光面爆破控制邊坡穩(wěn)定技術(shù)探討

宮相君　張春峰

摘要：文章介紹了在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的中深孔爆破中如何進(jìn)行邊坡保護(hù)的方法，在設(shè)計斷面的輪廓線上布置光爆孔，采用光面爆破技術(shù)方案，通過控制孔網(wǎng)參數(shù)、不耦合裝藥系數(shù)、線裝藥密度、起爆順序，實現(xiàn)了開挖邊界上的巖體完整及穩(wěn)定性，對類似工程的開挖爆破設(shè)計具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：邊坡開挖；光面爆破；巖體完整；邊坡穩(wěn)定；深孔爆破 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2016）16-0107-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.052

1 概述

當(dāng)炸藥在炮孔內(nèi)爆炸時，產(chǎn)生的強大沖擊波和高壓氣體猛烈地沖擊炮孔四周的巖體，使得周圍巖體破碎或開裂，即使采取多段微差爆破，限制一次起爆藥量，破壞區(qū)的范圍也是很大的。許多工程往往要求留下一個完整的永久邊坡，因此要求爆破作業(yè)盡量減少對邊坡巖石的破壞，同時鐵路路塹施工中，如果不能保證邊坡的穩(wěn)定性則容易出現(xiàn)滑坡及巖體失穩(wěn)，會造成危石滾石，危及鐵路列車的安全。礦山剝巖中，邊坡的穩(wěn)定性直接影響后續(xù)生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)效益。為了使爆破開挖的邊界盡量與設(shè)計輪廓線相符，不出現(xiàn)超挖和欠挖現(xiàn)象，同時也使開挖邊界上的巖體盡量保持完整，保持其強度及穩(wěn)定性，降低爆破地震的危害范圍和破壞程度，在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的中深孔爆破中常用光面控制爆破方法實施邊坡保護(hù)。影響光面爆破效果的因素很多，包括炮孔間距、直徑、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、炸藥性質(zhì)、裝藥結(jié)構(gòu)和不耦合系數(shù)等，眾多爆破工作者曾對光面爆破技術(shù)進(jìn)行了許多實驗研究，但試驗與應(yīng)用還有相當(dāng)大的差距，光面爆破理論還有不成熟的地方，許多參數(shù)的確定有困難，因此該技術(shù)必須在實踐中去總結(jié)。

2 工程概況

新建鞍鋼鲅魚圈鋼鐵項目鐵路專用線范屯編組站路基開挖工程，開挖范圍為DK3+940～DK5+320，長1380m，總石方量114525m3，該線路經(jīng)過地段為低山丘陵區(qū)，地形地伏較大，現(xiàn)主要為果園，植被發(fā)育，線路中心最大挖深為29.4m，最大塹坡高為34.8m。

地層巖性：（1）粉質(zhì)黏土：黃褐色，棕紅色，堅硬-硬塑狀；（2）中細(xì)粒黑云母花崗巖，表層為全風(fēng)化，厚0～5.5m，其下為強風(fēng)化層，厚0～12m，下伏為弱風(fēng)化巖體。

工程措施：路塹邊坡坡度為1∶0.5～0.75，最上級邊坡坡度為1∶1.25。DK4+238～DK5+225路段左右兩側(cè)路塹邊坡采用光面爆破刷坡，坡腳2m范圍內(nèi)要進(jìn)行清石整平。其他部位邊坡按設(shè)計圖紙進(jìn)行開挖。

3 施工方案的選擇

根據(jù)該區(qū)域的地形、地質(zhì)條件，綜合考慮工期、塊度、邊坡光滑平整穩(wěn)定性以及爆破飛石、震動對周圍環(huán)境的影響，確定如下方案：（1）分層開挖，由上至下，分層分臺階由中間向兩邊。中間采用中深孔爆破開挖，邊坡預(yù)留緩沖層、光爆層；（2）為了確保邊坡的穩(wěn)定、美觀、平整，根據(jù)設(shè)計要求在特定地段邊坡采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行開挖；（3）主要設(shè)備為CM351鉆機(jī)和ROCD7鉆機(jī)。

4 爆破參數(shù)設(shè)計

4.1 光爆參數(shù)設(shè)計

4.1.1 炮孔直徑D：光面爆破炮孔直徑的確定直接關(guān)系到光爆施工的效率與成本，是決定光面爆破抵抗線和炮孔間距的依據(jù)，綜合考慮工程巖石特性、現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備及工程具體要求等實際情況取炮孔直徑D=90mm。

4.1.2 光面爆破抵抗線W光光面爆破抵抗線是指光爆層厚度。

W光=KD

式中：

K——計算系數(shù)，取K=15～25

W光=1.8～2.0m

4.1.3 孔距a：

a=mW光

式中：

m——炮孔密集系數(shù)，取m=0.5～0.8

a=1～1.2m

4.1.4 超深△h=（10～20）D，取△h=1m

4.1.5 線裝藥密度q：裝藥密度過大，會破壞炮孔的孔壁，線裝藥密度過小，炮孔間裂隙不貫通，巖壁表面留下巖坎難以開挖，坡面不平整造成欠挖。取q光=0.7kg/m并根據(jù)試炮結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。為了克服炮孔底部的夾制作用，底部必須加大裝藥量。q底=（1.2～2.0）q光，在光爆孔底部1.5m為加強裝藥q底=1.1kg/m。

4.1.6 裝藥直徑Φ=32，不耦合系數(shù)2.8。

4.1.7 填塞長度△L=1.5m

4.2 主爆孔爆破參數(shù)

孔徑D=90mm

孔距a=3.0～3.5m

超深△h=（10～20）D，取1m

排距b=2.5～3.0m

單耗q=0.4～0.5kg/m3，并根據(jù)試炮結(jié)果進(jìn)行調(diào)整

4.3 緩沖孔爆破參數(shù)

W底=2.0m

孔距a=2.5m

排距b=2.0m

超深△h=1m

藥量較主爆孔減少40%～60%。

5 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

炸藥品種可以用2#巖石炸藥、乳化炸藥和粉狀乳化炸藥。

5.1 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)

可根據(jù)炮孔深度采用連續(xù)裝藥和分層裝藥，采用分層裝藥時，層間隔為1.0～1.5m。單孔藥量計算Q=q·a·b·L。

5.2 光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥采用直徑32mm的巖石炸藥或乳化炸藥，按照線裝藥密度均勻地綁在竹片上，然后用導(dǎo)爆索拉直，緊靠藥卷綁牢，竹片要長于孔深至少30cm。

5.3 緩沖孔裝藥結(jié)構(gòu)

采用Φ70mm藥卷，分三層裝藥，從下至上依次減少數(shù)量。

5.4 填塞

合理的堵塞長度和良好的堵塞質(zhì)量，對改善爆破效果和提高炸藥利用率具有重要作用，合理的堵塞長度能降低爆破氣體能量損失和盡可能增加鉆孔裝藥量，堵塞長度△L=（20～40）D，分段裝藥時，間隔填塞長度為1.5～2.0m。填塞料一般用鉆屑粗砂，有水時可有細(xì)石子。光爆孔的填塞先用紙團(tuán)送入孔內(nèi)，防止回填物下落至光爆孔內(nèi)，然后用鉆屑回填，并分層搗實，填塞高度1.5m。

6 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

選擇電容式起爆器，主爆孔和緩沖孔采用塑料導(dǎo)爆管非電雷管，孔內(nèi)外結(jié)合的毫秒延時網(wǎng)路，孔內(nèi)用10段雷管，孔外用3段雷管連接。光爆孔采用導(dǎo)爆索非電起爆系統(tǒng)同時起爆。起爆順序依次為主爆孔、緩沖孔、光爆孔。光爆孔滯后主爆孔起爆，按所處位置計算安全允許起爆間隔時間不小于75ms。

7 爆破安全計算

7.1 最大一段齊爆藥量

最大一段齊爆藥量Qmax：

Qmax=R3（V/K）3/α

式中：

V——地面質(zhì)點峰值震動速度，cm/s

R——計算點到爆源的距離，m

K、α——與爆破點至計算點之間的地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，K=160，α=1.8

距離爆孔中心50m外最大一段起爆藥量：

Qmax=503（5/160）3/1.8=387kg

7.2 個別飛石安全距離

R=KD

式中：

D——炮孔直徑，cm

K——安全系數(shù)取K=16

R=16×9=144m

爆破安全規(guī)程中規(guī)定，露天中深孔爆破，最小安全距離不小于200m?？紤]到安全警戒范圍定為200m。

8 爆破安全技術(shù)措施

（1）當(dāng)鉆孔通過不良地質(zhì)段時，如軟硬巖石處、裂縫處、溶洞處等，最易造成偏幫溜眼，從而改變了鉆孔角度和鉆孔方向，造成抵抗線的變化，鉆機(jī)操作手必須經(jīng)常檢查；（2）在鉆孔中不僅要做到“對位準(zhǔn)、方向正、角度精”，而且要不斷提高鉆孔技術(shù)水平，在鉆孔過程中，經(jīng)常檢查鉆機(jī)架設(shè)牢固性、鉆孔角度和方向的準(zhǔn)確性，同時要根據(jù)巖石不同性質(zhì)進(jìn)行鉆孔工作，以保證鉆孔精度；（3）裝藥前對炮孔進(jìn)行檢查，特別是最小抵抗線的檢查，要根據(jù)實際情況進(jìn)行藥量調(diào)整。注意斷層、軟弱層、裂隙的存在，這些位置適當(dāng)減少藥量，并在相應(yīng)位置進(jìn)行覆蓋處理；（4）嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行裝藥：按Qmax=R3（V/K）3/α控制單響最大藥量。起爆藥包的位置在裝藥部位的1/4和3/4兩處，裝藥時速度要慢，發(fā)現(xiàn)堵塞，在未裝入起爆藥包和雷管前，可用非金屬桿處理，裝入起爆藥包后，不應(yīng)用任何工具處理；（5）炮孔有水時采用高壓風(fēng)吹或裝乳化炸藥，裝藥速度不宜過快，乳化炸藥裝入前要順直，保證炸藥深入孔底；（6）起爆藥包放入孔內(nèi)時雷管的腳線要順直，輕輕拉緊，貼在孔壁一邊，防止腳線掉入孔內(nèi)；（7）光爆孔裝藥時，連接兩個竹片要綁扎牢固，避免脫節(jié)，導(dǎo)爆索搭接長度不小于20cm，防止裝藥在孔內(nèi)扭轉(zhuǎn)；（8）保證填塞長度和填塞質(zhì)量，填塞長度嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行，填塞料用黃土分層搗實，有水時填塞料用細(xì)砂。填料要慢慢放入孔內(nèi)，不得有碎石和易燃料，填塞防止懸空，防止破壞導(dǎo)爆管；（9）網(wǎng)路的敷設(shè)嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行。網(wǎng)路擺放清晰、有條理，避免對導(dǎo)爆管砸、拉、折等，孔內(nèi)不得有接頭。光爆孔采用導(dǎo)爆索串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，光瀑孔滯后主爆孔起爆，間隔時間不小于75ms；（10）在距離建筑物較近處實施爆破時，除對爆體進(jìn)行覆蓋防護(hù)外，還要對建筑物的相應(yīng)部位進(jìn)行保護(hù)；（11）裝藥時，爆區(qū)周圍設(shè)立警戒標(biāo)志，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入，爆區(qū)嚴(yán)禁煙火，嚴(yán)禁攜帶爆材離開現(xiàn)場；（12）爆破前要加強警戒，由于周圍有住戶，在爆破前提前通知，防止對構(gòu)筑物及人員傷害。爆破警戒范圍不小于200m。

9 爆破效果

在鲅魚圈鐵路專用線路基開挖工程中，路塹邊坡采用光面爆破法施工后，所有光爆部位沿光爆炮孔連線方向切開，堅硬的孔口無破壞，半孔率達(dá)到70%以上，基巖穩(wěn)定平整。同時有效控制了超挖欠挖現(xiàn)象，也有效控制了爆破地震效應(yīng)及飛石對周圍環(huán)境的影響，按時完成工期。

10 結(jié)語

在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的邊坡采用光面爆破技術(shù)方案，可以做到既保證周圍環(huán)境的安全，又可以取得良好的效果，體會如下：（1）爆破參數(shù)的設(shè)計要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境、地形地質(zhì)條件確定；（2）嚴(yán)格控制鉆孔的質(zhì)量，鉆孔操作手必須熟練操作鉆機(jī)，孔位、孔深、角度必須符合設(shè)計要求；（3）試爆必須提前進(jìn)行，根據(jù)試爆結(jié)果調(diào)整爆破參數(shù)、光爆層厚度、緩沖層厚度及延期時間。實踐證明，只要按照以上要點精心施工，采用光面爆破法控制邊坡穩(wěn)定可以取得滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

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