大孔徑寬孔距淺孔控制爆破拆除巖墻技術(shù)

孟海利

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 概述

隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，許多鐵路石方爆破工程面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜。尤其是在運(yùn)營鐵路增建第二線的建設(shè)中，通常會(huì)遇到大量既有線石方擴(kuò)塹工程，待挖石方一般與既有線的距離多在20 m之內(nèi)，必須采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行施工。從20世紀(jì)80年代衡(陽)廣(州)鐵路繁忙段的復(fù)線施工，到90年代寶(雞)成(都)、株(州)六(盤水)既有電氣化鐵路增建二線工程［1］，再到本世紀(jì)前十年的膠濟(jì)客運(yùn)專線、渝涪鐵路增建二線工程等，石方開挖爆破均成為鐵路復(fù)線建設(shè)的主要技術(shù)難關(guān)之一。

在一側(cè)具有重要保護(hù)對(duì)象的爆破條件下，一般采用預(yù)留巖墻的爆破施工方法［2］，即在靠近保護(hù)對(duì)象一側(cè)預(yù)留一定厚度的巖墻，巖墻內(nèi)側(cè)的巖體采用常規(guī)深孔臺(tái)階控制爆破法施工。當(dāng)巖墻內(nèi)側(cè)巖體爆破時(shí)，巖墻作為天然的屏障可以防止其爆堆的側(cè)向逸出，同時(shí)巖墻又能保持相對(duì)穩(wěn)定，避免坡面巖塊受損剝離滾落，進(jìn)而利用預(yù)留巖墻的屏蔽作用減少主要方量爆破施工時(shí)的難度和對(duì)周圍環(huán)境的危害，而將整個(gè)工程的安全控制點(diǎn)放在預(yù)留巖墻的處理上面。巖墻的施工方法成為確保爆區(qū)臨近保護(hù)對(duì)象安全的關(guān)鍵。

目前，在爆破拆除預(yù)留巖墻工程中，主要采用以下兩種方法。

1)小臺(tái)階淺孔爆破法［3-4］。為控制巖墻爆破時(shí)不發(fā)生大量石塊滾落，巖墻采用手持式鑿巖機(jī)人工鉆孔、小臺(tái)階爆破方法施工，以減少每次爆破的破巖量，然后再用加強(qiáng)防護(hù)措施來保證安全。這種施工方法大大增加了巖墻的爆破次數(shù)和防護(hù)工作量，同時(shí)，由于手持式鑿巖機(jī)的臺(tái)階高度遠(yuǎn)小于常規(guī)深孔爆破的臺(tái)階高度，巖墻爆破后爆堆的機(jī)械開挖難度加大，開挖效率低，施工成本高。

2)深孔控制爆破法［5-7］。該方法采用潛孔鉆機(jī)在巖墻上鉆鑿深孔，對(duì)靠近既有邊坡的一排炮孔減少裝藥，并配以加強(qiáng)防護(hù)措施進(jìn)行施工。該方法實(shí)施過程中，往往會(huì)存在以下問題:①深孔爆破每次裝藥量大，爆破時(shí)釋放的能量較多，對(duì)巖體破壞程度大，爆破巖墻時(shí)參數(shù)較難選取，且對(duì)爆破效果難以控制，稍有不慎就可能造成較大的事故;②炮孔上部巖體容易出現(xiàn)順坡滾落的現(xiàn)象，且靠近邊坡的巖體爆后大塊多，對(duì)機(jī)械開挖要求高，開挖工程量巨大;③容易留下二次巖墻，處理二次巖墻的危險(xiǎn)性加大，且處理困難。

由以上分析可以看出:采用淺孔爆破技術(shù)開挖復(fù)線石方，施工進(jìn)度慢，效率低，成本高，已不能滿足現(xiàn)代鐵路建設(shè)進(jìn)度的要求;深孔爆破技術(shù)難度大，技術(shù)水平要求高，施工風(fēng)險(xiǎn)大。因此，必須尋找新的復(fù)線石方爆破技術(shù)，在保證緊鄰既有線爆破施工安全的前提下，提高爆破效率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本。

2 大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術(shù)

2.1 基本思想

基于淺孔、深孔兩種爆破方式的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種介于這兩種爆破之間的方式，即大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術(shù)。該技術(shù)采用的孔徑和孔網(wǎng)參數(shù)與深孔爆破基本相同，但孔深卻大大減小，相應(yīng)的單孔裝藥量也顯著減少。這樣，由于單孔和總裝藥量少，爆破對(duì)巖體的破壞程度小，爆破效果容易控制，二次巖墻也不易出現(xiàn);且由于采用了大孔徑、寬孔距，爆破效率比淺孔爆破明顯提高。

2.2 技術(shù)要點(diǎn)

1)鉆機(jī)的選型

巖墻爆破采用的是一體化液壓潛孔鉆機(jī)，該鉆機(jī)的顯著特點(diǎn)是:①鉆機(jī)、柴油風(fēng)冷空壓機(jī)、柴油機(jī)—液壓泵組、人機(jī)工程設(shè)計(jì)司機(jī)室四位一體，自動(dòng)化程度高;履帶行走，移動(dòng)方便。②單桿鉆進(jìn)深度大，一般為3.5～4.0 m，鉆淺孔時(shí)不用換鉆桿。③鉆進(jìn)速度快，效率高，可迅速完成大面積炮孔的鉆鑿。預(yù)留巖墻實(shí)施大孔徑寬孔距淺孔控制爆破時(shí)，每個(gè)炮孔只鉆鑿一條鉆桿的深度，幾分鐘就能完成一個(gè)炮孔的鉆鑿，這為該技術(shù)的實(shí)施提供了基礎(chǔ)條件。

2)爆破參數(shù)

鉆孔孔徑為76 mm，臺(tái)階高度3.0～3.5 m，鉆孔深度3.5～4.0 m，孔距和排距2.0～2.5 m，采用梅花形或長方形布孔，垂直鉆孔，炮孔排數(shù)一般為5～6排。

3)最后一排炮孔的布置

由于最后一排炮孔緊鄰既有線的邊坡，其與邊坡坡面的距離是保證不出現(xiàn)滾石的關(guān)鍵。巖墻爆破的最佳效果是后排孔與邊坡面之間的巖體裂而不散，因此，后排孔爆炸后，應(yīng)力波到達(dá)邊坡面時(shí)，其強(qiáng)度不應(yīng)大于巖體的抗壓強(qiáng)度［8］。這樣，最后一排炮孔到邊坡的水平距離不應(yīng)小于1.5倍最小抵抗線。

4)最后一排炮孔的裝藥量

大孔徑寬孔距控制爆破除最后一排炮孔外按松動(dòng)爆破進(jìn)行裝藥，裝散狀炸藥或乳化炸藥。最后一排炮孔裝乳化炸藥，采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥量約為前排炮孔的1/2。

5)起爆網(wǎng)路

采用排間起爆網(wǎng)路，由前排向后排依次傳爆。起爆網(wǎng)路的設(shè)計(jì)滿足爆破振動(dòng)的要求即可。

6)邊坡巖體的開挖

由于巖墻的最后一排孔采用的是松動(dòng)爆破，爆堆開挖的難點(diǎn)主要集中在這一側(cè)。巖墻控制爆破要使在坡面一側(cè)的巖體裂而不散，而后掀開布魯克網(wǎng)并用大功率的挖掘機(jī)械進(jìn)行開挖。高邊坡面開挖時(shí)必須加強(qiáng)現(xiàn)場指揮和安全警戒，防止開挖時(shí)出現(xiàn)滾石。

2.3 防護(hù)措施

由于爆區(qū)緊鄰既有鐵路，爆破時(shí)不允許出現(xiàn)任何飛石、滾石和爆破振動(dòng)等危及鐵路安全的情況，因此，爆破時(shí)需采用多種防護(hù)措施，構(gòu)成立體防護(hù)體系。主要措施包括:

1)在既有坡面上鋪設(shè)布魯克網(wǎng)，以防止爆破松動(dòng)孤石順坡滾落，發(fā)生侵線。布魯克網(wǎng)通過錨桿固定在巖墻上，按臺(tái)階高度進(jìn)行錨固，以防止上層巖石爆破后布魯克網(wǎng)順坡脫落。

2)在既有邊坡坡腳外3 m處架設(shè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是由鋼絲繩網(wǎng)、高強(qiáng)度鋼絲格柵網(wǎng)、錨桿、工字鋼柱、上下拉錨繩、消能環(huán)、底座及上下支撐繩等部件構(gòu)成，系統(tǒng)由鋼柱和鋼繩網(wǎng)聯(lián)結(jié)組合構(gòu)成一個(gè)整體，可阻擋個(gè)別下墜巖體翻滾侵線。

3)在保證堵塞質(zhì)量的前提下，炮孔表面進(jìn)行覆蓋防護(hù)以防止個(gè)別飛石的產(chǎn)生。防護(hù)方法為在炮孔孔口處覆蓋用廢舊膠皮帶做的炮被和砂包。

4)對(duì)接觸網(wǎng)支柱進(jìn)行專項(xiàng)防護(hù)，即在接觸網(wǎng)支柱臨近爆區(qū)一側(cè)埋設(shè)I16工字鋼墻，中間焊接橫撐和斜撐，再在正對(duì)爆區(qū)側(cè)碼設(shè)砂包。

5)在接觸網(wǎng)支柱、軌道等被保護(hù)對(duì)象處安裝振動(dòng)傳感器，監(jiān)測各點(diǎn)的爆破振動(dòng)，同時(shí)將測試結(jié)果及時(shí)反饋，以指導(dǎo)爆破參數(shù)的合理選取與安全施工。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

重慶某復(fù)線鐵路石方需要爆破開挖，該段路塹位于既有線左側(cè)，與既有線之間的距離為10 m，最大挖深約20 m，開挖方量約為10萬m3。既有邊坡坡面坡度為1∶0.75，且有噴漿護(hù)面。待挖路塹巖石為硬質(zhì)砂巖，巖石較完整，表層有覆蓋土，地下水較為豐富。爆區(qū)與既有線的關(guān)系如圖1所示。既有鐵路是一條客貨兩用鐵路，每天車流密集，給施工帶來較大難度。

圖1 爆區(qū)與既有線的位置關(guān)系

3.2 爆破方案及實(shí)施情況

為防止?jié)L石的發(fā)生，采用預(yù)留巖墻松動(dòng)控制爆破方案，自上而下分層開挖。即將爆區(qū)分為內(nèi)外兩部分，內(nèi)部主體石方采用深孔爆破，外部巖墻采用大孔徑寬孔距淺孔松動(dòng)爆破。

巖墻爆破的主要參數(shù)為:鉆孔孔徑76 mm，臺(tái)階高度3.5 m，垂直鉆孔，鉆孔深度3.7 m，前排鉆孔底板抵抗線2.2 m，孔距2.5 m，排距2.2 m，采用梅花形或長方形布孔，炮孔排數(shù)為5排。

本工程中既有邊坡坡比為1∶0.75，最后一排炮孔布置在距坡頂線0.8 m處(圖2)，炮孔底部至邊坡面的距離為3.5 m，約為最小抵抗線的1.6倍。

圖2 最后一排炮孔的位置

巖墻爆破時(shí)前幾排炮孔的單孔裝藥量為6.5 kg，最后一排炮孔裝藥頂部與坡面之間的距離為2.9～3.0 m，約為最小抵抗線的1.3～1.4倍，裝乳化炸藥，采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合系數(shù)為1.2，單孔裝藥量為2.4～3.2 kg，約為前排炮孔的一半。該裝藥方式可使巖體炸開，但不滾，也不會(huì)在邊坡處出現(xiàn)巖坎。

為防止爆破滾石、飛石侵害鐵路，采用了表面柔性覆蓋防護(hù)、邊坡巖體錨固防護(hù)、特殊對(duì)象專項(xiàng)防護(hù)和爆破振動(dòng)監(jiān)測的多元立體防護(hù)體系。

施爆后，爆堆隆起，頂部有部分大塊，用破碎錘破碎，便于挖裝。靠近邊坡坡面一側(cè)的巖體裂而不散，掀開布魯克網(wǎng)可用大功率的挖掘機(jī)械開挖，未出現(xiàn)滾石，施工十分安全。

4 結(jié)語

在復(fù)線路塹巖墻爆破中采用大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)效率高。由于采用了大孔徑、寬孔距的爆破參數(shù)，其爆破效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)意義上的淺孔爆破。在鉆孔過程中，無需接換鉆桿，鉆進(jìn)效率高且施工工藝相對(duì)簡單，這使得該技術(shù)施工效率較高。

2)安全可靠。與深孔爆破相比，由于大大減小了鉆孔深度，單孔裝藥量以及總裝藥量都明顯減少，爆破對(duì)巖石的破壞作用較小，爆破效果容易控制。

3)爆破效果好?？拷吰绿幍膸r體爆后裂而不散，不易出現(xiàn)滾石，可采用大功率挖機(jī)將巖墻挖除，底部不會(huì)出現(xiàn)二次根坎。

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