復雜條件下高邊坡石方開挖爆破防護技術應用

曹林祥 曾波存

(中交第二航務工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430011)

0 引言

隨著高速公路的飛速發(fā)展，高邊坡施工對工程的施工及運營影響越來越大，高邊坡爆破開挖是最重要的環(huán)節(jié)之一。如何通過爆破控制高邊坡開挖對周邊環(huán)境的影響及減少對邊坡的穩(wěn)定性的影響，值得重視與借鑒。

1 工程概況

大岳高速一標地處構造剝蝕丘陵，山體相對高差50 m～60 m，山體自然坡度30°～40°，谷地多辟為農田，路基設計最大邊坡高度為58.5 m，中心最大挖深21.0 m。地層一次為全風化花崗巖(厚1 m～5.0 m)、強風化花崗巖(厚18 m～22 m)、中風化花崗巖(鉆探揭露厚度為5.6 m)。該段地表水不發(fā)育，地下水主要為基巖裂隙水，受季節(jié)影響小。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

右側邊坡最大高度約33 m，左側邊坡最大高度約58.5 m，邊坡巖體為強風化花崗巖，經分析該邊坡破壞形式主要為坡體沿強風化中風化分界面產生的類土質圓弧滑動，計算采用理正軟件，計算得該邊坡開挖后安全系數為0.963。

3 主要施工工藝及措施

3.1 工程措施

根據邊坡穩(wěn)定性分析評價，擬采用以下邊坡加固防護措施：

1)邊坡坡率。

路塹邊坡采用臺階式邊坡，坡率采用：1級～4級邊坡坡率采用1∶1；5級～7級邊坡坡率采用1∶1.25。臺階式邊坡每隔8 m設一級平臺，平臺寬2 m。

2)邊坡加固工程。

左側1級～3級邊坡采用非預應力錨桿框架加固，右側1級～5級邊坡采用預應力錨索框架加固。

3)排水工程措施。

本段邊坡坡體地下水不發(fā)育，根據邊坡施工開挖情況，及時進行動態(tài)跟蹤設計，確保邊坡排水暢通。

3.2 施工組織

按照從上至下的開挖施工順序逐級開挖，做到邊坡開挖一級防護一級。

對于設有錨固工程的高邊坡工程開挖，待上級邊坡錨固工程全部實施并產生加固作用后方可進行下級邊坡的土方開挖作業(yè)，逐級開挖，逐級加固。

對于石質邊坡開挖，接近路塹邊坡工程部位嚴禁采用大爆破，要求距設計坡面一定范圍內一律采用光面控制爆破，對于硬質巖石石方應采用光面、預裂爆破。

坡頂危石清理方案的制定是本次爆破設計的重點，坡頂危石一旦滾落，就會順著坡面越來越快，直接沖擊到坡下的墳地；同樣的，爆破產生的飛石也會順坡而變成滾石的，危害一樣大。

3.3 危石危害控制措施

1)危石清理方法選擇。

危石清理主要方法有三種，一是人工削方清理，二是爆破破碎清理，三是膨脹碎裂清理。其中人工削方清理方法適用于強風化巖層、巖體破碎且無大巖塊處；爆破破碎清理方法適用于巖體堅硬、塊度大處；膨脹碎裂清理方法與爆破破碎清理方法相似，是通過鉆孔裝藥(靜態(tài)膨脹劑)膨脹破碎再配以人工清除，此法施工簡單、安全，但投資略高。

考慮到現(xiàn)場實際情況，確定采用人工削方和爆破破碎相結合的清理方法對本工程復雜條件下深路塹邊坡開挖工程的坡頂危石進行清理。

2)危石清理工作布局。

為了確保整個危石清理工作安全有效地開展，必須要將整個危石清理工作從空間和時間上進行合理地分布。

從空間分區(qū)上看，將整個開挖區(qū)分為兩大部分，即危石清理區(qū)和常規(guī)爆破區(qū)。危石清理區(qū)主要指產生的爆破滾石能夠影響到右側岳陽方向坡下墳地的開挖區(qū)域，原則上墳地水平線上方的區(qū)域都是該區(qū)域；其他區(qū)域則為常規(guī)爆破區(qū)域。

從開挖時間順序上看，先清理靠岳陽方向的危石，讓其直接滾落到山下的征收空地中，形成有效的補償空間，再逐漸向臨湘方向進行清理，最小抵抗線方向盡量朝向岳陽方向或路基方向；清理工作遵從由上往下的順序。

3)危石爆破破碎技術。

路塹爆破工作布局：根據現(xiàn)場爆破具體情況，主體爆破采用全雙路塹分層臺階爆破開挖，局部爆破采用半路塹分層/單層臺階爆破開挖，對應邊坡處都采用預裂光面爆破開挖。

為了有效控制飛石飛散，減少爆破塊度，根據爆破條件的變化，合理確定炸藥單耗和爆破參數，采用巖屑堵塞孔口并搗實，保證炮孔的堵塞長度和質量，采用密打孔少裝藥。

3.4 滾石危害控制措施

1)滾石基本形成。

滾石是因爆破松散碎石順坡滾下形成，即使能控制到爆破巖石的散而不拋(實際上是難以做到的)，坡面的勢能也會推動碎石下滾形成滾石。

2)滾石危害控制。

通過對爆破區(qū)周邊環(huán)境的調查，由于山高坡陡且爆區(qū)緊臨墳地，萬一滾石落入坡下的墳地，將會產生不良的社會影響和造成一定的經濟損失。

控制滾石危害應從主、被動兩個方面入手，重點考慮四個問題：一是如何降低滾石速度；二是如何減小滾石塊度；三是如何減弱滾石彈跳；四是如何攔截滾石。

3)降低滾石速度。

降低滾石速度的主要措施就是降低炸藥單耗。在進行藥孔參數設計時，炸藥爆炸作用指數必須按照微量松散爆破漏斗來開展。

爆破參數中炮孔底盤抵抗線、炮孔填塞長度、炸藥單耗、地形地質條件的變化都影響爆破能量的合理分布，稍有變化就會出現(xiàn)炸藥爆炸能量過剩，從而推動碎石運動，增加了飛石和滾石的初速度。裝藥施工必須根據地形地質情況調整裝藥，起爆網路聯(lián)結和毫秒微差雷管段數選用也對飛石產生影響。

4)減小滾石塊度。

山坡的存在，也會促使碎石向坡下滾動。減少滾石動能破壞的另外一個重要措施就是減少單個碎石的塊度，必須確保爆破塊度均勻，盡量不出現(xiàn)特別大的塊石。其控制主要措施就是優(yōu)化孔網參數，即：一是采用微傾斜炮孔，使得抵抗線基本均勻；二是采用梅花形布孔，確保炮孔分布均勻；三是確保填塞長度適中，同時保證填塞質量；四是減少炸藥在炮孔中的集中程度，盡量沿全長均勻分布；五是必須提前清除面上松石和浮石。

5)減弱滾石彈跳。

爆破碎石沿山坡向下滾動，當其遇到凸出物后，相互碰撞，如果碰撞角度合適，會產生撞擊跳動。根據動量守恒原理，碎石越小彈跳越高，碎石越大，彈跳越低。減弱滾石彈跳主要措施為：一是優(yōu)化爆破破碎順序，盡量由下向上開挖，減少碎石隨坡一路滾下可能；二是密打孔優(yōu)化塊度，避免塊度不均勻；三是及時清除爆破碎石和坡面松石，減少二次碰撞。

6)構筑滾石攔截臺。

由于坡面角比較大，人工削方和爆破破碎后的松石都會順坡由上向下滾動，直接威脅到坡下的墳地，因此必須采取必要的攔截防護措施。

攔截防護是一種被動防護，綜合考慮坡度、成本及攔截效果，確定采用的滾石攔截防護主要措施為構筑滾石攔截臺。

7)滾石破碎清運。

每次爆破的碎石會沿坡面自然滾落到攔石墻前方的落石槽中進行收納，當滾石收納到一定數量時，必須進行及時破碎并清運，只有完成有效清理并檢查合格后，才能進入下一次爆破作業(yè)。

3.5 爆破飛石控制措施

1)爆破飛石形成。

石方爆破時，部分巖塊脫離巖體拋擲至遠處，形成爆破飛石。

2)爆破飛石距離。

飛石拋落距離取決于拋射角、初速和地形、風向等各種因素，飛石本身形狀和尺寸也有很大影響。

山區(qū)爆破要考慮地形影響，沿山坡下方拋散時飛石拋落距離為：

其中，V0為飛石初速度,m/s；α為飛石拋射角，(°)；β為山體坡角，(°)；g為重力加速度，取10 m/s2。

拋射角α=45°時飛散最遠，大量測試數據表明，松動爆破時飛石初速約為10 m/s～20 m/s，本處山體坡角約45°，于是可以計算出爆破飛石最遠距離為：20 m～80 m。實踐證明，正常淺孔松散爆破的飛石一般不會太遠。但由于過量裝藥、介質不均勻性、起爆順序錯誤等種種原因，個別飛石距離可能大于200 m，甚至更遠。

3)飛石控制措施。

按設計方案科學施工，嚴格測量驗收，是爆破飛石控制的關鍵。鉆孔前應該將表面覆土清除干凈；裝藥前應認真校核各炮孔最小抵抗線及間/排距，如有變化，必須修正裝藥量，不準超裝藥量。同時采用低爆速炸藥，不耦合裝藥、擠壓爆破和微差起爆等，可以起到控制飛石的作用。

4 結語

通過以上內容對復雜條件下深路塹高邊坡石方開挖爆破的施工主要從邊坡加固防護措施、施工組織、控制措施三方面入手，著重對危石危害、滾石危害、爆破飛石控制措施提出相應的一些建議，以保證高邊坡石方爆破施工的安全性、高效性。

[1] 魯建邦,鄭爽英,張繼春,等.電氣化鐵路站場的高陡邊坡擴塹控制爆破[J].爆破,2005(1):48-51.

[2] 陳謀新,金人夔.電化鐵路路塹邊坡的爆破開挖技術[J].鐵道工程學報,1995(3):98-104.

[3] 劉 航.緊鄰既有線石方安全控制爆破技術[J].鐵道建筑技術,2012(1):118-123.