深路塹臺(tái)階松動(dòng)控制爆破及破碎度優(yōu)化參數(shù)研究

李偉

摘要：依托廣西岑溪至大新公路花崗巖質(zhì)深路塹的工程背景，開展深孔微差爆破技術(shù)試驗(yàn)研究，進(jìn)一步完善爆破工藝，試驗(yàn)研究成果表明：主爆區(qū)分臺(tái)階開挖自上而下，宜采用淺孔松動(dòng)控制爆破和深孔多排微差爆破組合爆破方式，路塹邊坡則宜采用預(yù)裂爆破?？组g延期18ms時(shí)，爆破后巖石大塊率降低至7.48%，巖石破碎度良好。間隔延期微差控制爆破極大改善了硐室爆破產(chǎn)生的大塊率，并減少了過度粉碎，能夠?qū)崿F(xiàn)破碎料移挖作填，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為同類工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：石方爆破；臺(tái)階微差控制爆破；間隔延期；減少大塊

0? ?引言

當(dāng)前土石方爆破技術(shù)主要包括條形藥包硐室爆破、間隔微差控制爆破、深孔微差擠壓爆破、深孔預(yù)裂爆破等。陳祥瑞[1]在石方爆破安全管理方面，提出了間隔裝藥長度的參數(shù)2.5～4.5m，巖石松軟取大值，巖石堅(jiān)硬取小值，為改善爆破效果，微差間隔時(shí)間取50ms。陳旭東[2]等開展了多邊界條件下的深孔爆破參數(shù)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)孔間延期時(shí)間為10ms，排間延期時(shí)間為50～125ms，取得了比較理想的爆破破巖效果。張業(yè)輝[3]采用深孔多排微差擠壓爆破和深孔預(yù)裂爆破組合技術(shù)降低大塊率，確保了邊坡平整穩(wěn)定。張陽光[4]等開展了不同孔間延期爆破塊度尺寸試驗(yàn)研究分析，得出排間延期50ms、孔間延期為19ms時(shí)更有利于巖石的破碎。

目前，國內(nèi)在石方松動(dòng)爆破、既有設(shè)施與村鎮(zhèn)防護(hù)基礎(chǔ)上開展的控制爆破，以及爆破破碎塊度理論[5]研究方面，已經(jīng)取得了較多的成果及經(jīng)驗(yàn)，但如何在爆破塊石粒徑滿足填料標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，采取適當(dāng)?shù)目刂票拼胧┙档驼駝?dòng)效應(yīng)，還需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究。

1? ?工程概況

1.1? ?項(xiàng)目概況

岑溪-大新公路玉林至橫縣段，是廣西全面“東融”，對(duì)接粵港澳大灣區(qū)的重要公路通道。全線采用雙向八車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度120km/h，整體式路基寬度為42m。沿線穿越玉林盆地西部地區(qū)構(gòu)造侵蝕低丘臺(tái)地，主要以深路塹、高墩橋梁方式通過，線路周邊廣泛分布村鎮(zhèn)，民房聚集，路基主要為中-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，路基毗鄰民房近距離安全保護(hù)是項(xiàng)目的難點(diǎn)。將路基開挖石方作為填料，粒徑要求控制在200mm以內(nèi)，級(jí)配良好，爆破破碎度控制亦是項(xiàng)目施工的難點(diǎn)。

1.2? ?工程水文地質(zhì)

線路K34+200～K34+353段路塹最大開挖深度35m，線路右側(cè)距離民房57～100m，深路塹地段揭示淺表層為第四系種植土（Q^ml），其下為第四系沖積層（Q^al）褐黃色，砂粒含量約占35%，由花崗巖風(fēng)化殘積而成，層厚0～2.1m。

下伏基巖分為印支期（γ₅¹）花崗巖，風(fēng)化不均勻，層頂埋深2.1m～3.5m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，層底埋深3.5～26.7m為中風(fēng)化花崗巖，深灰色，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，地基承載力特征值為2000kPa。路基段總體巖質(zhì)堅(jiān)硬，是良好的路基填料來源，具備爆破實(shí)施條件。

2? ?施工方案選擇

《爆破安全規(guī)程》[6]規(guī)定：對(duì)于一般民用建筑物，安全允許振速一般為2.0～2.5cm/s。在村鎮(zhèn)附近實(shí)施爆破時(shí)，需要采取控制爆破技術(shù)。為確保該段路塹一次爆破開挖成型，降低振動(dòng)效應(yīng)，并取得良好的爆塊率，施工中采取以下措施：

路基拉槽主爆區(qū)采用臺(tái)階多排微差控制爆破施工技術(shù)，相鄰兩排孔呈三角形布孔排間微差毫秒起爆，后排爆破與前排爆破巖堆產(chǎn)生擠壓作用，以形成良好的消能減震效應(yīng)。主爆區(qū)頂層臺(tái)階上部陡坡地段爆破深度約3～5m，采取直徑50mm淺孔松動(dòng)爆破，下部臺(tái)階采用直徑90～100mm深孔臺(tái)階微差松動(dòng)控制爆破，臺(tái)階設(shè)計(jì)深度10m。

路基開挖采取由上而下分臺(tái)階，縱向分段挖掘法，臺(tái)階寬度10～12m，爆破破碎塊度尺寸≤200mm以作為路堤填料。施工中嚴(yán)格控制爆體的最小抵抗線的方向，以控制爆破飛石的方向。將主爆區(qū)與邊坡預(yù)裂爆破之間2～3排爆孔，作為緩沖控制爆破區(qū)域，采取低藥量、大微差爆破方法以降低振動(dòng)，確保邊坡穩(wěn)定。

爆破施工順序如下：先起爆預(yù)裂爆破區(qū)，再起爆拉槽主爆區(qū)，然后緩沖控制爆破區(qū)，最后為拉槽與緩沖區(qū)間爆區(qū)，順線路方向分段依次循環(huán)爆破施工。

3? ?爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1? ?爆破安全參數(shù)確定

3.2? ?主爆區(qū)爆破參數(shù)確定

3.2.1? ?主爆區(qū)淺孔松動(dòng)控制爆破設(shè)計(jì)

淺孔松動(dòng)控制爆破一般在臺(tái)階上部或埋深較淺石方比例低的地段采用。臺(tái)階高度3m和5m的爆破參數(shù)如下：底板抵抗線均為2m，炮孔間距分別為1.8m和2.4m，炮孔排距分別為1.6m和2.1m，計(jì)算出的單孔裝藥量分別為3.93kg和10.97kg。

根據(jù)保護(hù)區(qū)控制爆破單段最大裝藥量，即可進(jìn)行一次齊發(fā)爆破單段數(shù)量以及爆破區(qū)域長度設(shè)計(jì)。例如，在距爆源中心距離57m的被保護(hù)建筑物，淺孔臺(tái)階深度為5m時(shí)，允許設(shè)置最多炮孔數(shù)N=5的孔，且爆區(qū)長度宜為12m。

3.2.2? ?主爆區(qū)多排深孔松動(dòng)控制爆破設(shè)計(jì)

直徑110mm和直徑90mm鉆頭鉆孔爆破參數(shù)如下：底板抵抗線分別為4m和3m，炮孔間距分別為4m和3m，炮孔排距分別為3.5m和2.6m，單孔裝藥量分別為60.41kg和33.67kg。不同鉆頭不同孔深的單孔裝藥量如表1所示。

從表1可以看出，隨著深度增加，單孔裝藥量增加，鉆孔直徑減小，每個(gè)炮孔的單孔裝藥量減小。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鉆深孔時(shí)鉆頭更換為90mm小鉆，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥量也隨著鉆頭更換而減少，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。為此在鉆孔過程中，應(yīng)盡量采用小鉆或混合鉆。

3.3? ?路塹邊坡預(yù)裂爆破參數(shù)確定

4? ?爆破塊度試驗(yàn)分析

4.1? ?起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.2? ?爆破塊度試驗(yàn)及應(yīng)用效果

結(jié)合最新理論研究，將深孔多排微差起爆合理的排間微差間隔時(shí)間設(shè)為50ms。由于爆破影響因素較為復(fù)雜，要達(dá)到爆堆合適、塊度均勻，仍需要在實(shí)踐中找出合理的孔間延期數(shù)值。結(jié)合現(xiàn)場場地條件，進(jìn)行5組試驗(yàn)，固定排間延期設(shè)為50ms，孔間分別延期15ms、18ms、20ms、23ms、26ms，試驗(yàn)后通過篩查方法識(shí)別塊度尺寸，得到5組試驗(yàn)的爆破塊度尺寸分布，如表3所示。

不同孔間延期爆破大塊率如圖1所示。由圖1可以看出，當(dāng)孔間延期18ms時(shí)，爆破后的大塊率為7.48%為最低，證明了在排間延期50ms基礎(chǔ)上，孔間延期18ms能夠提高爆破效果。

5? ?結(jié)束語

本文依托廣西岑溪至大新公路花崗巖質(zhì)深路塹的工程背景，開展深孔微差爆破技術(shù)試驗(yàn)研究，進(jìn)一步完善爆破工藝，得到以下結(jié)論：

主爆區(qū)分臺(tái)階開挖自上而下，宜采用淺孔松動(dòng)控制爆破和深孔多排微差爆破組合爆破方式，路塹邊坡則宜采用預(yù)裂爆破。采用多排深孔松動(dòng)控制爆破時(shí)，隨著深度增加，單孔裝藥量增加，鉆孔直徑減小，每個(gè)炮孔的單孔裝藥量減小，因此在鉆孔過程中，要盡量采用小鉆或混合鉆。隨著面密度系數(shù)增加，空氣比逐漸減小，炮孔直徑與預(yù)裂爆破面密度呈正相關(guān)關(guān)系。孔間延期18ms時(shí)，爆破后巖石大塊率降低至7.48%，巖石破碎度良好。間隔延期微差控制爆破，極大改善了爆破產(chǎn)生的大塊率。

參考文獻(xiàn)

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