莫雪林

摘要：對(duì)鐵路高邊坡石方路塹爆破開挖提出了詳細(xì)的爆破設(shè)計(jì)，可為今后類似爆破施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：路塹 高邊坡 石方 爆破 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、工程概況及爆區(qū)周圍環(huán)境

工程位于新建貴陽至廣州鐵路GGTJ-6標(biāo)段姜架山二號(hào)隧道進(jìn)口，里程為DK383+607.87～DK383+660，其中DK383+607.87～DK383+641段為路基部分，DK383+641～DK383+660段為隧道部分，巖石為泥盆系下統(tǒng)蓮花山組砂巖夾頁巖。巖石呈紫紅、淺灰、灰褐色，中至厚層狀，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，部分具交錯(cuò)層理。碎屑由石英組成，含部分硅質(zhì)巖、頁巖巖屑及微量長石，呈渾圓～次棱角狀，頁巖為灰綠、黃色、薄層狀、層理較清晰，底部為礫巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

工程最大爆破開挖深度56m，爆破方量約5.6萬m3，路基設(shè)計(jì)邊坡坡度為1:0.75和1:1，隧道設(shè)計(jì)仰坡坡度為1:0.5。

爆區(qū)周圍環(huán)境復(fù)雜，主爆區(qū)離姜架山二號(hào)隧道現(xiàn)出洞口最近距離18m，離姜架山一號(hào)隧道出口約150m，離木洞大橋2#墩約70m。同時(shí)在爆區(qū)右側(cè)約120m處有一道為姜架山一號(hào)隧道提供施工用電高壓線路（現(xiàn)已斷電），爆破時(shí)要保證爆區(qū)周圍構(gòu)筑物的安全。爆區(qū)周圍環(huán)境見圖1：

二、爆破方案選擇

根據(jù)爆區(qū)的設(shè)計(jì)資料、周邊環(huán)境、工程性質(zhì)和石方爆破工程量，確定采用深孔臺(tái)階爆破為主、淺孔爆破為輔的施工方案；為控制爆破對(duì)路塹高邊坡穩(wěn)定性的影響，臨近設(shè)計(jì)邊坡，采用緩沖爆破技術(shù)，邊坡采用光面爆破，通過控制孔網(wǎng)參數(shù)和單孔裝藥量，最大限度地減緩主炮孔爆破對(duì)路塹邊坡和隧道仰坡的直接破壞。

三、主爆區(qū)深孔爆破參數(shù)選擇

1、炮孔直徑D

采用潛孔鉆鉆孔，炮孔直徑φ = 90 mm。

2、臺(tái)階高度H

根據(jù)爆區(qū)地形和爆區(qū)周圍環(huán)境，取H=12m

3、超深h

超深h是指鉆孔超出臺(tái)階高度的那一段孔深，其作用是克服底盤巖石的夾制作用，使爆破后不留根底，可以按孔徑的8～12倍來確定超深值，本次設(shè)計(jì)取h=1.0m。

4、鉆孔形式

對(duì)于露天臺(tái)階爆破，鉆孔形式有垂直鉆孔和傾斜鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，參考類似工程設(shè)計(jì)為傾斜鉆孔，鉆孔傾角為75度，臺(tái)階要素及鉆孔形式如圖2所示：

5、鉆孔深度

L=H/sinα+h=12/sin75o+1=13.5m

6、孔距和排距

孔距a是指同排的相鄰兩個(gè)炮孔中心線間的距離；排距b是指多排孔爆破時(shí)，相鄰兩排炮孔間的距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取a=3m，b=3m。

7、布孔方式

采用梅花形布置，每次布2～3排，炮孔布置如圖3所示：

8、炸藥品種的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，選取藥卷直徑為75mm的乳化炸藥。

9、單位耗藥量

在深孔爆破中，單位耗藥量q值一般根據(jù)巖石的堅(jiān)固性，炸藥種類，施工技術(shù)和自由面數(shù)量等因素綜合確定，參考相關(guān)工程取q=0.4kg/m3。

10、單孔裝藥量

對(duì)于傾斜鉆孔，第一排炮孔的單孔裝藥量按下式計(jì)算：

Q1=qabH=0.4*3*3*12=43kg

當(dāng)采用乳化炸藥時(shí)，應(yīng)乘以一個(gè)換算系數(shù)，參考相關(guān)工程，取e=1.15，故單孔裝藥量調(diào)整Q11=1.15*43=49.5kg，為了現(xiàn)場容易操作，第一排單孔裝藥量調(diào)整為Q1=50kg。

從第二排起，各排孔的裝藥量按下式計(jì)算：

Q2=KqabH

式中K為考慮到受前面各排孔的巖碴阻力作用的裝藥量增加系數(shù)，一般取1.1～1.2,本次K取1.2。

當(dāng)采用乳化炸藥時(shí)，Q2=60kg。

11、堵塞長度

堵塞長度與最小抵抗線、鉆孔直徑和爆區(qū)環(huán)境有關(guān)，當(dāng)不允許有飛石時(shí)，堵塞長度取鉆孔直徑的30～35倍。經(jīng)計(jì)算，取最小堵塞L2min=3m。

12、裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)是影響爆破效果的主要因素之一，深孔爆破采用的裝藥結(jié)構(gòu)主要有連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和間隔裝藥結(jié)構(gòu)。本次工程爆破采用的炮孔直徑D=90mm，炸藥采用75mm直徑的乳化炸藥，其延米裝藥量約6.5kg/m，根據(jù)前面計(jì)算，第一排炮孔的單孔裝藥量為50kg，第二排及以后炮孔的單孔裝藥量為60kg，其裝藥長度分別為7.7m和9.2m。若采用連續(xù)裝藥，其堵塞長度分別為5.8m和4.3m，對(duì)第一排炮孔來說，堵塞長度過大，爆破效果不好，上面的大塊率較多，本次設(shè)計(jì)采用分段裝藥，先在底部裝4.5m乳化炸藥，中間回填2.5m巖碴，再裝3.2m乳化炸藥，最后堵塞3.3m。裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示：

13、起爆網(wǎng)絡(luò)

采用毫秒延期非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)，孔外采用四通進(jìn)行復(fù)式連接，最后采用電雷管激發(fā)導(dǎo)爆管，高能起爆器起爆。

四、邊坡的光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

為了保證爆破后邊坡的穩(wěn)定性，減少爆破對(duì)被保護(hù)巖體的破壞，邊坡采用光面爆破。影響光面爆破參數(shù)選擇的因素很多，參數(shù)的選擇很難用一個(gè)公式來完全表達(dá)。本次爆破設(shè)計(jì)在全面考慮各種影響因素的前提下，以理論計(jì)算為依據(jù)，以工程類比作參考來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1、不耦合系數(shù)

合理的不耦合系數(shù)應(yīng)使炮孔壓力低于孔壁巖石的動(dòng)抗壓強(qiáng)度而高于動(dòng)抗拉強(qiáng)度，一般取1.5～3.0。本次爆破設(shè)計(jì)鉆孔直徑D=90mm，藥卷直徑為32mm，不耦合系數(shù)為2.8。

2、炮孔直徑

炮孔直徑取D=90mm。

3、光面炮孔間距a

炮孔間距一般為炮孔直徑的10～14倍。在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應(yīng)取小值，整體性好的巖石可取大值。本次設(shè)計(jì)取a=1.0m。

4、光爆層厚度

光爆層厚度是指周邊眼至相鄰輔助孔間的距離，一般應(yīng)大于光面孔的間距，在爆破中，為了使保留區(qū)巖壁光滑而不致破壞，光爆層厚度不宜過大，通常取w=1～3m，本次爆破設(shè)計(jì)取w=1.2m。

5、單位裝藥量

單位裝藥量又叫線裝藥密度和裝藥集中度，指單位長度孔眼中裝藥量的多少。為了控制裂縫的發(fā)展，保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿孔眼連線破裂的前提下，應(yīng)盡可能減少裝藥量。本次光面爆破采用φ32mm的乳化炸藥，每卷藥卷質(zhì)量為200g。參考相關(guān)工程，取單位裝藥量q=0.2kg/m（實(shí)際爆破時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場爆破效果進(jìn)行調(diào)整）。

6、起爆間隔時(shí)間

在光面爆破中，齊發(fā)起爆的裂縫表面最平整，毫秒延時(shí)起爆次之，齊發(fā)起爆時(shí)，孔眼貫通裂縫較長，可抑制其他方向裂縫的發(fā)展，有利于減少孔眼周圍裂縫的產(chǎn)生和形成平整的壁面。在實(shí)施光面爆破時(shí)，時(shí)間間隔越短，壁面平整的效果越有保證。

7、光面爆破的鉆孔深度

光面爆破應(yīng)沿邊坡線進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度按邊坡設(shè)計(jì)的邊坡角和臺(tái)階高度選取。

8、堵塞長度

良好的堵塞不但能充分利用炸藥的爆炸能量，而且能減少爆破有害效應(yīng)的產(chǎn)生。堵塞長度與炮孔直徑有關(guān)，通常取炮孔直徑的12～20倍。本次設(shè)計(jì)取L=1.5m。

9、裝藥結(jié)構(gòu)

為了盡量實(shí)現(xiàn)炮孔的線性裝藥，采用φ32mm的乳化炸藥，每卷藥卷質(zhì)量200g，按設(shè)計(jì)的單位裝藥量將藥卷用膠布捆綁在導(dǎo)爆索上，同時(shí)在炮孔的底部進(jìn)行加強(qiáng)裝藥，炮孔用黃土堵塞。裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示：

五、爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

本次爆破設(shè)計(jì)采用毫秒延期非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，為了保證周圍構(gòu)筑物在爆破時(shí)不受破壞，需控制最大一段允許裝藥量。

1、最大一段允許裝藥量的計(jì)算

最大一段允許裝藥量按下式計(jì)算：

Qmax=R3（V/K）3/α

式中：Qmax—最大一段允許裝藥量（kg）；

R—爆破中心距被保護(hù)物的距離（m）；

V—保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)安全允許速度（cm/s）；

K，α—與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，可查表確定。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，主爆區(qū)爆破時(shí)距離姜架山二號(hào)隧道最小距離為18m。交通隧道的安全允許振速為V=10～20cm/s，為安全起見，取V=10cm/s，參考相關(guān)工程，取K=150，α=1.8。則最大一段允許裝藥量Qmax=64kg，可以實(shí)現(xiàn)逐孔起爆。為了加快施工進(jìn)度，當(dāng)爆區(qū)離姜架山二號(hào)隧道較遠(yuǎn)時(shí)，可以調(diào)整最大一段允許裝藥量，其參數(shù)見下表1所示：

表1 不同距離下的最大一段允許裝藥量

爆區(qū)至姜架山二號(hào)隧道的距離（m） 最大一段允許裝藥量

（kg）

18 64

20 88

25 172

30 297

35 472

40 704

2、起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

當(dāng)離姜架山二號(hào)隧道較近時(shí)，為保證隧道的安全，需進(jìn)行逐孔微差起爆，孔內(nèi)裝17段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管（延期時(shí)間為1200ms），孔外接3段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，延期時(shí)間50ms，最后用電雷管激發(fā)導(dǎo)爆管，高能起爆器起爆。爆破網(wǎng)路如圖6所示：

當(dāng)爆區(qū)離隧道較遠(yuǎn)時(shí)，可增加每段起爆的炮孔數(shù)目，條件允許時(shí)可以采用排間微差起爆。

六、爆破效果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本次施工總共使用炸藥量為25.335噸，開挖方量約56300立方米，單位耗藥量為0.46kg/m3。經(jīng)檢測開挖坡面平整，局部凹凸差不大于15cm；開挖面穩(wěn)定無隱患，邊坡防護(hù)封閉無變形、開裂；通過檢測開挖坡度邊坡點(diǎn)位置、平臺(tái)位置及平臺(tái)寬度的偏差值都滿足《高速鐵路路基驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

七、結(jié)束語

由于受地形復(fù)雜、地勢陡峭等因素、等經(jīng)過將近四個(gè)月的爆破施工，在保證安全、質(zhì)量的前提下順利完成該路塹刷坡施工，施工效果很好。通過本次爆破設(shè)計(jì)及施工有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)總結(jié)如下：

1、設(shè)計(jì)人員或?qū)徍巳藛T必須到現(xiàn)場指導(dǎo)施工，爆破前認(rèn)真檢查爆破孔網(wǎng)參數(shù)（孔深、孔距、排距、最小抵抗線、傾角等）是否符合設(shè)計(jì)要求，如未達(dá)到要求應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。裝藥時(shí)，應(yīng)認(rèn)真復(fù)核裝藥量、堵塞長度、堵塞質(zhì)量及安全防護(hù)措施的落實(shí)。爆破后認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)盲炮及時(shí)處理，并認(rèn)真填寫盲炮處理登記卡。

2、嚴(yán)格控制最小抵抗線大小，一般最小抵抗線取鉆孔直徑的30 倍; 改變最小抵抗線方向，使最小抵抗線方向避開被保護(hù)建( 構(gòu)) 筑物。

3、建立信息反饋制度，做到每次爆破進(jìn)行爆破地震監(jiān)測，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，通過試驗(yàn)選取適當(dāng)?shù)膯挝缓乃幜俊?/p>

4、認(rèn)真做好安全警戒工作，起爆前，所有無關(guān)人員及機(jī)械施工設(shè)備等必須撤離安全警戒線以外，爆破要有明確的視、聽信號(hào)；在爆破時(shí)，負(fù)責(zé)警戒的人員必須提前20min到達(dá)各自的警戒點(diǎn)，保證通訊工具狀態(tài)正常，隨時(shí)聽從全面負(fù)責(zé)人的指揮，出現(xiàn)異常情況立即向負(fù)責(zé)人報(bào)告。