分別位于進(jìn)場(chǎng)道路路口和周邊最近的受保護(hù)居民房附近，ZK41+949～ZK42+013區(qū)段設(shè)置2個(gè)警戒點(diǎn)，分別位于村用道路和西側(cè)采石場(chǎng)附近；ZK42+126～417區(qū)設(shè)置4個(gè)警戒點(diǎn)，位于上山道路兩側(cè)及南面道觀附近。

3.5高邊坡監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

（1）人工巡視和裂縫觀測(cè)：人工巡視是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作，安排專人堅(jiān)持每天進(jìn)行巡視，當(dāng)破體表面發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)監(jiān)測(cè)組及時(shí)在裂縫處理裂縫觀測(cè)裝置，通過(guò)觀測(cè)裂縫的變化過(guò)程和變化規(guī)律來(lái)分析坡體的變形情況和破壞趨勢(shì)。

（2）裂縫監(jiān)測(cè)：人工巡視中在發(fā)現(xiàn)裂縫的位置埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如果邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中坡面沒(méi)有出現(xiàn)裂縫則此類測(cè)點(diǎn)無(wú)需布置。人工巡視發(fā)現(xiàn)裂縫后及時(shí)埋設(shè)（1～2天內(nèi)完成），測(cè)點(diǎn)間沿裂縫的間距以20～30m為宜，其方向平行滑坡的主滑方向或邊坡位移方向。

（3）坡面觀測(cè)：在平臺(tái)上設(shè)置坡面變形觀測(cè)點(diǎn)，利用精度為2〞的全站儀進(jìn)行觀測(cè)，采用直角坐標(biāo)法量測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，分析坡面幾何外觀的變化情況，繪制坡面各點(diǎn)在施工過(guò)程中的水平位移變化情況，從而了解邊坡滑動(dòng)范圍和滑動(dòng)情況，提供預(yù)警信息。

（4）沉降觀測(cè)和水平位移觀測(cè)：通過(guò)埋設(shè)沉降板觀測(cè)沉降情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工；水平位移觀測(cè)主要為地面水平位移，采用位移邊樁觀測(cè)。由于一般的裂縫變形是微小而且蠕變的，本工程選擇游標(biāo)卡尺對(duì)邊坡的變形裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.6環(huán)境保護(hù)措施

環(huán)境保護(hù)是保證社會(huì)生態(tài)平衡、保證社會(huì)人們身體健康的需要，是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。為了控制工程施工現(xiàn)場(chǎng)的各種粉塵、污水、水土流失以及噪聲、振動(dòng)等對(duì)環(huán)境的污染和危害，需采用各種有效措施和各種渠道嚴(yán)格控制。石方爆破作業(yè)重點(diǎn)采取控制爆破，防止飛石對(duì)附近林木、植物造成損害。

4結(jié)語(yǔ)

（1）周邊環(huán)境復(fù)雜的高邊坡土石方爆破的危險(xiǎn)性較大，需根據(jù)地質(zhì)情況分區(qū)進(jìn)行控制爆破，并采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施。爆破沖擊波控制措施、控制爆破用藥量等是爆破的主動(dòng)措施，需嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)施。

（2）工程技術(shù)措施是輔助的，也是必不可少的，如對(duì)被保護(hù)建筑物和設(shè)施附近搭設(shè)雙層鋼管排架防護(hù)屏障、設(shè)置防滾石用的土堤、跳石攔墻等，防患于未然。

（3）通過(guò)加強(qiáng)爆破區(qū)安全警戒、高邊坡監(jiān)測(cè)監(jiān)控、邊坡爆破開(kāi)挖過(guò)程中巡視檢查等措施，能夠及時(shí)了解邊坡在施工期的工作性態(tài)、及時(shí)地提出處理方案與措施，以確保爆破施工安全和施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通部標(biāo)準(zhǔn).公路工程安全施工技術(shù)規(guī)程（JTJ076-95）.人民交通出版社，1995年.

[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).爆破安全規(guī)程（GB6772-2011）.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015年1月.

[3]谷慧娟 等.公路巖質(zhì)高邊坡爆破開(kāi)挖模擬分析.公路工程，2013（1），P38～39，43.

[4]章征成 等.復(fù)雜環(huán)境下高邊坡控制爆破.工程爆破，2014（1），P22～25.

[5]付波 等.巖石高邊坡爆破振動(dòng)局部放大效應(yīng)分析.爆破，2014（2），P1～7.

作者簡(jiǎn)介：周紅星（1975-）男，土木工程專業(yè)本科畢業(yè)，高級(jí)工程師。