预裂爆破技术在路堑边坡施工中的应用

摘要：根据大量的现场预裂爆破试验，研究了预裂爆破技术在路堑边坡施工中的应用。从现场的实际情况出发，通过现场的爆破试验，对爆破方案进行了优化，取得了良好的爆破效果。对岩土开挖工程的爆破施工具有很重要的指导意义，同时取得了明显的社会和经济效益。

关键词：预裂爆破；爆破参数；路堑边坡

Abstract: Based on a large amount of field presplit blasting test, study the presplitting blasting technology in the cutting slope construction application. From the scene of the actual situation, through field blasting test, the blasting scheme is optimized, good blasting results are obtained. On the rock excavation blasting construction has very important direct sense, and achieved obvious social and economic benefits.

Key words: presplitting blasting; blasting parameter; cutting slope

中图分类号：P633.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

自70年代初预裂爆破技术在葛洲坝水利枢纽岩石开挖中成功应用以来，预裂爆破技术已经广泛应用于路堑边坡、建筑物基坑、露天边坡和地下硐室等工程的施工中。在高速公路路堑边坡的施工中，即在主体石方开挖前，首先沿公路设计的边坡轮廓线爆出一条一定宽度的裂缝。这样不但可以减弱主爆区爆破时地震波向边坡方向的传播，并能阻碍裂缝向边坡方向发展，降低了主体爆破对周围被保护对象的振动危害和对边坡岩体及其稳定性的扰动，同时可以沿预裂面形成一个平整的轮廓面，大大提高了高速公路建设的社会、经济效益。

1 工程概况

试验区域位于东经107°50′-108°20′．北纬30°40'-30°50'。测试场地西北距村民住宅区约100m，东北距桥墩约70m，东边距村民住宅区约200m，南面距村庄很远，除西北村民住宅区和东北桥墩需要保护以外，其余没有需要保护的对象。该路段上覆2-12m厚的侏罗系洪冲积的砂质泥岩夹泥质粉砂岩，其下为层理较发育的泥、钙质胶结的砂岩，属较坚硬的砂质岩石，f=4-6。根据设计标高，石方的开挖工程量较大．约为125×lO4m3。 由于该路段地质条件和地学环境复杂，而且必须确保需要保护对象的安全，拟进行预裂爆破试验研究和爆破引起的灾害测试。

2 爆破试验方案

根据需要开挖的石方高程、边坡要求及对被保护对象的安全要求，决定采用以下爆破试验方案：

1)设计边坡实施路堑边坡预裂爆破，以减少爆破对边坡岩质损伤及稳定性的影响。

2)沿设计边坡线，采取孔间距小、装药量小的预裂孔，按设计边坡的坡面坡度一次成坡，炮孔底应处在同一高程上。

3)严格按照《爆破安全规程》设计要求控制一次爆破规模和单段最大起爆药量，以确保被保护对象的安全。

4)严格按照《爆破安全规程》作业，以确保人身安全、杜绝爆破事故的发生。

炮孔布置，在主爆区靠近预裂孔设一排缓冲孔。

主爆区炮孔间距a=1.1-1.2m 主爆区炮孔排距b=1.0-1.2m

预裂孔间距a′=0.55-0.6m：预裂孔与主爆孔排距b′=0.7-0.8m。

3 爆破试验与爆破参数设计

3.1 爆破试验数据

根据爆破方案的设计，在高速公路A段测试地点共做了13次预裂爆破试验．取得了大量的数据。

3.2 预裂爆破参数的确定

3.2.1 钻孔参数

1)孔径：由于现场钻孔机具的限制，采用YT-28型手持式风钻，炮孔直径为42mm。

2)孔深：由于受钻孔机具的限制，并且考虑到挖的进度，一般孔深取2.2m。

3)孔距：合理的钻孔间距应使相邻钻孔的炸药爆炸后产生的应力波相互影响和叠加，以保证沿炮孔中心线形成一条平整的裂缝，实际情况是施工单位钻孔设备是一定的，根据地质条件的变化随时调整钻孔间距。实践证明，影响预裂爆破效果最大是钻孔间距，一般经验a=(8-12)d(d为钻孔直径)。但是考虑到现场的地质条件较好，间距过小影响进度。根据现场试验，孔距取在0 .55-0.6m时，取得了很好的效果。

3.2.2 装药参数

1)不耦合系数：由于现场使用的药卷直径都是25mm，所以不耦合系数在1.7-2.0之间。

2)线装药密度：采用合适的线装药密度可以控制爆破能对岩体的破坏，根据炮孔内冲击应力波的作用理论，在保证孔壁岩体不被压碎的条件下，可求得最佳的装药密度。可以通过以下的经验公式确定：

=2.75[Sc]0.53r0.38

=0.36[Sc]0.63a0.67

=0.36[Sc]0.63a0.67k0.20

式中， ――线装药密度，g/m；[Sc]――爆破岩石的极限抗压强度MPa；r一预裂孔半径，mm；a――钻孔间距，cm；k――不耦合系数。

由经验公式求得=102―21Og/m，实际应用时再根据现场的地质条件具体调整选取。

3)装药结构：装药时，采用反向装药，即起爆药包位于孔底装药(常常放在眼底的第二个药包位置)，并将雷管聚能穴朝向孔口。近年来根据国内外的实践证明，反向起爆能提高炮眼利用率，减小岩石的破碎块度，增大抛渣距离，降低炸药消耗量。实践证明，岩石愈坚固，炸药爆速愈低及炮孔愈深时，反向爆破效果愈好。

4)填塞长度：炮孔填塞是爆破作业重要工序之一，填塞的目的在于使炸药爆炸的能量得到很好利用，改善岩石爆破破碎效果。填塞长度主要与炮孔孔径、最小抵抗线有关。钻孔直径大则填塞长度大，一般来说，台阶爆破的填塞长度为20～30倍孔径。填塞能降低爆炸气体能量损失，延长高压气体的作用时间，合理的填塞长度既能保证不冲炮又能保证孔口不出大块。良好的填塞质量能增加爆炸气体在孔内的作用时间和减少空气冲击波、噪声及个别飞石的危害而保证施工质量。

3.3 缓冲孔、主爆孔的设计

主爆区中靠近预裂孔的那一排炮孔叫缓冲孔，其炮孔间距是主爆区炮孔间距，但预裂孔与主爆区炮孔间的排距比主爆区炮孔排距小。缓冲孔和主爆孔起爆采用分段电雷管微差起爆技术，缓冲孔为最后一段起爆。

3.4 起爆网络和起爆方式

采用毫秒分段电雷管微差起爆技术，按设计要求和预裂爆破原理，边坡预裂孔先于主爆区炮孔起爆，采用串并联方式连接．一般分为2组或者3组，个别为4组，其中预裂孔始终单独作为1组，主爆区根据眼数和布置的情况分为2―3组，使得总电阻在发爆器允许起爆电阻的范围之内，然后并联起来．起爆方式均为发爆器将串并联的全部炮孔同时发爆。预裂孔先于主爆孔至少75ms起爆。

4 爆破试验结果及其分析

4.1 爆破效果

由于预裂孔采取孔间距小、装药量少，能够按照设计边坡的坡面一次成坡形，预裂孔爆破后留下的炮孔痕迹非常清楚，爆破效果很明显。通过对地震效应的对比测试，发现预裂爆破对降震有非常明显的作用。

4.2 爆破效果的分析

主爆破区的爆破对边坡岩体的影响主要表现在：爆破载荷对岩体的瞬态动力效应，爆破载荷对岩体的坍塌、松动破坏和爆破载荷对岩体的重复振动作用。上述爆破作用引起边坡破坏的类型有：直接邻近爆源的边坡地段的破坏(后冲破裂、顶部龟裂、坡面岩石松动)；不直接邻近，但仍靠近爆源的露天边坡的破坏(例如震下松散和风化的岩石)；爆破振动直接触发露天边坡的滑坡。在进行预裂爆破试验的地段没有导致边坡破坏而发生过滑坡，直接邻近爆源的边坡一般一次成坡，即使在比较软弱的砂质泥岩中也能得到较光滑的坡面，不直接邻近的地段偶尔会有少量风化较严重的岩石落下，但是也不会产生影响，而且在进行边坡的处理时也要对这些不稳定的松动浮岩进行处理。

预裂爆破主要是通过爆源和被保护物体间预裂裂缝来实现降震作用。采用预裂爆破时，由于预裂孔先起爆，预先形成裂缝，当震动波传到此位置时，具有背波坡面和迎波坡面的沟槽，形成坡面效应。由于背波坡面的反射作用，沟槽具有隔震效果，在沟槽的迎波坡面影响区之后，震动强度显著降低。由于背波坡面的反射作用，入射波与反射波的叠加效应使沟槽具有隔震效果。目前这一降震作用还缺乏定量计算公式，只是通过测定预裂爆破和光面爆破地震波的震速作对比分析，降震效果估算将缓冲带爆破实测数据与理论计算数据作比较，即可估算出其降震程度。

根据爆破公式算出理论震速：平均理论震速V=0.218cm/s,实测震速值取预裂爆破测点共计l3组实测数据的平均值，即V：0.145cm/s。 采用预裂爆破可降低地震效应，降低率为33％。这样的降震效果以使施工爆破用药量得以大幅度降低，无疑对提高工效、缩短工期起到了良好的效果。

5 结 论

（1)由于影响预裂爆破主要参数的因素很多，如岩石的力学性能、炸药的的爆破能量地质构造等，为取得良好预裂效果，预裂爆破参数应当通过现场试验确定，应根据在施工中地质条件的变化不断地调整爆破参数。

(2)采用预裂爆破时，边坡表面损伤很小，实测厚度小于10cm。

(3)采用预裂爆破时爆破后块度较均匀，提高了铲装运效率，而松动爆破块度均匀性较差，有个别块度较大的需要二次爆破。

(4)采用预裂爆破时，由于预裂孔先起爆，形成裂缝，当振动波传到此位置时，具有背波坡面和迎波坡面的沟槽，形成坡面效应。在沟槽的迎波坡面影响区之后，震动强度显著降低。

参考文献：

[1] 汪旭光，爆破设计与施工

[2] 魏道国，预裂爆破技术在龙潭水电站拱坝坝基开挖中的应用

[3] 刘盛，露天矿边坡的预裂爆破