高邊坡深路塹石方控制爆破技術(shù)的應(yīng)用

王祥宇

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550018）

1 工程概況

納晴T19合同段起訖樁號YK137+140—YK143+858，起點在老鷹巖隧道中間，該標段全線均為分離式設(shè)計，線路長6.72km，其中路基、橋梁、隧道分別占比27.1%、6.7%、66.2%，橋隧比為72.9%，路基整幅寬26m。該標段為深路塹高邊坡，順層路塹邊坡高度在30m以上的區(qū)域共有6處；邊坡高度最大達到66.1m，高邊坡深路塹路段長度合計為1 060m（單側(cè)）。起訖樁號BSK4+040—BSK4+300段地面標高1 395.2～1 595.1m，地面自然坡度11°～40°，地表植被發(fā)育。結(jié)合該路段含水介質(zhì)屬性、地下水埋深及運移情況，可將該路段地下水分為第四系松散巖類孔隙水和巖溶水：前者大量賦存于殘坡積松散層孔隙內(nèi)，大氣降水是其主要的補給來源，并主要通過蒸發(fā)和側(cè)向滲流排泄，賦存空間相當有限，且水位不固定，存在較為明顯的季節(jié)性變化。施工過程中如果遇到雨季，則發(fā)生滲水的可能性較大，但演變?yōu)橛克目赡苄圆淮?，故對工程施工的影響也較小。而后者則大量賦存于灰?guī)r地層中，其水量大小主要受到地形、斷層、裂隙及巖溶發(fā)育程度、補給條件等的綜合影響，其中，區(qū)內(nèi)降水是影響其水量大小的主要因素，雨季時地下水水位較高。

BSK4+040—BSK4+300左側(cè)邊坡開挖傾向29°，開挖傾角45°，結(jié)合邊坡與巖體結(jié)構(gòu)面之間的組合關(guān)系，巖層與邊坡傾向相同，但是傾角比坡腳小，十分不利于邊坡穩(wěn)定。節(jié)理L1、L2的組合交棱線及節(jié)理L2均位于邊坡內(nèi)側(cè)，影響邊坡穩(wěn)定；邊坡開挖過程中，沿節(jié)理、裂隙面產(chǎn)生局部崩塌的可能性非常大，必須分級開挖和防護，將坡面不穩(wěn)定塊體全部清除，同時增強邊坡支護及坡面截排水。邊坡穩(wěn)定性具體情況見圖1。

圖1 BSK4+040—BSK4+300左側(cè)邊坡穩(wěn)定性

2 控制爆破設(shè)計

2.1 開挖爆破方法

為避免爆破開挖影響邊坡穩(wěn)定性，主要采用淺孔爆破和深孔爆破，避免使用大藥量爆破施工。為保證巖石邊坡的穩(wěn)定與平順，應(yīng)對距離巖石開挖邊線1～2m范圍內(nèi)的區(qū)域優(yōu)先使用預(yù)裂爆破、光面爆破、小型排炮微差爆破等控制技術(shù)；而路塹石方開挖則采用光面（預(yù)裂）爆破法施工。

2.2 炮孔裝藥量

BSK4+040—BSK4+300左側(cè)邊坡石方開挖炮孔裝藥量按照下式確定：

式中：Q為炮孔裝藥量（kg）；q為炸藥消耗量，主炮孔在0.45～0.50kg/m3范圍內(nèi)取值，靠近既有線的炮孔則按主炮孔消耗量的85～90%取值；該參數(shù)為石方控制爆破開挖施工的關(guān)鍵性參數(shù)，對于對施工線路威脅不大的區(qū)域，應(yīng)該取較大值，對于危及線路安全的邊坡外緣等區(qū)域，應(yīng)取較小值[1]；a為炮孔間距（m），按照炮孔排距的1.1倍取值；b為炮孔排距（m），取1.2m；H為梯段設(shè)計高度（m），在2.6～2.8m范圍內(nèi)取值。

該標段高邊坡深路塹石方控制爆破開挖采用2#硝銨炸藥，炮孔按照兩種形式裝藥：當孔深在1.0～1.5m范圍內(nèi)時，應(yīng)按照實際裝藥量將炸藥全部裝入孔底；當孔深超出1.5m時，應(yīng)采用間隔裝藥形式，即每孔均按照實際裝藥量的2/3裝藥至孔底，另外1/3裝在炮孔之間。當開挖邊坡高度不超出5.0m時，炮孔孔徑應(yīng)為50mm，光爆層設(shè)計厚度取1.25m，光爆孔孔距為0.75m，預(yù)裂爆破孔孔距取0.4m；而當邊坡開挖高度超出5.0m，炮孔孔徑應(yīng)為80mm，光爆層設(shè)計厚度取2.0m，光爆孔孔距取1.2m，預(yù)裂爆破孔孔距取0.8m。光面爆破和預(yù)裂爆破炮孔超鉆鉆深分別取0.3m和0.5m；在單獨采用光面（預(yù)裂）爆破開挖施工技術(shù)時，警戒范圍應(yīng)至少200m，如果同時實施主體爆破，則警戒距離應(yīng)結(jié)合具體規(guī)范按照超出200m的情況設(shè)置。

為保證光面爆破開挖施工效果，應(yīng)通過導(dǎo)爆索連接全部光面孔后引爆，盡可能縮短各孔爆破的時間差且最好同時起爆。此外，還應(yīng)在導(dǎo)爆索上按照裝藥密度間斷或連續(xù)捆綁炸藥；在孔底應(yīng)用長度為0.3～0.5m長的管裝炸藥加強底藥，確保能將底部巖石充分炸開。爆破孔孔口按照1.0～1.5m的長度堵塞，堵塞物必須采用毫秒電雷管和主藥包一同起爆，即使無法同時起爆，則堵塞物的延時起爆時間也不得超出50ms。

2.3 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

該路塹邊坡石方開挖采用導(dǎo)爆管非電起爆方式，將同一段毫秒雷管安裝在同一列炮孔中，該毫秒雷管在炮孔外串聯(lián)，并按照橫斷面中間炮孔先起爆，隔斷后逐次向兩側(cè)起爆的方式[2]。具體設(shè)計見圖2。

圖2 光面（預(yù)裂）爆破起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

3 爆破施工

3.1 鉆孔、裝藥

在鉆孔前應(yīng)將表層覆土和危石徹底清除，測量放樣后按照設(shè)計要求布孔，鉆孔深度誤差應(yīng)控制在炮孔深度±2.5%的范圍內(nèi)，孔口位置偏差應(yīng)不超出炮孔直徑。結(jié)束鉆孔后，應(yīng)進行孔深、孔斜、孔口位置等參數(shù)的檢查，對于不合格的情況必須重新鉆孔。

裝藥前再次查驗炮孔孔位、方向、孔深等參數(shù)。將按裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計值所制作的藥串裝入炮孔中，再通過填塞料充填孔口，且填塞過程不得破壞引線，填塞完成后進行模擬起爆試驗，根據(jù)爆破試驗結(jié)果確定實際裝藥量。對于較大梯段炮孔，應(yīng)采取間隔裝藥的做法，確保巖石上均勻分布爆破能量；深孔控制爆破則按照兩間隔方式裝藥，中部的不裝藥區(qū)域長度至少為2.0m，炮孔下部按照設(shè)計裝藥量的2/3裝藥，并將部分炮孔長度通過鉆孔石屑填塞，最后將剩余藥量全部裝入。對于小梯段炮孔，則應(yīng)連續(xù)裝藥，并通過黏土將炮孔口部至少2.0m長的部分堵塞，起到防止飛石和預(yù)防能量損失[3]的作用。

光面（預(yù)裂）爆破炮孔裝藥情況具體見圖3。

圖3 光面（預(yù)裂）爆破炮孔裝藥示意圖

為取得較好的爆破開挖效果，降低裝藥量，還應(yīng)加強堵塞控制。具體而言，該高邊坡深路塹石方開挖應(yīng)以具備一定含水率的砂黏土為堵塞材料，根據(jù)爆破孔孔徑、最小抵抗線等確定堵塞長度，實際堵塞長度應(yīng)超出最小抵抗線。

3.2 起爆

按照《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）相關(guān)規(guī)定以及爆破安全設(shè)計，根據(jù)該標段高邊坡石方爆破開挖環(huán)境，應(yīng)主要設(shè)置4個爆破安全警戒點（具體見圖4）。深孔爆破和淺孔臺階爆破設(shè)置200m的警戒范圍，淺孔未形成臺階時設(shè)置300m的警戒范圍，機械設(shè)備撤離至100m的警戒范圍以外。BSK4+040—BSK4+300段邊坡石方開挖采用非電復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)，即同段別、等微差的起爆網(wǎng)絡(luò)，該起爆網(wǎng)絡(luò)所設(shè)置的雷管段別少，施工簡便，爆破破碎效果較好，并能有效降低爆破振動。在起爆開始后，應(yīng)按照“緩沖控制爆破段→開挖區(qū)→爆光面爆破段”的次序進行，各個起爆段落的起爆時間主要根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

3.3 安全防護

（1）減震措施。對于爆破環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域，必須逐孔控制一次齊爆裝藥量，以避免爆破產(chǎn)生的震動危害邊坡及周圍既有建筑；對于爆破環(huán)境較為安全的區(qū)域，則設(shè)置微差起爆網(wǎng)絡(luò)，達到降低地震波疊加的目的。實施光面預(yù)裂爆破方式，以降低爆破施工對附近民房以及預(yù)留邊坡等的擾動。以上減震措施的實施效果，應(yīng)在主體爆破施工過程中展開爆破震動監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析。

圖4 爆破警戒點及爆破安全警戒示意圖

（2）飛石預(yù)防。為避免爆破施工過程中爆破飛散物影響既有設(shè)施和周圍建筑物，必須結(jié)合爆破條件加強爆破參數(shù)的合理確定，結(jié)合各個炮孔抵抗線實測情況進行裝藥量的校核，并保證堵塞質(zhì)量，避免沖炮產(chǎn)生飛石；采取爆體全表面直接覆蓋防護，即在實施爆破初期將草袋等鋪設(shè)在爆破孔口，其上壓覆袋裝土，再加蓋直徑10mm、長×寬尺寸為4cm×4cm的鋼繩網(wǎng)，鋼繩網(wǎng)按照不短于15cm的長度搭接，并按照后爆孔先覆蓋的原則以搭接方式覆蓋在草袋、袋裝土等的最外層。考慮到以上多層次覆蓋結(jié)構(gòu)仍存在網(wǎng)眼，無法抵擋飛石，故又在其鋼繩網(wǎng)下部加鋪了一層由廢舊輪胎條編織而成的“炮被”，以起到較好的防護效果。

此外，為避免爆破開挖過程中發(fā)生滾石與滑塌，還增設(shè)了鋼管排架結(jié)構(gòu)，其中鋼管材料主要為?50mm×5mm的無縫鋼管，借助?25mm錨桿與周圍山體固定；鋼管排架共按照4層設(shè)置，其中第一層鋼管排架主要由?50mm×5mm的無縫鋼管拼接而成；第二層則為?10mm鋼筋按照長度和寬度均為30cm所焊接而成的鋼筋網(wǎng)，并按照設(shè)計要求強度和鋼管排架牢固綁扎；第三層則主要在鋼筋網(wǎng)的內(nèi)側(cè)按要求綁扎單層鋼絲網(wǎng)；最高層為竹排結(jié)構(gòu)，并通過鋼絲繩和地錨鋼筋將排架頂部牢固連接。

3.4 爆破效果

該合同段BSK4+040—BSK4+300段石方爆破開挖工程量為62 025m3，爆破開挖全過程中并未出現(xiàn)任何阻斷交通和損壞周圍既有建筑的事件，爆破全過程施工安全目標順利實現(xiàn)。在施工高峰期間，還投入出碴施工機械，使施工進度加快，爆破開挖工效顯著提升，開工后的前兩個月開挖進度為124m3/d，此后開挖進度提升至226m3/d。該高邊坡路塹石方控制爆破開挖過程中所采取的鋼管排架+鋼筋網(wǎng)+鋼絲網(wǎng)+竹排的四層防護屏障，有效地避免了坡面滾石及滑塌，與此同時，在爆體上加蓋廢舊輪胎和鋼繩網(wǎng)所組成的“炮被”，阻擋飛石的效果優(yōu)良。爆破開挖施工采用深孔及較大的孔網(wǎng)參數(shù)，機械清方分層高度按照2.8～3.0m設(shè)置，排距和間距分別為1.2m和1.3m，延米炮孔爆破方量明顯增大。現(xiàn)場試爆所確定的0.45～0.50kg/m3的單孔裝藥量松動巖石、防止二次破碎的施工效果較好，既有助于機械清渣，又便于縮短施工時間，提升開挖工效。

4 結(jié)語

工程應(yīng)用效果表明，該合同段BSK4+040—BSK4+300段石方控制爆破開挖取得了較好的工程效果，路塹爆破開挖過程中幾乎無飛石，爆堆高度適中，邊坡坡面成型后平整度和穩(wěn)定度完全滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求。工程實踐也表明，為取得最佳的光面爆破開挖施工效果，必須保證爆破參數(shù)選擇的合理性，并加強爆破施工過程中夾層、石質(zhì)軟硬不一等地質(zhì)條件變化情況的控制，確保施工效果。