光面爆破技術(shù)在高速公路既有線擴(kuò)塹工程中的應(yīng)用

文昌盛，黃夢(mèng)昌，周富華，牛紅梅

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

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光面爆破技術(shù)在高速公路既有線擴(kuò)塹工程中的應(yīng)用

文昌盛，黃夢(mèng)昌，周富華，牛紅梅

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

文章結(jié)合柳南高速公路K1248+800～YK1266+500段擴(kuò)塹工程實(shí)例，介紹了光面爆破的施工方案及爆破參數(shù)、起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，以及光面爆破施工的控制措施，同時(shí)闡述了爆破效果，指出采用逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)，減小了爆破震動(dòng)、飛石對(duì)公路及公路附屬設(shè)施的影響，達(dá)到了“邊施工，邊通車”的要求。

光面爆破；逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)；改擴(kuò)建工程；擴(kuò)塹；高速公路既有線

0　引言

高速公路改擴(kuò)建工程擴(kuò)塹爆破施工中，需對(duì)既有邊坡進(jìn)行二次開挖，如何提高爆后邊坡的質(zhì)量、確保邊坡穩(wěn)定，避免次生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)降低工程成本，保證高速公路運(yùn)營安全意義重大。

光面爆破又稱“密眼小炮孔爆破”，即沿開挖面輪廓線布置密集炮孔，裝填威力較小的炸藥或者采用不耦合裝藥，以控制邊坡成形，爆后形成光滑平整的開挖面，對(duì)保留巖體的擾動(dòng)與破壞程度下降，從而提高開挖邊坡質(zhì)量與邊坡穩(wěn)定性。

1　工程概況

擬擴(kuò)塹邊坡位于柳南高速公路改擴(kuò)建工程K1249+800～K1249+900段線路

北側(cè)，毗鄰既有高速公路，既有邊坡從上至下分三層，臺(tái)階高度分別為8 m、6 m、6 m，坡比均為1∶0.3。設(shè)計(jì)邊坡臺(tái)階高度與坡比均與既有邊坡一致。既有邊坡如圖1所示。

圖1　擬開挖邊坡現(xiàn)狀圖

山體坡腳即為高速公路路面，因此需要嚴(yán)格控制爆破飛石、爆破震動(dòng)等爆破災(zāi)害效應(yīng)，滿足“邊施工，邊通車”的要求，其次需形成完整光滑的開挖面，確保開挖邊坡的穩(wěn)定。

2　施工方案的選擇

(1)起爆方向平行于高速公路既有線，主爆區(qū)采用拉槽深孔松動(dòng)控制爆破，靠近設(shè)計(jì)邊坡處預(yù)留光爆層，采用光面爆破。光爆層用導(dǎo)爆管雷管與主爆區(qū)連接，滯后起爆。

(2)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)，從上到下分臺(tái)階施工。每層臺(tái)階中若路塹深度<3 m，采用“炮頭”破碎，機(jī)械清除；路塹深度>3 m的一次開挖成形。

(3)對(duì)爆區(qū)采用“炮被”覆蓋的防護(hù)措施，每個(gè)炮孔孔口堆放1～2個(gè)沙袋。

3　光面爆破設(shè)計(jì)

影響光面爆破效果的因素主要有：鉆孔直徑、鉆孔精度、裝藥不耦合系數(shù)、臺(tái)階高度與孔深、堵塞長度等，合理的光爆參數(shù)是取得預(yù)期效果的前提條件。

3.1鉆孔直徑及鉆孔深度的確定

鉆孔孔徑主要取決于鉆機(jī)類型、巖體地質(zhì)狀況、作業(yè)條件、鉆孔效率等因素。取鉆孔直徑D=100 mm。

鉆孔深度L=(H+Δh)/sinα，其中H為臺(tái)階高度，Δh為超鉆深度，α為設(shè)計(jì)鉆孔方向與水平方向的夾角。由于底盤巖石的夾制作用，需進(jìn)行超鉆，避免臺(tái)階底部形成根底，超鉆長度可按下式取值：Δh=(0.5～0.35)W或Δh=(8～15)d，巖體堅(jiān)硬取最大值，反之取最小值。取超深Δh=1 m。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，本工程臺(tái)階高度為6 m、8 m，取主爆孔鉆孔深度為7 m、9 m，光爆孔鉆孔深度為7.3 m、9.4 m。

3.2最小抵抗線與孔間距的確定

光面爆破最小抵抗線W光即為光爆孔與主爆孔最后一排炮孔之間的光爆層巖體厚度，一般取W光=(10～20)D，D為孔徑，式中當(dāng)巖體堅(jiān)硬完整時(shí)系數(shù)取小值，反之，巖體軟弱破碎時(shí)系數(shù)取大值[1]。取W光=1.5 m。

光爆孔的鉆孔間距布置過大影響光面爆破效果，孔間距布置過小會(huì)降低施工效率，一般取a光=(0.6～0.8)W光。取a光=1.0 m。

主爆孔為垂直孔，采用寬孔距、小排距，梅花型布孔?？拙郺主=mW，式中m為密集系數(shù)，取m=1.0，W為底盤抵抗線，取W=3.0 m。排距b=(0.8～0.9)a主，取b=2.4 m。炮孔布置見圖2。

圖2　炮孔布置平面圖

3.3不耦合系數(shù)

不耦合裝藥利用藥包與炮孔壁之間的空隙，降低爆炸峰壓，增加爆壓作用時(shí)間。其中孔徑D與藥包直徑d的比值為不耦合系數(shù)，光面爆破中不耦合系數(shù)一般取2～3，在巖石抗壓強(qiáng)度較大時(shí)取小值，反之取大值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，取不耦合系數(shù)為2。

3.4線裝藥密度

光面爆破的線裝藥密度q光計(jì)算公式見式1[2]：

q光=k光×a光×W光

(1)

式中：k光——炸藥單耗(kg/m3)。

光面爆破炮孔底部加強(qiáng)線裝藥密度為平均線裝藥密度的2～5倍。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)松動(dòng)爆破試驗(yàn)，單耗k光=0.4 kg/m3。取q光=0.6 kg/m，炮孔底部1 m線裝藥密度為：

3 q光=1.8 kg/m。

3.5起爆順序

主爆區(qū)采用逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)，以導(dǎo)爆管雷管連接滯后爆破的光爆孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破器材，選用兩發(fā)5段導(dǎo)爆管雷管連接光爆孔與相鄰主爆孔，延時(shí)時(shí)間為110 ms。

光爆孔之間間隔時(shí)間越小，爆后邊坡愈平整，半孔率愈高，故光爆孔一次齊爆。

3.6堵塞長度

一般情況下，光爆孔堵塞長度L=(1.2～1.5)a或L=(15～20)d。

根據(jù)爆區(qū)周邊環(huán)境及地質(zhì)情況，主爆孔堵塞長度取2.5～3 m，光爆孔堵塞長度取1 m。爆區(qū)覆蓋一層“炮被”后，炮孔處加壓1～2個(gè)砂土袋。光面爆破參數(shù)見表1。

表1　爆破參數(shù)表

4　光面爆破施工控制

4.1鉆孔施工

光面爆破成功與否的關(guān)鍵在于鉆孔精度的控制，本工程鉆孔精度要求如下[3]：(1)開口孔位置偏差應(yīng)控制在±0.1 m內(nèi)；(2)鉆孔角度偏差應(yīng)控制在±2°內(nèi)；(3)鉆孔深度誤差控制在5%以內(nèi)。

鉆孔前，對(duì)山坡樹木、植被進(jìn)行砍伐清坡工作。清坡完成后進(jìn)行測(cè)量工作，確定開挖范圍，劃定邊坡輪廓線；爆破技術(shù)人員依據(jù)測(cè)量成果，按設(shè)計(jì)方案布置光爆孔，并做好標(biāo)記；鉆孔前需修建鉆孔平臺(tái)，平臺(tái)需盡量平整。

鉆孔時(shí)，鉆機(jī)從后排至前排采取后退式鉆孔。鉆孔前需認(rèn)真調(diào)整好鉆頭位置，孔口位置偏差應(yīng)控制在±0.1 m內(nèi)，根據(jù)邊坡設(shè)計(jì)要求調(diào)整鉆孔角度與方向，可在鉆機(jī)機(jī)架上吊一垂線，用標(biāo)準(zhǔn)角尺調(diào)整、校正鉆孔角度<2°；鉆孔接近孔深最后1～2 m時(shí)，要嚴(yán)格控制鉆孔進(jìn)尺，孔深誤差需<35 cm。

鉆孔后，用廢舊編織袋堵塞炮孔口，蓋上砂土袋保護(hù)炮孔。鉆孔完畢需盡快進(jìn)行爆破作業(yè)，以免炮孔進(jìn)水、被雜物堵塞或產(chǎn)生形變破壞。

4.2裝藥結(jié)構(gòu)

采用分段間隔裝藥，將藥柱分為兩段裝入炮孔，藥柱之間以細(xì)樹枝、竹篾片或特制的水袋隔開。裝藥前需核實(shí)炮孔孔深，以免炮孔存在堵塞、孔深減小，未疏通即裝藥易造成沖孔、飛石事故。合理利用炮棍(宜做刻度標(biāo)記)，掌握和控制裝藥長度、裝藥部位。

4.3堵塞

堵塞材料采用炮泥或鉆孔巖粉，用炮棍輕輕搗實(shí)。需注意：(1)炮泥不得混有大塊巖塊或土塊；(2)不得拉扯孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管角線，以免造成拒爆。

4.4起爆網(wǎng)絡(luò)

為有效控制爆破飛石、爆破地震，采用孔內(nèi)外毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)絡(luò)，采取逐孔起爆方式，從自由面開始，由前至后，逐孔逐排起爆，如圖3所示。

圖3　逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)圖

5　光面爆破效果分析

(1)光面爆破后，開挖邊坡上半孔率達(dá)85%以上；

(2)炮孔壁上無爆破裂紋；

(3)開挖坡面平整、美觀，超欠挖引起的開挖面凹凸起伏差≤15 cm；

(4)有效控制了爆破對(duì)邊坡和圍巖的損傷，爆后形成了光滑、平整、美觀的開挖邊坡；

(5)采用逐孔起爆方式，降低了爆破震動(dòng)及爆破飛石的危害效應(yīng)，最大限度地減小了爆破震動(dòng)對(duì)開挖邊坡、周邊高速公路及公路附屬設(shè)施的影響。

6　結(jié)語

(1)從工程實(shí)踐來看，光面爆破效果明顯，邊坡質(zhì)量得到有效控制，無明顯超挖欠挖現(xiàn)象，開挖面光滑平整，確保了路塹邊坡的穩(wěn)定性。

(2)光面爆破對(duì)光爆孔鉆孔精度、裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量等技術(shù)參數(shù)要求較高。爆破參數(shù)的選取應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)為準(zhǔn)，同時(shí)需要進(jìn)行精確的測(cè)量工作與鉆孔精度的嚴(yán)格控制，才能達(dá)到良好的光面爆破效果。

(3)相比常規(guī)爆破，光面爆破鉆孔數(shù)量多、精度要求高，施工成本較高。但光爆形成的開挖邊坡質(zhì)量較好、穩(wěn)定性較高，節(jié)省了公路運(yùn)營期邊坡地質(zhì)病害防護(hù)費(fèi)用，從長遠(yuǎn)而論，光面爆破具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

[1]蔡竹聰，徐建坤，王黎明，等.公路路塹邊坡光面爆破控制關(guān)鍵技術(shù)[J].路基工程，2013(3)：41-42.

[2]王舒毅，劉宏剛.柳桂高速公路羅山石質(zhì)路塹光面爆破[C].第五屆鐵路工程爆破學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1996.

[3]張志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

Application of Smooth Blasting Technology in Cutting Slope Expansion Pro-ject of Existing Expressway Lines

WEN Chang-sheng，HUANG Meng-chang，ZHOU Fu-hua，NIU Hong-mei

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

In combination with cutting slope expansion project of Liuzhou-Nanning Expressway K1248 +800～YK1266+500 section，this article introduced the construction scheme and blasting parameters of smooth blasting，initiation network design，as well as control measures of smooth blasting construction，and described the blasting effect，then pointed out that the hole-by-hole initiation network can reduce the impact of blasting vibration and flying stone on the highway and highway ancillary facilities，which can meet the“construction while the traffic”requirements.

Smooth blasting；Hole-by-hole initiation network；Reconstruction and expansion project；Cut-ting slope expansion；Existing expressway lines

2016-05-10

U416.1+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.004

1673-4874(2016)06-0013-03

文昌盛(1982—)，工程師，主要從事公路安全方面的研究工作；

黃夢(mèng)昌(1988—)，工程師，主要從事公路工程爆破及課題研究工作；

周富華(1970—)，教授級(jí)高工，主要從事公路巖土工程設(shè)計(jì)與施工工作；

牛紅梅(1981—)，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及課題研究工作。

2014年度廣西交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目“廣西高速公路既有線擴(kuò)塹石方控制爆破安全技術(shù)研究”(桂交科教發(fā)【2014】48號(hào))；2015年度南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目“廣西干線公路地質(zhì)災(zāi)害智能應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)研究”(南科發(fā)【2015】17號(hào))