路基石方開挖中的爆破技術(shù)

□□ 趙 健 (山東高速工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

引言

由于我國地形地貌復(fù)雜多變，在公路建設(shè)中的深挖高填工程量非常大，爆破是巖質(zhì)邊坡開挖的重要方法[1-2]。爆破具有施工效率高和開挖成本低等優(yōu)點，但在巖質(zhì)邊坡爆破開挖過程中，當(dāng)開挖將達(dá)到巖質(zhì)邊坡設(shè)計坡面和平臺時，需要嚴(yán)格控制爆破作業(yè)參數(shù)，避免對巖質(zhì)邊坡設(shè)計坡面和平臺巖體造成較大的損傷，影響巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，同時要確保爆破施工期間鄰近道路的車輛和人員通行安全[3-5]。因此，對路基石方開挖過程中的爆破施工進(jìn)行深入研究和探討具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 工程概況

某項目路基石方爆破施工段樁號為K75+000～K83+120，全長為8.1 km。施工路基寬度為34.5 m，雙向六車道，全段石方爆破量約為111萬m3，路塹最大開挖高度約為17 m。地質(zhì)條件主要為中、強風(fēng)化硬質(zhì)巖石，挖方段邊坡坡比為1∶0.75～1∶1。該項目線路爆破點多，爆破環(huán)境較好的挖方路塹有四處：第一爆破點為K75+240附近，距離西側(cè)普通民房320 m；第二爆破點為K78+000附近，距離南側(cè)普通民房450 m以外，西側(cè)高壓線路130 m；第三爆破點為K81+600附近，距離南側(cè)石砌民房180 m，西南側(cè)210 m為高壓線路；第四處爆破點K82+500附近，距離西側(cè)鋼構(gòu)廠房210 m，東側(cè)普通民房350 m。

2 爆破方案

2.1 總體方案

根據(jù)爆破施工要求和現(xiàn)場工作條件(地形、地質(zhì)、設(shè)備和技術(shù)等)，該工程利用液壓潛孔鉆機(jī)，采用淺孔松動控制爆破、中深孔松動控制爆破技術(shù)及電子雷管逐孔起爆爆破網(wǎng)路。邊坡控制爆破采用預(yù)裂爆破的方式施工，機(jī)械清理坡面；找平層根據(jù)地形特征及各區(qū)域安全驗算結(jié)果選用液壓潛孔鉆或手風(fēng)鉆淺孔爆破、機(jī)械破碎等適宜的方式施工，孤石及爆破后不符合要求的石塊采用油錘解小。

爆破開挖前做好防護(hù)措施，確保四周建(構(gòu))筑物的安全及既有線、路的暢通，爆破時控制既有線、路一側(cè)藥包的最小抵抗線≮不逸出半徑，避免造成大量滾石堵塞和破壞既有線、路。爆破區(qū)域臨近高速公路的，爆破前和高速公路部門、業(yè)主組成指揮協(xié)調(diào)小組對既有線進(jìn)行短時間的交通管制，并制定應(yīng)急預(yù)案，確保既有線交通安全和暢通。

2.2 工程分級

根據(jù)對周邊環(huán)境的評價和線性工程安全控制特點，爆破工程分級和安全控制應(yīng)分段確定：K81+300～K81+780段爆區(qū)距離民房最近約為200 m，安全驗算的基數(shù)取200 m；各爆破區(qū)域內(nèi)其他需保護(hù)的目標(biāo)為高壓線路，由于其抗震能力大于普通民房，因而安全驗算時以抗震能力弱的建筑物為參照物。參照GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》及其XG1—2016第1號修改單，露天淺孔及深孔巖土爆破普通民宅的安全允許質(zhì)點振動速度范圍是當(dāng)10 Hz

為了確保被保護(hù)目標(biāo)的安全，根據(jù)各段被保護(hù)目標(biāo)的類別，此次設(shè)計驗算安全允許質(zhì)點振動速度控制閥值分別?。?.45 cm·s-1、0.9 cm·s-1和7.0 cm·s-1。依據(jù)薩道夫斯基變形公式：Qmax=R3(V/K)3/α保守計算，當(dāng)K值取250，a值取1.8，驗算后，最大單段藥量見表1。

表1 最大單段藥量表

2.3 爆破規(guī)?？刂?/h3>

爆破振動的控制同時考慮最大單段藥量和一次起爆的總藥量，按照上述驗算和爆破作業(yè)環(huán)境情況，根據(jù)確保爆破安全的原則，其爆破作業(yè)的最大單段藥量和一次起爆總藥量按以下標(biāo)準(zhǔn)控制：

區(qū)域A：K75+160～K76+860，單段藥量≯718 kg，一次起爆總藥量≯5 000 kg。

區(qū)域B：K77+840～K78+780，單段藥量≯1 702 kg，一次起爆總藥量≯5 000 kg。

區(qū)域C：K81+300～K81+780，最大單段藥量≯213 kg，一次起爆總藥量≯4 000 kg。

區(qū)域D：K82+380～K82+740，最大單段藥量≯213 kg，一次起爆總藥量≯4 000 kg。

根據(jù)爆破安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，按照爆破規(guī)模及周邊環(huán)境和爆破安全要求，該項目的爆破工程分級為C級。

2.4 分區(qū)域爆破施工方案

各施工區(qū)域爆破施工擬采用的施工方案見表2。

表2 各區(qū)域爆破施工施工方案

2.5 爆破試驗

為了進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)，提高爆破效果，有效控制爆破有害效應(yīng)，確保爆破安全，在大量爆破之前，選定小片區(qū)域進(jìn)行爆破試驗，選定區(qū)域原則：選擇各段相對安全的一塊小場地作為試驗區(qū)域；按設(shè)計參數(shù)進(jìn)行施工作業(yè)，一次爆破量控制在設(shè)計下限以內(nèi)；無需防護(hù)的地段增加防護(hù)措施，需防護(hù)的地段防護(hù)措施加倍布設(shè)。爆破試驗程序如下：

選定試驗K75+160～K76+860和清表后確需試炮的地段。

(1)爆破參數(shù)。按正常設(shè)計布孔與鉆孔，取不同的炸藥單耗進(jìn)行試驗，每排炮孔數(shù)取4～5個。通過試爆，確定合理的爆破參數(shù)，同時通過爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，用最小二乘法進(jìn)行回歸驗算，修整K、a數(shù)值，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。

(2)爆破試驗分為：以第一次爆破設(shè)計為基準(zhǔn)階段、之后2～3次調(diào)整參數(shù)為調(diào)整修改階段和以調(diào)整后參數(shù)指導(dǎo)爆破施工。

3 爆破技術(shù)設(shè)計

3.1 鉆機(jī)淺孔爆破

K77+840～K78+780段和K81+300～K81+780段，由于最大單段藥量和爆破規(guī)模限制，為了增加開挖效率，確保工期滿足要求，石方開挖應(yīng)以機(jī)械破碎為主，爆破施工作為機(jī)械開挖的輔助手段。爆破施工采用潛孔鉆機(jī)造孔，孔深為4 m，單孔裝藥量控制在5 kg，微差網(wǎng)路應(yīng)滿足逐孔起爆的技術(shù)要求，淺孔爆破參數(shù)見表3。

表3 淺孔爆破參數(shù)設(shè)計表

3.1.1潛孔鉆淺孔爆破參數(shù)設(shè)計

(1)臺階高H為3.4 m。

(2)爆破抵抗線一般為：W=(20～40)d，為了防止邊坡爆破時向既有線一側(cè)形成拋坍，取最小抵抗線為2 m。

(3)炮孔間距a=(25～40)d，此次取2 m。

(4)炮孔排距b：每個炮孔有一個適宜的負(fù)擔(dān)面積，即S=ab，計算后取b=a=2.0 m。

(5)炮孔深度L=H/sina+h=4.0 m；h為炮孔超深，取(0.15～0.3)W，計算后取0.6 m，W為藥包最小抵抗線2 m。

(6)單孔裝藥量Q=qabL=0.33×2.0×2.0×4.0=5.3 kg，取5.0 kg；炸藥單位消耗q取0.33 kg·m-3。

(7)堵塞長度：Lc≥30d。

主炮孔和邊坡傾斜孔爆破設(shè)計參數(shù)見表4。

表4 主炮孔和邊坡傾斜孔爆破設(shè)計參數(shù)

3.1.2邊坡控制爆破

邊坡控制爆破布置傾斜孔，孔口距坡面2.8 m，垂直孔深為3.5 m(斜長3.8 m)，孔底與坡面相交，炮孔與垂直界面的交角為24°，與水平面的交角66°。邊坡炮孔爆破后大約形成1∶0.75的自然邊坡，最后采用液壓油錘和大型挖掘機(jī)修整至設(shè)計開挖界面。

3.1.3既有線一側(cè)臨邊爆破藥包布置

臨邊炮孔的布置原則如下：

(1)藥包既有線一側(cè)的最小抵抗線≥40d≥3.6 m。

(2)藥包既有線一側(cè)的最小抵抗線≥不逸出半徑R，R按照1.8W估算，R≥3.6 m。

擬擴(kuò)挖的既有線邊坡坡比為1∶1.25，經(jīng)計算靠近既有線一側(cè)的炮孔至外邊緣破頂線的距離≥1.5 m時，其朝向既有線一側(cè)的最小抵抗線≥3.7 m。因而靠既有線一側(cè)的炮孔至外邊緣坡頂線的最短距離≮1.5 m。經(jīng)計算其靠近既有線一側(cè)底盤抵抗線為6.5 m，爆破開挖后在既有線一側(cè)會形成一個石坎，再次下挖爆破時能阻擋滾石。

3.2 深孔爆破設(shè)計

K75+160～K76+860段和K82+380～K82+740段，采用深孔爆破方式加快施工進(jìn)度。深孔爆破采用多排孔布置形式，炮孔傾角80～90°；鉆孔設(shè)備采用孔徑90 mm液壓潛孔鉆機(jī)，可根據(jù)其地形特征，選擇單層或自上而下分層開挖。

3.2.1深孔爆破參數(shù)設(shè)計

(1)分層臺階高H取6.0～8.0 m。

(2)爆破抵抗線一般為：W=(20～40)d，根據(jù)在該類型巖性中的施工經(jīng)驗，最小抵抗線為3.0 m。

(3)炮孔間距a=(25～50)d，此次取3 m，可根據(jù)地質(zhì)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。

(4)炮孔排距b計算后取3 m。

(5)炮孔深度L為6.9 m。

(6)炮孔超深h=(0.15～0.3)W，計算后取0.9 m。

(7)堵塞長度Lc≥30d。

(8)鉆孔中心至坡頂線的安全距離B≥2.5 m。

具體深孔爆破設(shè)計參數(shù)見表5。

表5 深孔爆破設(shè)計參數(shù)

3.2.2深孔爆破裝藥量設(shè)計

根據(jù)巖石可爆性和自由面情況，炸藥選用波阻抗相對匹配的2號抗水乳化炸藥；炸藥單位消耗q選取0.25～0.4 kg·m-3。炸藥的單孔裝藥量Q=0.35×3.0×3.0×6.9=21.74 kg，取20 kg；單孔裝藥量不得超過設(shè)計計算裝藥量，爆破參數(shù)的確定要根據(jù)爆破施工過程中的爆破效果，由爆破工程技術(shù)人員根據(jù)爆破方案設(shè)計原則，在爆破設(shè)計原則允許范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保其滿足爆破施工的各項技術(shù)指標(biāo)要求。

炮孔布置方式及裝藥結(jié)構(gòu)和炮孔平面布置如圖1和圖2所示。

圖1 炮孔布置方式及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 炮孔平面布置示意圖

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

為了保證爆破安全該項目起爆網(wǎng)路采用電子雷管逐孔起爆爆破方式，起爆網(wǎng)路的敷設(shè)應(yīng)根據(jù)爆破工藝的不同和安全要求選取。采用電子雷管孔內(nèi)延時接力，逐孔起爆爆破網(wǎng)路，為了確保起爆網(wǎng)路的延時精度滿足設(shè)計要求，采用毫秒間隔達(dá)到逐孔延時起爆，如圖3所示。

圖3 炮孔起爆順序示意圖

3.4 邊坡預(yù)裂爆破

深孔爆破邊坡控制爆破可采用預(yù)裂爆破的方式滿足工程技術(shù)要求。預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計如下：

(1)爆孔的直徑取Φ90 mm。

(2)不耦合系數(shù)n。n=d1/d2，其中d1為炮孔直徑，d2為藥卷直徑。應(yīng)使炮孔壓力低于孔壁巖石的動抗壓強度而高于運抗拉強度，該工程取2.0～2.5倍，藥卷采用d2為80 mm的乳化炸藥。

(3)預(yù)裂炮孔間距a。炮孔間距一般為孔直徑的10～15倍，在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應(yīng)取最小值，整體性好的巖石取大值，工程取1.2 m。

(4)最小抵抗線W。最小抵抗線應(yīng)小于炮孔的間距，為了保證巖壁預(yù)裂而不致破壞邊坡，抵抗線W也不宜過大，通常取W=(1～1.5)a。

(5)預(yù)裂炮孔的角度和深度。露天預(yù)裂爆破，預(yù)裂炮孔傾角與邊坡角一致，沿設(shè)計輪廓面布置，孔深根據(jù)臺階高度或開挖深度決定，并考慮一定的超深，一般超深為(10%～15%)L。

(6)線裝藥密度。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，取Q線=0.25～0.3 kg·m-1。底部線裝藥因孔底夾制作用，應(yīng)加強裝藥。一般取值為線裝藥密度的1～3倍，取Q底=2Q線=0.5 kg·m-1；上部正常裝藥段取0.25 kg·m-1。

(7)起爆間隔時間。如果采用主炮孔和副爆孔一起起爆的方式，主炮孔與副爆炮孔的起爆間隔時間應(yīng)<150 ms。

(8)網(wǎng)路連接方式。爆孔的連接采用電子雷管連接，因爆孔是沿邊坡線布設(shè)一排孔，故每段起爆的孔數(shù)即一段齊爆藥量根據(jù)周圍環(huán)境的安全要求而定，一次預(yù)裂爆破的孔數(shù)全部連接成并聯(lián)網(wǎng)路進(jìn)行起爆。

4 結(jié)語

爆破是巖質(zhì)邊坡開挖的重要手段，針對路基石方開挖中的爆破施工，結(jié)合工程具體情況對爆破方案進(jìn)行分析，同時設(shè)計了爆破技術(shù)，設(shè)計方案可以有效降低巖質(zhì)邊坡開挖對既有敏感建筑物的影響，減小爆破對設(shè)計邊坡巖體的破壞和損傷，降低施工風(fēng)險，提高施工質(zhì)量，減少人工刷坡工作量，提高施工進(jìn)度，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。