结合某高速公路探讨路基石方爆破施工

摘要：作者根据工程实践总结和积累经验，在复杂环境下控制爆破技术和施工方法是公路修建的一项重要任务。文章针对复杂环境下公路路基石方爆破工程施工实际，通过采用多种爆破技术综合爆破，取得了良好的效果。可供类似工程人员参考。

关键词：复杂环境；路基石方；爆破；施工技术

1 工程概况

某新建互通高速公路主线长2.5km,主线横穿交通量大的即有高速公路。本工程主要爆破方量集中在三个村庄的交界处，属路堑爆破开挖，其开挖范围的最大深度为62米，爆破开挖石方约153万m3。本路段岩体大部分为凝灰熔岩，局部层理、节理、裂隙发育，岩体局部破碎，地表覆盖层小。施工区如图1所示。

图1 爆破区域布置图

本段工程周边有居民房、高速公路、寺庙、高压线、电讯塔、村道及桥梁施工等。根据周边环境和构造物特点，将本工程的爆破工程分为三个区，爆破作业区的主要特点见下表1。

表1爆破作业区的主要特点

区号 爆区范围 爆破数量(m3) 主要防护对象

一区 BK0+350～K0+500 46476 ①大王宫庙，最近距离为30m，房屋结构钢筋砼，庙内的菩萨等。

②山前村居民房，有钢筋砼结构和少量砖房，最近距离为40m。

③岐尾村山头上的电讯塔，最近距离为280m。

二区 MK0+900～MK1+150及C,E,B部份路段 1337816 ①三福高速公路，最近距离为70m，最远为300m。

②山前村居民房，有钢筋砼结构房屋和少量砖房，最近距离为40m,最远为400m。

③MK1+300右侧155m的猪圈，主要结构为一般砖房，最近距离为180m。

三区 EK0+350～K0+600

CK0+550～CK0+600 145708 ①三福高速公路，最近距离为5m。

②EK0+280上空的220KV的高压线与爆区最近距离为15m。

③220KV高压线的电线塔，最近距离为50m。

2 爆破施工方案

根据实际地形及爆破区距建筑物较近的情况，制定相应爆破施工方案，报驻地监理及业主，并报市公安局审批。确定采用光面爆破、预裂爆破、深孔爆破以及微差爆破。坡面采用光面爆破法施工，人工配合刷边坡。纵向采用分层台阶法，台阶的高度为5～8m，开挖的顺序为先第1阶，依次为第2阶段和第3阶段，炮眼布置方式为与边坡平行的倾斜孔(如图2所示)。

图2路基横断面炮孔布置图

2.1 光面爆破和预裂爆破

光面爆破和预裂爆破是专门针对设计开挖界面进行有效控制的爆破方法。沿爆破开挖区的设计轮廓或边坡，以较小的间距合理布置一排相互平行的钻孔，在孔内采用间歇或不藕合装药，并在开挖区主爆破之后或之前同时起爆，从而获得符合设计轮廓、光滑平整和稳定性好的边坡面。

2.1.1 光面爆破

光面爆破实质上是爆破光面层，要求光面炮孔同时起爆，同时起爆的时差越小，效果越好。一般要求时差小于100ms。对于石方路基开挖常用的露天边坡梯段爆破，其开挖程序较简单，即由外向内，依次爆破，前一排炮孔爆破为后一排炮孔创造自由面，光面炮孔最后起爆。光面爆破的主要技术参数：

① 炮孔直径：对于露天光面爆破，采用与主爆区相同的钻机；对于小范围爆破，钻孔直径为35～45mm的凿岩机钻光面炮孔。

② 炮孔间距a：露天光面炮孔间距=(10～15)d，井巷掘进光面炮孔间距=(12～16)d，对于炮孔直径为38～45mm的较大断面的掘进爆破，光面炮孔间距取60～70cm。对于掘进断面较小的边沟等，岩石对爆破夹制作用较强，光面孔间距可缩小至45～50cm。

③ 炮孔角度与深度：露天光面爆破、光面炮孔倾角与边坡坡角一致，沿设计轮廓面布置。

④ 光面层厚度：光面层厚度即是光面炮孔的最小抵抗线W。光面层厚度W与光面孔间距a有关，一般取：=（0.8～1.0）W。

⑤ 装药量：光面爆破单位体积耗药量q=0.2～0.3kg/m3，每个炮孔装药量Q=q××W×H（kg），线装药密度为0.36～0.69kg/m，线装药密度应该进行严格控制，以防药量过大而损伤边坡。

2.1.2 预裂爆破

① 关于预裂爆破的装药量，一般以线装药密度表示。影响装药量的因素较多，很难从理论上得出一个精确的解析。在实际工程施工中，是根据条件类似的进行比较选取或按照一些经验公式计算。

② 炮孔直径受凿岩机具的限制，同时，在选定炮孔直径时，综合考虑孔径与孔深、孔距的关系，在一般情况下，选用较小的炮孔直径：当边坡高度或开挖深度小于4m时，选用直径为38～45mm的钻机；当边坡高度或开挖深度小于8m时，选用直径为60～100mm的钻机；当边坡高度或开挖深度大于8m时，可采用大于l00mm的钻机。

③ 炮孔间距a与炮孔直径有关：=（8～12）d，当炮孔直径d≤6cm时，=(9～14)d。对于破碎软岩，应缩小间距，并相应减少装药量。对于完整硬岩，炮孔间距可选取大值。

④ 一般预裂孔比底板高程深1～2m，至少与主爆孔同深，孔底严格控制在同一高程上，并与主爆孔有一定距离。

2.2 深孔爆破

深孔爆破采用微差挤压梯段松动爆破。大型潜孔钻机钻孔，钻头直径为90mm，成孔直径为100mm，孔深8～10m，路堑挖深大于10m时分层开挖，边坡采用预裂爆破或光面爆破。路堑挖深较大边坡设置变坡时，在变坡点高度处分层。除预裂孔和光面孔按坡面坡率钻孔外，其余中间主爆孔均为垂直孔。

2.2.1 主爆孔爆破参数设计

采用梅花形或矩形布孔

孔径：d=115（mm） 炮孔深度：H≤8m

超深为(0.05～0.25)×H：取h=0.1×H=0.8m

底盘抵抗线：W1＝(0.6～0.9)H=0.6×H＝4.8m

密集系数：m=(1.2～1.5)，取m=1.2

孔距：a=mW1=1.2×4.8＝5.8m，为安全考虑，减少单孔药量，根据经验a取4.8m

排距：b=0.866a=0.866×5.8＝5.0m，为安全考虑，减少单孔药量，根据经验b取4.0m

台阶上眉线至前排孔口中心线的距离：

B＝W1－H/tgα＝4.8－8/tg70°=1.9m (α为坡面角60°～75°)

堵塞长度：l2＞(20～40)D=30D=30×115＝3450mm＝3.45m

2.2.2.深孔爆破药量：孔径Φ115mm及孔深8m高时

第一排孔：（a=4.8m，W1=4.8m）

单孔药量： Q=0.30×4.8×4.8×8.0=55.3kg

单孔装药长度：l1=55.3×103/(1g/cm3×π×5.752)=532cm

堵塞长度：l2=H+h-l1=8+0.8-5.32=3.48m>30D=3.45(满足控制飞石要求不小于30倍孔径的堵塞长度)

第二排起后排孔：（a=4.8m，b=4.0m）

单孔药量：Q=0.30×4.8×4.0×8.0=46.1kg

单孔装药长度：l1=46.1×103/(1g/cm3×π×5.752)=444cm

堵塞长度：l2=H+h-l1=8+0.8-4.44=4.36m>30D=3.45(满足控制飞石要求不小于30倍孔径的堵塞长度)

2.2.3.预裂孔爆破参数设计

岩石完整性较差，f值较小时边坡采用预裂爆破：钻孔直径D=115mm，H=8m，孔距=(0.8～1.2)m=l.0m,K=0.9kg/m，孔深h=8.3×l.12（按l:0.5坡率计）=9.3m。Q=K×h=0.9×9.3≈8kg，深孔爆破预裂孔采用孔底加强装药，加强段长度取为lm。预裂孔的堵塞长度取为lm(0.8～1.3m）。

表2 爆破振速取值表

保护对象 安全振速

V(cm/s)

庙 1.0

一般砖房 2.3

砼结构房 3.5

有裂缝砼结构房 1.0

220KV高压塔 5.0

山前小学 3.5

2.2.4．预裂孔内采用分散不藕合装药，具体方法是将以上炸药分散绑扎于长8.4m、有一定强度的竹杆上，其中底部lm装药量为其余段的2.5倍，分散装入2个毫秒雷管，竹杆长度不够时采用搭接绑扎加长。装药时仔细地牵住雷管线，将绑有炸药的竹杆缓慢放人孔底，在竹杆顶端塞人20cm水泥纸，再在水泥纸上面填入粘土堵塞并夯实。

2.2.5.安全距离计算。根据公式 进行计算最大单段起爆药量，本工程K=150,衰减系数α=1.8，建筑物安全爆破振速V按右表2取值。

2.2.6.爆破飞石控制距离。

为了保证爆破区外侧民房安全，根据爆破安全规程规定应对爆破地震安全距离进行控制。现场测定爆破中心距民房最小的水平距离为40m，为确保安全，所有在200米的警戒区的人员均撤离到安全区。为减少飞石，施工中采用草袋装土覆盖炮孔。

2.3 微差爆破

多发一次爆破采用微差爆破技术，具有减震、前发药包为后发药包开创临空面，进而加强岩石破碎效果和降低一次爆破堆积高度，有利于机械作业，减少岩石夹制力，节省炸药，并可增大孔距等优点，提高炸药的效率。

2.4 装炮工作注意事项

① 装药前对炮眼进行验收和清理。

② 严禁烟火和明火照明；无关人员撤离现场。

③ 采用木质炮棍装药；深孔装药出现堵塞时，在未装入雷管，起爆药前，采用长竹杆处理。

④ 装好的炸药包为乳化炸药，严禁投掷和冲击。

⑤ 不得采用无填塞爆破，也不得使用石块和易燃材料填塞炮孔；不得捣固直接接触药包的填塞材料或用填塞材料冲击起爆药包，也不得在深孔装入起爆药包后直接用木条填塞；填塞炮眼时不得破坏起爆线路。引爆后，关于哑炮的处理方法：一种是用水冲洗，再用吹风管吹掉；另一种是在距离炮眼20cm位置打眼引爆，打眼必须专业爆破人员进行操作，尽量保证人员安全。如果是因为雷管的原因导致炸药未能引爆，可以再装一次雷管进行二次引爆。另外，一般浅眼爆破时，个别飞散物对人员的安全距离不得小于300m；药包爆破时距离不得小于400m。

2.5 爆破清渣及防护

爆破完成后，对坡面上残余的石方采用挖掘机进行清理，个别地方采用人工清理。中风化以上的大石料可以分解利用在换填和护坡工程上，碎石可以用于便道的修补工作。石渣清理完成后，人工修整坡面至符合设计和规范要求，然后及时进行加固防护工程施工，以免边坡暴露时间太长而失去其良好的稳定性。

3 爆破安全措施

① 使用毫秒导爆雷管，通过孔内外微差而实现微差挤压爆破，一是控制爆破震动，二是改善爆破效果，减少大块率。

② 采用光面爆破技术，以保证边坡稳定。

③ 通过炮孔超深，使得爆破后的路堑标高与设计标高的偏差控制在一定范围内，克服留底根现象。

④ 小炮（如浅孔爆破3m以内）炮孔用炮被覆盖炮口，以防飞石产生。深孔爆破时应用编织袋装石粉压住炮口，且孔外50cm范围内的所有碎石等物应清理干净。调整爆破临空石方向，使其朝向东或向西，避免朝向村庄。

⑤ 确定爆破的固定时间为10:30～11:30,16:30～17:30，特殊情况另定放炮时间。

⑥ 按实际孔深确定装药量，即现场实际操作时应有专人先进行孔深量测，确定装药量及填塞物高度后再进行装药。在装药过程中，应分工负责，两人一组，既有装药（或填塞物）的、又有控制用量的（必须有量测设备），不允许有分药情况发生，以防混乱。

⑦ 实际装药量一定要与设计、计算装药量相符，否则应查明原因，处理完毕后方可进行下个孔的装药。以防出现漏洞、裂隙、溶洞等不良地质构造时发生抽炮，爆破能量冲向薄弱环节，造成危险。钻进过程中应检查石粉中是否有泥浆，并进行详细记录，在装药过程中进行特殊处理，严控用药量。

⑧ 进行钻孔前，应按照布置的孔位进行详细的测量，确定钻孔深度；实际钻进过程中，严格按照提供的数据钻进，确保孔底部在同一深度的断面上，尽可能地减少震动。

⑨ 为确保爆破的顺利实施，不论浅孔爆破、深孔爆破，均应进行试炮，在确保安全的前提下及确定最佳用药量后方可大面积展开施工，同时应根据地质等各种情况适时调整爆破方案，以确保安全。

⑩ 在打孔过程中应采用草包覆盖开孔部位，或喷水、喷雾，以防造成环境污染。

4 结语

复杂环境中公路石方爆破施工是一项技术含量较高的综合性工作，必须提高认识，根据路段地形地质、施工机具及工程整体安排等条件进行合理设计和组织施工，这对加快工程进度、保证工程质量和施工安全都有重要的意义。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看