巖質(zhì)高邊坡爆破設(shè)計施工方案研究

劉 剛

（山西路橋集團晉南項目管理有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

1.1 爆區(qū)環(huán)境

該工程爆區(qū)K1+734.735—K1+900.561 段東南側(cè)為江鶴高速公路，西北方向為連山群體；DK0+447.692—DK0+300 段東側(cè)為江肇高速公路，西側(cè)近農(nóng)田，南北側(cè)為連著山體；CK0+745—CK0+468.125 段北側(cè)為江肇高速公路，南側(cè)靠山，東、西兩側(cè)靠近路基；AK0+811.251—AK0+677.832 段東南側(cè)為江肇高速公路，北面靠農(nóng)田，東、西兩側(cè)連著山體。該工程爆破時要考慮的重點是控制爆破震動，確保過往車輛、人員安全。

1.2 地層巖性

基巖主要為燕山期的侵入巖，該工程的巖體按風(fēng)化程度劃分為5 個風(fēng)化等級，即全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化和新鮮巖體[1]。施工按土和石兩類劃分，土石方界限以最低一層強風(fēng)化巖石底面為界，該界面以上為土方，該界面以下為石方。

1.3 爆破工程特點和難點

a）爆破石碴塊度要求達到60%以上，而且應(yīng)需要的爆破塊度較小，以滿足需要，同時又要求爆破時不能傷害邊坡，除保證邊坡穩(wěn)定性良好，嚴格控制超欠挖，而且要求半孔率達到50%以上，上述兩者制約了選擇爆破方法和相應(yīng)的爆破參數(shù)。

b）施工地形和施工作業(yè)條件較復(fù)雜，由于爆破工作是在已形成的“一面墻”式的高陡邊坡上進行，自上而下施工時，每一個臺階擴幫寬度又不大，同時又要清挖上層的表土層和全風(fēng)化巖，才進行爆破作業(yè)，使爆、裝、運、填一條龍施工復(fù)雜化。

c）施工作業(yè)和爆破工作的安全性，也是該段一個較大的難點。施工過程既要保證開挖裝車和運輸工作的安全性，還要考慮到爆破產(chǎn)生的爆碴拋擲對下部擋墻的破壞和公路運營安全的影響。

d）由于靠近江鶴高速公路，要確保高速公路運營安全不允許組織大型機械化施工作業(yè)。

e）因為整個工程是處在自上而下分級開挖，為了滿足最大的爆破和裝運能力，工程是處在最大的開拓強度情況下施工（即多臺階、窄平臺），要求整個開挖區(qū)和各平臺之間需要平行和超前跟蹤式工作推進。同時施工期大部分時間在雷雨季節(jié)期進行（6—8月），這給整個工程特別是爆破工作帶來較大的困難。

1.4 對爆破工作的要求

a）爆破工作應(yīng)與周邊環(huán)境、進度相配合，保證挖填工作平衡。

b）爆破方法應(yīng)選擇安全、合理的爆破參數(shù)，應(yīng)對路塹邊坡不造成傷害，要按設(shè)計坡比施工，嚴禁超爆和欠爆。

c）鉆孔設(shè)備應(yīng)選用先進、高效能，可靠的潛孔鉆和配套機具，達到最大的鉆爆能力，以滿足裝挖填工程數(shù)量和規(guī)格的要求。

d）選用的爆破方法應(yīng)安全、可靠，特別是在雷雨施工季節(jié)作業(yè)，應(yīng)做到絕對安全施工，并應(yīng)有相應(yīng)的安全防范措施。

2 爆破施工方案的選擇

a）由于爆破要滿足不同規(guī)格的石料要求，而且爆破工作應(yīng)在完成上部表土層剝離及清運后才進行。因此，爆破能力要求達到1 400 m3/d 以上（裝車方計2 000 m3/d）設(shè)計必須采用大型高效能的潛孔鉆，用中深孔爆破法才能滿足工程施工的需要。

b）為了防止爆破對保留巖體的整體性不被破壞，要求每次爆破規(guī)模和選擇的爆破方法應(yīng)保證邊坡不受破壞。因此，在臨近邊坡地段不能采用常規(guī)的中深孔爆破法，應(yīng)選用較小孔徑炮孔（d≤76 mm）進行光面、預(yù)裂爆破法[2]。

c）當(dāng)不能采用潛孔鉆地段或處理山體大孤石時，邊坡和地腳等地方選用小孔徑（d=38～42 mm）淺眼小網(wǎng)孔非電微差控制爆破法[3]。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.1 鉆孔孔徑d 的選擇

為了獲得較好的爆破效果和設(shè)計要求的爆破石料，鉆孔直徑應(yīng)以較大為宜，因為孔徑較大，則平均每米炮孔爆方量也增大，并可大大降低爆破成本。因此在擴幫地段選用孔徑90～100 mm 潛孔鉆較適宜。但是在臨幫地段為了不傷害邊坡和達到較大的半孔率，炮孔直徑不宜大于76 mm，并應(yīng)采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)[4]和合理選擇爆破參數(shù)。

3.2 臺階高度的確定

根據(jù)擴幫設(shè)計方案要求，最終邊坡的工作臺階和邊坡參數(shù)與原設(shè)計不變，因此爆破臺階高度為8 m。

3.3 鉆孔超深值Δh的選擇

超深目的是減少因地質(zhì)條件、巖層傾角變化或因爆破不良造成前排底盤抗力線過大而產(chǎn)生“根底”，直接影響爆破效果和裝挖工作與效率。設(shè)計選取的超深值應(yīng)適當(dāng)，超深值過大，不僅增加爆破成本，減少每米鉆孔的爆破量，而且對下一臺階超爆造成鉆孔的困難，但超深值過小，又會影響爆破質(zhì)量。一般超深值 Δh=（0.1～0.15）·h 較合適[1]。該設(shè)計正常炮孔超深選取1～1.2 m，但是對于光面和預(yù)裂孔，靠近最終邊坡一排孔不宜超深（最多只能超深10～15 cm）。

3.4 鉆孔傾角及鉆孔深度的選擇

鉆孔傾角r，其值取決于底盤抗力線大小和對臨幫地段預(yù)裂和光面爆破參數(shù)的要求，力求正常擴幫爆破段：如底盤抗力線過大時，前排炮孔應(yīng)采用斜孔布置，使底盤抗力線大致接近最小抵抗線，以消除“根底”并控制爆破塊度均勻。臨幫地段最終一排預(yù)裂孔或光面孔，一般采用鉆孔傾角接近設(shè)計邊坡比的斜孔施工，這將使爆破后形成的半邊孔與設(shè)計邊坡保持一致。

鉆孔深度 L=h+Δh0，m。

3.5 底盤抗力線的選擇

式中：b0為坡頂距，一般為0.5～1 m；α 為臺階坡面角；h 為臺階高度。

為了獲得良好的爆破質(zhì)量，W0值不宜過大，否則產(chǎn)生根底。影響W0值偏大原因是多方面的，施工中力求將其值減少到最小值。當(dāng)實際W0值過大時，前排布孔應(yīng)改用斜孔布置，使W0接近最小抵抗線，以消取根底和控制爆破塊度均勻。

3.6 鉆孔間距a和排距b的選擇

鉆孔間距和排距（簡稱孔網(wǎng)參數(shù)a×b）是決定爆破效果和爆破技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)好壞的重要因素，孔網(wǎng)參數(shù)較大，平均每米炮孔爆方量也加大，爆破塊度相對也較大。但是過大的孔網(wǎng)參數(shù)，必然在炮孔間產(chǎn)生“巖?！焙偷啬_，直接影響裝車效率，特別對于微風(fēng)化及新基巖地段選擇孔網(wǎng)參數(shù)應(yīng)十分慎重。對于預(yù)裂和光面爆破，它是利用爆破形成的預(yù)裂斷裂面達到減弱主爆區(qū)爆破時產(chǎn)生的地震波對邊坡巖體的影響，形成一條預(yù)裂線或半邊光滑炮孔。當(dāng)孔距過大時，便不可達到上述目的，相反孔間距離偏小，則鉆孔量增加，爆破成本也相應(yīng)增加。鉆孔平面布置圖見圖1。

圖1 鉆孔平面布置圖

正常炮孔間距 a=(32～35)·d，m，

式中：d 為孔徑，當(dāng) d=90 mm 時，a=2.8～3.0 m；排距b=0.85·a=2.6～2.8 m；即 a×b=7.5～8 m2。

正常擴幫孔網(wǎng)參數(shù)的確定，應(yīng)視巖石硬度和地質(zhì)構(gòu)造等因素綜合考慮，并通過試炮加以調(diào)整。同時按孔網(wǎng)參數(shù)計算的裝藥量，要滿足裝藥和堵塞要求，當(dāng)實際堵塞長度過大或過小，都直接影響爆破效果。堵塞長度值如小于設(shè)計規(guī)定值，將使柱狀藥包起爆中心上移，最小抵抗線減少，特別在前排炮孔底盤抗力線過大情況下，必然產(chǎn)生“沖炮”或大量飛石出現(xiàn)；相反，對于后排炮孔因孔網(wǎng)參數(shù)過小或其他原因造成堵塞長度過大，致使起爆藥包中心位置下移，將使爆破造成下部過度破碎而上部巖石僅產(chǎn)生“龜裂”或微松動而影響裝挖的效率甚至?xí)l(fā)生“巖檐”情況。

3.7 合理的堵塞長度值計算

合理的堵塞長度值按 L堵=（0.2～0.35）·h 計算。

該設(shè)計堵塞長度選取L堵≥2～3.5 m，對于光面爆破和預(yù)裂爆破時，堵塞長度一般保持在1～2 m 為宜。堵塞料要選用巖粉或細砂土，不能混有小石塊，確保不產(chǎn)生飛石事故。圖2 為炮眼裝藥結(jié)構(gòu)布置圖。

圖2 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)布置圖（單位：m）

3.8 微差時間值Δt的選擇

為了控制和改變最小抵抗線方向并使飛石避開下面公路，設(shè)計采用斜形（或楔形）布孔使抵抗線和飛石方向?qū)ο蛏襟w兩側(cè)。

正常擴幫地段起爆微差時間計算式為：

式中：W 為最小抵抗線，該設(shè)計采用50～75 ms 為宜，預(yù)裂爆破時可采用瞬爆，并應(yīng)在炮孔爆破之前起爆。

3.9 光面、預(yù)裂爆破法

光面爆破已被視為開挖工程中控制爆破的標(biāo)準(zhǔn)方法，不僅可以得到一個光滑的巖面，同時減少邊坡因爆破造成的傷害。預(yù)裂爆破是在主炮孔爆破之前起爆，布置在開挖邊線的一排預(yù)裂孔，爆破后，整個預(yù)裂孔平面形成一個斷裂面，以減弱主爆區(qū)爆破時地震波向邊坡巖體的影響。

3.9.1 光面爆破主要參數(shù)

a）炮孔直徑d=76 mm；

b）藥包直徑Φ=32 mm；

c）不偶合系數(shù) n=d/Φ=2.4；

d）最小抵抗線 W=(1.6～20)·d=1.3～1.6 m；

e）炮孔間距 a≤0.8·W=1～1.2 m；

f）裝藥集中度q=1.0～1.2 kg/m；

g）微差時間 Δt=75～100 ms；

h）堵塞長度 L堵=0.1·h=1.0 m；

i）超深值 Δh=0～15 cm。

3.9.2 預(yù)裂爆破參數(shù)

a）炮孔直徑76 mm；

b）藥卷直徑32 mm；

c）不偶合系數(shù) n=2.4；

d）最小抵抗線 W=(10～12)·d=0.8～1.0 m；

e）炮孔間距 a=(1～1.2)·W=1～1.2 m；

f）微差時向，瞬爆（同時起爆）；

g）裝藥集中度q=1.2～1.5 kg/m；

h）堵塞長度 L堵≥(0.2～0.25)·h=2～2.5 m。

光面、預(yù)裂爆破法盡管成本較高，但可獲得良好的技術(shù)指標(biāo)。其半孔率大于等于50%，超挖率小于等于5%，平均線性超挖小于等于150% mm，欠挖不應(yīng)出現(xiàn)，兩次爆破的連接臺階最大尺寸小于等于15 cm。

3.9.3 淺眼控制爆破法

淺眼爆破法是作為處理路塹進車溝（或開段溝），邊坡修整和爆破留下的巖梗，地腳和根底，以及大孤石解炮等工作，其爆破參數(shù)如下：

a）炮孔直徑 d=38～42 mm。

b）開挖（或爆破）高度值h，h 值視開挖路塹地形、邊坡角和處理對象及爆破要求而定，一般為3～5 m。

c）最小抵抗線值W，它是決定淺眼爆破的重要參數(shù)之一，它對爆破裝藥量、爆破效果、爆破飛石方向等重要爆破參數(shù)起著決定性的作用。

W 值與 h 值大體保持的關(guān)系為：W/h=（0.6～0.7）。

對于不同的巖性、巖層結(jié)構(gòu)，對爆破飛石的控制要求不同，以及采取防護措施等級不同，其值相應(yīng)也不同。

d）炮孔間距 a=（1～1.2）·W，m。

e）炮孔行距 b=0 .85·a，m。

f）超深值Δh，淺眼爆破一般取較大超深值，特別是要求平整路基和處理爆破根底時其值為（0.3～0.35）·h，是保證炮孔達到設(shè)計裝藥量和增加堵塞長度，目的防止飛石過大和過遠的飛散。

g）堵塞長度L堵，淺眼爆破因炮孔直徑較小，當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)偏大時，往往因裝藥長度過大而使堵塞長度不夠，造成飛石或沖炮事故。

因此在爆破裝藥計算時，必需驗算堵塞長度是否滿足設(shè)計值。

式中：L 為炮孔深度，m；L=h+Δh，m；Δh 為超深值，m；L堵≥L—L裝，m；L裝為裝藥長度，m。

同時，該設(shè)計在處理臺階開段溝和邊坡地腳以及處理大孤石解炮時，在靠近公路和東邊坡施工區(qū)地段，因居高臨下，飛石飛逸很遠，在無防護（復(fù)蓋沙包）情況下，除了適當(dāng)增加堵塞長度外更應(yīng)注意堵塞質(zhì)量，堵塞料一般用巖粉或細沙土，嚴禁混有小石塊或硬物在內(nèi)。

h）微差時間 Δt，一般選取 25～50 ms。

為了控制準(zhǔn)確的起爆順序和時間，所有爆破的起爆方法，應(yīng)采用電引爆方式（禁止用導(dǎo)火索點火式起爆法）。

3.9.4 孤石爆破法

開挖區(qū)山體或邊坡所有大小孤石必須進行爆破處理。爆破孤石的參數(shù)是：

a）炮孔直徑 d=32～40 mm。

b）炮孔深度L 一般為孤石厚度之半，即：L=（0.5～0.6）·B，

式中：B 為孤石厚度，m。

c）最小抵抗線W 由于孤石大部分是暴露在山體處，呈多自由面體，布置的炮孔位置必需使各自由面最小抵抗線相等，否則將產(chǎn)生嚴重飛石現(xiàn)象。最小抵抗線W 與炮孔深度L 保持關(guān)系為W=（0.55～0.6）·L，m，或 W=（0.3～0.35）·B。

d）孔距a 與排向b 厚度1 m 左右小孤石爆破一般采用單孔，或單排孔便可，但當(dāng)孤石體積較大，需同時進行多孔一次解炮時，必須采用多孔爆破法，此時孔網(wǎng)參數(shù)為：

a=（1.2～1.4）·W，m，

b=0.8·B，m。

計算出的孔網(wǎng)參數(shù)，必須根據(jù)孤石的硬度和巖石結(jié)構(gòu)和炮置布孔方式，從周邊孔的最小抵抗線W反算孔距和排距，最終確定孤石打眼數(shù)。孤石體的爆破裝藥量計算，可按下述進行：

式中：V 為孤石體積，m3/塊；K′為炸藥單耗。

K′值選取與孤石形狀、孤石風(fēng)化程度和結(jié)構(gòu)有關(guān)，應(yīng)通過試炮后才能確定，一般選取0.1～0.15 kg/m3。

計算出的Q孤值按總炮孔數(shù)加以分配才得出每炮孔的裝藥量。

e）堵塞長度L堵孤石爆破必須加大堵塞長度和堵塞質(zhì)量，在無防護措施（指不用鐵板或沙包壓頂）情況下：

L堵=（1.3～1.5）·W，m，或 L堵=（0.7～0.75）·L，m，式中：W 為最小抵抗線，m；L 為炮孔深度，m。

當(dāng)爆破靠近公路和接近東邊坡構(gòu)筑物施工區(qū)時，為了防止解炮產(chǎn)生大塊石損壞擋墻或飛散到運營公路范圍內(nèi)，建議采用沙包壓頂防護法。

4 裝藥量計算Q

4.1 正常中深孔爆破（孔徑d=90mm）

前排孔 Q前=K1·a·W0·h，kg/孔，

后排孔 Q后=K1·a·b·h，kg/孔，

式中：W0=b0＋h ctg α，m；b0為坡頂距一般為 0.5～1 m；α 為臺階坡面角一般為 80°～85°；a 與 b 為孔網(wǎng)參數(shù)；中微風(fēng)化巖a×b=3×2.6=7.8 m2；h 為臺階高度，規(guī)定為8～10 m；K1為炸藥單耗，中風(fēng)化巖取 0.45～0.5 kg/m3，微風(fēng)化巖取 0.5～0.55 kg/m3。

4.2 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)計算

a）平均每孔爆破方量V=78～80 m3/孔；

b）平均每米炮孔爆破方量hk=V/L=78/11=7 m3/m；

c）平均炸藥單耗 K′=0.5 kg/m3；

d）平均每孔裝藥量Q=K·V=0.5×80=40 kg/孔；

e）最后驗算堵塞長度能否滿足設(shè)計要求，實際裝藥長度L裝=Q/L′，

式中：L′為平均每米炮孔裝藥量，90 mm 炮孔5.2 kg；L裝=Q/L=40/5.2=7.69 m；L堵=11-7.7=3.3 m（滿足要求）。

5 施工工藝

a）裝藥工作 中深孔采用銨油炸藥為主（占90%～92%），用乳化炸藥做起爆藥包，（如炮孔有水時全部用乳化炸藥），采用雙向起爆藥包，用正反雙向裝藥結(jié)構(gòu)。光面和預(yù)裂孔采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

雨天裝藥前應(yīng)提前將炮孔積水抽干，并將炮口圍好，上加塑料布封好，孔底用乳化炸藥墊底。裝藥過程小心對導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)保護好，防止導(dǎo)爆管擠壓或打結(jié)造成盲炮。

b）堵塞工作用巖粉作填料，嚴禁將小石塊投入孔內(nèi)，堵塞時用力要均勻，小心保護導(dǎo)爆管，并記錄好堵塞長度和堵塞質(zhì)量。

c）起爆網(wǎng)絡(luò)及接線方法。

（a）在雷雨季節(jié)施工，采用非電微差爆破網(wǎng)絡(luò)，即每個炮孔用兩發(fā)同段非電微差雷管加工的起爆藥包與孔外導(dǎo)爆管用非電雷管相連，組成起爆系統(tǒng)。

（b）起爆前將各炮孔導(dǎo)爆管用“一把抓”（簇聯(lián)式）方法，加入非電雷管后用膠布包扎緊即可。

d）起爆順序 為了控制飛石方向，使爆破最小抵抗線朝向山體兩側(cè)處，采用V 型或楔形起爆方法，微差時間控制在50～75 ms 為宜。

6 爆破施工安全作業(yè)措施

a）施工隊每次（重復(fù)）中深孔爆破只需進行單體藥量計標(biāo)及對炮孔布置參數(shù)、裝藥參數(shù)及相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)作出計算，并對本次爆破安全工作應(yīng)作出全面評估。

b）對爆破方案的安全措施，特別是安全警戒距離和警戒哨崗人員情況及可能存在的不安全因素應(yīng)列出，并作詳細說明。

c）爆破警戒、信號和爆破時間。爆破警戒區(qū)設(shè)明顯的爆破警戒視聽信號標(biāo)志，實行定時爆破，并應(yīng)做好安全警戒的布置崗哨后才允許爆破作業(yè)。

d）雷雨期爆破作業(yè)的安全措施。

（a）凡天氣預(yù)報中雷雨或臺風(fēng)應(yīng)停止裝藥作業(yè)。

（b）裝藥或接線時遇到雷雨天應(yīng)立即停止作業(yè)，人員馬上撤離裝藥區(qū)，到安全地點。

（c）雷雨季節(jié)，禁止使用電起爆網(wǎng)絡(luò)，全部采用非電起爆網(wǎng)絡(luò)。

（d）雨季汽車運送炸藥上山，必須按安全規(guī)程，用加蓋防雨布密封，道路應(yīng)符合要求，人員運送炸藥上、下山，每人背重不得超過50 kg。

（e）雷雨天不得進行起爆藥包加工。

7 結(jié)語

本文通過對廣東省江門至肇慶高速公路的蓮花山互通的高邊坡爆破設(shè)計施工進行詳細介紹，按照本文設(shè)計參數(shù)，施工工藝圓滿完成了施工任務(wù)，對以后類高邊坡爆破設(shè)計施工能夠起到一定的借鑒作用。