曹林祥 曾波存

(中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430011)

0 引言

隨著高速公路的飛速發(fā)展，高邊坡施工對(duì)工程的施工及運(yùn)營影響越來越大，高邊坡爆破開挖是最重要的環(huán)節(jié)之一。如何通過爆破控制高邊坡開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響及減少對(duì)邊坡的穩(wěn)定性的影響，值得重視與借鑒。

1 工程概況

大岳高速一標(biāo)地處構(gòu)造剝蝕丘陵，山體相對(duì)高差50 m～60 m，山體自然坡度30°～40°，谷地多辟為農(nóng)田，路基設(shè)計(jì)最大邊坡高度為58.5 m，中心最大挖深21.0 m。地層一次為全風(fēng)化花崗巖(厚1 m～5.0 m)、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(厚18 m～22 m)、中風(fēng)化花崗巖(鉆探揭露厚度為5.6 m)。該段地表水不發(fā)育，地下水主要為基巖裂隙水，受季節(jié)影響小。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

右側(cè)邊坡最大高度約33 m，左側(cè)邊坡最大高度約58.5 m，邊坡巖體為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，經(jīng)分析該邊坡破壞形式主要為坡體沿強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化分界面產(chǎn)生的類土質(zhì)圓弧滑動(dòng)，計(jì)算采用理正軟件，計(jì)算得該邊坡開挖后安全系數(shù)為0.963。

3 主要施工工藝及措施

3.1 工程措施

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，擬采用以下邊坡加固防護(hù)措施：

1)邊坡坡率。

路塹邊坡采用臺(tái)階式邊坡，坡率采用：1級(jí)～4級(jí)邊坡坡率采用1∶1；5級(jí)～7級(jí)邊坡坡率采用1∶1.25。臺(tái)階式邊坡每隔8 m設(shè)一級(jí)平臺(tái)，平臺(tái)寬2 m。

2)邊坡加固工程。

左側(cè)1級(jí)～3級(jí)邊坡采用非預(yù)應(yīng)力錨桿框架加固，右側(cè)1級(jí)～5級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架加固。

3)排水工程措施。

本段邊坡坡體地下水不發(fā)育，根據(jù)邊坡施工開挖情況，及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)計(jì)，確保邊坡排水暢通。

3.2 施工組織

按照從上至下的開挖施工順序逐級(jí)開挖，做到邊坡開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)。

對(duì)于設(shè)有錨固工程的高邊坡工程開挖，待上級(jí)邊坡錨固工程全部實(shí)施并產(chǎn)生加固作用后方可進(jìn)行下級(jí)邊坡的土方開挖作業(yè)，逐級(jí)開挖，逐級(jí)加固。

對(duì)于石質(zhì)邊坡開挖，接近路塹邊坡工程部位嚴(yán)禁采用大爆破，要求距設(shè)計(jì)坡面一定范圍內(nèi)一律采用光面控制爆破，對(duì)于硬質(zhì)巖石石方應(yīng)采用光面、預(yù)裂爆破。

坡頂危石清理方案的制定是本次爆破設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，坡頂危石一旦滾落，就會(huì)順著坡面越來越快，直接沖擊到坡下的墳地；同樣的，爆破產(chǎn)生的飛石也會(huì)順坡而變成滾石的，危害一樣大。

3.3 危石危害控制措施

1)危石清理方法選擇。

危石清理主要方法有三種，一是人工削方清理，二是爆破破碎清理，三是膨脹碎裂清理。其中人工削方清理方法適用于強(qiáng)風(fēng)化巖層、巖體破碎且無大巖塊處；爆破破碎清理方法適用于巖體堅(jiān)硬、塊度大處；膨脹碎裂清理方法與爆破破碎清理方法相似，是通過鉆孔裝藥(靜態(tài)膨脹劑)膨脹破碎再配以人工清除，此法施工簡單、安全，但投資略高。

考慮到現(xiàn)場實(shí)際情況，確定采用人工削方和爆破破碎相結(jié)合的清理方法對(duì)本工程復(fù)雜條件下深路塹邊坡開挖工程的坡頂危石進(jìn)行清理。

2)危石清理工作布局。

為了確保整個(gè)危石清理工作安全有效地開展，必須要將整個(gè)危石清理工作從空間和時(shí)間上進(jìn)行合理地分布。

從空間分區(qū)上看，將整個(gè)開挖區(qū)分為兩大部分，即危石清理區(qū)和常規(guī)爆破區(qū)。危石清理區(qū)主要指產(chǎn)生的爆破滾石能夠影響到右側(cè)岳陽方向坡下墳地的開挖區(qū)域，原則上墳地水平線上方的區(qū)域都是該區(qū)域；其他區(qū)域則為常規(guī)爆破區(qū)域。

從開挖時(shí)間順序上看，先清理靠岳陽方向的危石，讓其直接滾落到山下的征收空地中，形成有效的補(bǔ)償空間，再逐漸向臨湘方向進(jìn)行清理，最小抵抗線方向盡量朝向岳陽方向或路基方向；清理工作遵從由上往下的順序。

3)危石爆破破碎技術(shù)。

路塹爆破工作布局：根據(jù)現(xiàn)場爆破具體情況，主體爆破采用全雙路塹分層臺(tái)階爆破開挖，局部爆破采用半路塹分層/單層臺(tái)階爆破開挖，對(duì)應(yīng)邊坡處都采用預(yù)裂光面爆破開挖。

為了有效控制飛石飛散，減少爆破塊度，根據(jù)爆破條件的變化，合理確定炸藥單耗和爆破參數(shù)，采用巖屑堵塞孔口并搗實(shí)，保證炮孔的堵塞長度和質(zhì)量，采用密打孔少裝藥。

3.4 滾石危害控制措施

1)滾石基本形成。

滾石是因爆破松散碎石順坡滾下形成，即使能控制到爆破巖石的散而不拋(實(shí)際上是難以做到的)，坡面的勢(shì)能也會(huì)推動(dòng)碎石下滾形成滾石。

2)滾石危害控制。

通過對(duì)爆破區(qū)周邊環(huán)境的調(diào)查，由于山高坡陡且爆區(qū)緊臨墳地，萬一滾石落入坡下的墳地，將會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響和造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

控制滾石危害應(yīng)從主、被動(dòng)兩個(gè)方面入手，重點(diǎn)考慮四個(gè)問題：一是如何降低滾石速度；二是如何減小滾石塊度；三是如何減弱滾石彈跳；四是如何攔截滾石。

3)降低滾石速度。

降低滾石速度的主要措施就是降低炸藥單耗。在進(jìn)行藥孔參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，炸藥爆炸作用指數(shù)必須按照微量松散爆破漏斗來開展。

爆破參數(shù)中炮孔底盤抵抗線、炮孔填塞長度、炸藥單耗、地形地質(zhì)條件的變化都影響爆破能量的合理分布，稍有變化就會(huì)出現(xiàn)炸藥爆炸能量過剩，從而推動(dòng)碎石運(yùn)動(dòng)，增加了飛石和滾石的初速度。裝藥施工必須根據(jù)地形地質(zhì)情況調(diào)整裝藥，起爆網(wǎng)路聯(lián)結(jié)和毫秒微差雷管段數(shù)選用也對(duì)飛石產(chǎn)生影響。

4)減小滾石塊度。

山坡的存在，也會(huì)促使碎石向坡下滾動(dòng)。減少滾石動(dòng)能破壞的另外一個(gè)重要措施就是減少單個(gè)碎石的塊度，必須確保爆破塊度均勻，盡量不出現(xiàn)特別大的塊石。其控制主要措施就是優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，即：一是采用微傾斜炮孔，使得抵抗線基本均勻；二是采用梅花形布孔，確保炮孔分布均勻；三是確保填塞長度適中，同時(shí)保證填塞質(zhì)量；四是減少炸藥在炮孔中的集中程度，盡量沿全長均勻分布；五是必須提前清除面上松石和浮石。

5)減弱滾石彈跳。

爆破碎石沿山坡向下滾動(dòng)，當(dāng)其遇到凸出物后，相互碰撞，如果碰撞角度合適，會(huì)產(chǎn)生撞擊跳動(dòng)。根據(jù)動(dòng)量守恒原理，碎石越小彈跳越高，碎石越大，彈跳越低。減弱滾石彈跳主要措施為：一是優(yōu)化爆破破碎順序，盡量由下向上開挖，減少碎石隨坡一路滾下可能；二是密打孔優(yōu)化塊度，避免塊度不均勻；三是及時(shí)清除爆破碎石和坡面松石，減少二次碰撞。

6)構(gòu)筑滾石攔截臺(tái)。

由于坡面角比較大，人工削方和爆破破碎后的松石都會(huì)順坡由上向下滾動(dòng)，直接威脅到坡下的墳地，因此必須采取必要的攔截防護(hù)措施。

攔截防護(hù)是一種被動(dòng)防護(hù)，綜合考慮坡度、成本及攔截效果，確定采用的滾石攔截防護(hù)主要措施為構(gòu)筑滾石攔截臺(tái)。

7)滾石破碎清運(yùn)。

每次爆破的碎石會(huì)沿坡面自然滾落到攔石墻前方的落石槽中進(jìn)行收納，當(dāng)滾石收納到一定數(shù)量時(shí)，必須進(jìn)行及時(shí)破碎并清運(yùn)，只有完成有效清理并檢查合格后，才能進(jìn)入下一次爆破作業(yè)。

3.5 爆破飛石控制措施

1)爆破飛石形成。

石方爆破時(shí)，部分巖塊脫離巖體拋擲至遠(yuǎn)處，形成爆破飛石。

2)爆破飛石距離。

飛石拋落距離取決于拋射角、初速和地形、風(fēng)向等各種因素，飛石本身形狀和尺寸也有很大影響。

山區(qū)爆破要考慮地形影響，沿山坡下方拋散時(shí)飛石拋落距離為：

其中，V0為飛石初速度,m/s；α為飛石拋射角，(°)；β為山體坡角，(°)；g為重力加速度，取10 m/s2。

拋射角α=45°時(shí)飛散最遠(yuǎn)，大量測(cè)試數(shù)據(jù)表明，松動(dòng)爆破時(shí)飛石初速約為10 m/s～20 m/s，本處山體坡角約45°，于是可以計(jì)算出爆破飛石最遠(yuǎn)距離為：20 m～80 m。實(shí)踐證明，正常淺孔松散爆破的飛石一般不會(huì)太遠(yuǎn)。但由于過量裝藥、介質(zhì)不均勻性、起爆順序錯(cuò)誤等種種原因，個(gè)別飛石距離可能大于200 m，甚至更遠(yuǎn)。

3)飛石控制措施。

按設(shè)計(jì)方案科學(xué)施工，嚴(yán)格測(cè)量驗(yàn)收，是爆破飛石控制的關(guān)鍵。鉆孔前應(yīng)該將表面覆土清除干凈；裝藥前應(yīng)認(rèn)真校核各炮孔最小抵抗線及間/排距，如有變化，必須修正裝藥量，不準(zhǔn)超裝藥量。同時(shí)采用低爆速炸藥，不耦合裝藥、擠壓爆破和微差起爆等，可以起到控制飛石的作用。

4 結(jié)語

通過以上內(nèi)容對(duì)復(fù)雜條件下深路塹高邊坡石方開挖爆破的施工主要從邊坡加固防護(hù)措施、施工組織、控制措施三方面入手，著重對(duì)危石危害、滾石危害、爆破飛石控制措施提出相應(yīng)的一些建議，以保證高邊坡石方爆破施工的安全性、高效性。

[1] 魯建邦,鄭爽英,張繼春,等.電氣化鐵路站場的高陡邊坡擴(kuò)塹控制爆破[J].爆破,2005(1):48-51.

[2] 陳謀新,金人夔.電化鐵路路塹邊坡的爆破開挖技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),1995(3):98-104.

[3] 劉 航.緊鄰既有線石方安全控制爆破技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2012(1):118-123.