龙永高速高边坡预裂爆破技术及应用

民爆库

       毛益松1 刘国生2 陈志阳1 纪国清2
      
       (1．国防科学技术大学九院．湖南长沙，410003；
      
       2．中铁隧道集团四处有限公司，广西南宁，530003)
      
       摘要：龙(山)永(顺)高速公路第四合同段需穿越一段长90m的高边坡路基。该路基地层是弱风化至微风化石灰石，属于岩溶地区，节理发育。为确保边坡稳定，减少后期的锚杆加挂网支护施工费用，克服高边坡易滑坡的隐患，采用了预裂控制爆破技术。本文主要介绍边坡预裂爆破的技术参数确定、起爆网络及施工工艺。
      
       关键词：高边坡；预裂爆破；爆破振动
      
       1工程概况
      
       湖南省龙(山)永(顺)高速公路第四合同段路基(k17+800～k17+890)位于龙山县洗洛乡小井村。路基宽26．6m，长90m，单面边坡高度30～50m，边坡比为1：0．3或1：0．5。山体岩石为弱风化至微风化的石灰石，中厚层构造状，节理裂隙发育，岩质较坚硬，岩体较完整。单轴抗压强度为37．7～77．0MPa。
      
       爆破周围环境复杂(见图1)：东侧为山体，没有建筑物；西南侧是小井村居民楼，爆破路基边线距离最近处房屋28m，边坡顶距民房68m；西北侧与G209相距40m，过往行人车辆多。
      
      
      
       该高边坡爆破工程位于居民楼和G209旁，山高坡陡，是龙永高速4标路基必须穿越之地。如何做好高边坡爆破开挖成了本工程的难点。不仅要创造美观漂亮的边坡，而且要减少后期的锚杆加挂网支护施工费用，克服高边坡易滑坡的隐患，为此，决定采用预裂控制爆破技术。
      
       2边坡预裂爆破施工存在风险及方案确定
      
       2．1边坡预裂爆破存在的风险
      
       针对本工程的岩石特性及施工过程中彰显的各种矛盾，对存在的爆破风险进行了如下分析：
      
       (1)爆破飞石影响G209车辆通行和行人风险。爆破点地处G209东侧，最近处不到40m，因此岩石爆破确保交通和人员安全是重中之重。
      
       (2)爆破震动影响周围房屋风险。小井村居民楼几乎紧挨着爆破区域，墙体是砖结构空心墙结构，有的没有构造柱和圈梁，抗震强度低，墙体已经出现风化、裂缝，所处地势较低，涨水季节经常被淹浸泡，基础不牢。
      
       (3)岩石爆破处在岩溶地区，溶洞、溶沟、溶缝以及石芽、石笋、探头石多，裂隙发育，存在着钻孔装药困难及边坡不容易形成的问题。
      
       2．2高边坡预裂爆破技术方案
      
       为使边坡开挖面符合施工图纸所示的开挖线，保持开挖后边坡基岩的完整性和开挖面的平整度，边坡开挖采用深孔预裂爆破技术，确保边坡稳定。
      
       预裂爆破边坡开挖面的不平整度应严格控制在20cm以内；边坡面应符合业主提供的施工图纸的要求；边坡开挖应自上而下进行，高度较大的边坡，应分台阶开挖，台阶高度一般不大于8m。随着开挖高程下降，应及时对坡面进行测量检查以防止偏离设计开挖线，避免在形成高边坡后再进行处理。
      
       3预裂爆破参数的确定
      
       3．1炮孔直径
      
       本工程主体开挖爆破穿孔设备为φ90mm潜孔钻机，炮孔直径为φ100mm。
      
       3．2炮孔间距（α）
      
       本工程预裂爆破炮孔间距(α)主要参照瑞典兰格弗尔斯给出的公式确定[1]。即：α=(8～12)d(d≥60mm)，式中，α为预裂爆破炮孔间距，cm；d为预裂炮孔直径，cm；对软岩或结构破碎的岩石，取小值，对硬岩或完整性好的岩石取大值．本工程预裂孔间距取为100cm。
      
       3．3平均线装药量
      
       预裂爆破只要求形成贯通预裂缝，而不是大量崩落岩石，也不能炸坏围岩，因此不宜采用过大的装药量。本工程采用长江科学院[1]经验公式计算装药量：
      
       q线=0.034[σ压]0.063α0.67
      
       式中，q线为顶裂炮孔每米装药量，kg／m；σ压为岩石极限抗压强度，MPa，据地质报告资料，取σ压=60MPa；α为预裂孔间距，α=1.0m，那么q线=0．448kg／m。
      
       在以上计算的基础上，经考察现场试爆效果，将预裂孔平均线装药量确定为：一般地段q线=500g／m，中硬岩体q线=350g／m。
      
       3．4孔底线装药量(qd线)、孔口线装药量(qc线)
      
       由于预裂炮孔深，底部夹制力大，将孔底2m范围内的线装药量增大一倍，即qd线=1000g／m。
      
       同样，为避免预裂爆破形成爆破漏斗，减小孔口处围岩破坏，孔口堵塞段以下lm段的线装药量减小一半，即qc线=200g／m。
      
       3．5不偶合系数(m)
      
       本工程预裂孔采用Ф32mm卷状岩石乳化炸药，其不偶合系数为m=3．125。
      
       4预裂孔起爆施工工艺
      
       4．1预裂孔钻孔方法
      
       由于履带式潜孔钻机不宜行走，故将钻机放在样架上倾斜钻孔(见图2)。使预裂孔的位置准确，对于倾斜的孔，特别是预裂面是呈某种曲折面的斜孔，放样更需仔细。这是因为斜孔的孔口与孔底并不在同一个坐标位置上，而是随该孔的倾斜度以及地面的起伏而变化。地面比较平整时，它可以通过计算来确定孔口的位置。而在实际中，地面的起伏状况往往是无规则的，想要精确地定出孔口的位置比较困难，为此，采用整体排架很方便。
      
      
      
       4．2装药材料准备及装药结构
      
       为减小预裂孔间起爆时差，保证孔内所有药卷爆轰效果，边坡预裂孔采用导爆索沿预裂孔轴向全长敷设、将Ф32mm、炸药卷按设计计算值分配串绑于导爆索的装药结构(见图3)，具体方法如下：
      
       (1)孔底2m：qd线=1000g／m，Qd=2．0kg，需Ф32mm岩石乳化炸药10卷，那么炸药首尾相接，组成连续柱状药柱，用胶布将其与导爆索绑固。
      
       (2)孔中部：q线=500g／m，每lm孔需Ф32mm乳化炸药0．5kg，那么每卷炸药间隔20cm分别与导爆索绑捆。
      
       (3)孔口堵塞段下lm范围：qc线=200g／m，Qc=0．2kg，需用Ф32mm乳化炸药1卷，将其分为5个半卷，在此段导爆索上每隔30cm拥绑上半卷药。
      
       为方便现场装药施工，并阻减爆炸冲击波对边坡围岩孔壁的作用，在炸药卷串导爆索一侧垫铺一条竹片，具体实施装药时，将竹片侧靠于边坡围岩侧，而使炸药卷朝向开挖侧。
      
      
      
       4．3起爆网路
      
       第一个台阶布置2～3排主爆孔和一排沿边坡面的预裂孔。以第四层(顶层)台阶为例，如图4所示，预裂孔孔内用导爆索支线起爆炸药与地面一股导爆索并联搭接，导爆索由2发Ms3段导爆管雷管引爆；第1、2排主爆孔孔内装相同高段别导爆管雷管起爆炸药，分别用Ms11段、Msl3段导爆管雷管，孔外用l发Ms3段导爆管雷管逐孔延期起爆孔内雷管。3排孔的导爆管雷管组成的起爆网路一次起爆。
      
      
      
       5爆破效果
      
       爆破效果具体如下：
      
       (1)在地质条件较好的第l、3、4台阶，采用预裂爆破技术形成的边坡，清晰地显示出人工“雕琢”的痕迹：一排排残留的半壁孔，如图5所示，经清渣后统计，边坡围岩上的残留半孔率达80％以上，边坡面小平整度小于20cm。
      
       (2)在比较风化或破碎的第2层台阶，虽然没能保留下预裂孔孔痕，但边坡壁面也较平整，没有发现明显的岩石片落现象。
      
       (3)爆破振动感觉不明显，通过TC-4850爆破测震仪监测，其最大振动速度为1．25cm／s，小于《爆破安全规程》(GB6722—2003)要求。
      
      
      
       参考文献
      
       [1]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011,252~262.
      
       [2]李爱国.预裂爆破技术在公路边坡工程中的应用[J].爆破，2002,12(4):24~25.
      
       [3]李夕兵．凿岩爆破工程[M]．长沙：中南大学出版社，2011，9：277~293．
      
       [4]葛勇，汪旭光．逐孔起爆在高速公路路堑开挖中的应用[J]．工程爆破，2008，3(1)：3~38.
      
       [5]中国工程爆破协会．GB 6722--2003爆破安全规程[S]．北京：中国标准出版社，2004．
      
       摘自《中国爆破新进展》
      
      
原文网址：

1. http://www.cbsw.cn/news.do?newsId=93110

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