预裂爆破在岩体高边坡开挖工程中的应用浅析

预裂爆破在岩体高边坡开挖工程中的应用浅析

王福

中国电建集团建筑规划设计研究院有限公司 浙江遂昌 323300

摘要：伴随我国工程建设数量增加，岩体高边坡开挖工程数量急剧增加，本文基于实际案例层面，阐述项目具体施工中，岩体高边坡预裂爆破开挖中实际施工方式，为有效控制爆破产生振动对边坡开挖影响，以及已经形成预裂边坡面损害，提出针对性解决措施，提升边坡预裂面施工质量，力争为相似工程施工提供参考。

关键词：预裂爆破；岩体高边坡；应用

高边坡预裂爆破开挖施工，在多个工程建设中普遍应用，如水电站、公路、铁路等，是项目施工中核心内容之一，通常针对完整性岩体边坡预裂爆破开挖中，其边坡开挖较为平整，最终办孔率较高。针对破碎岩体，其施工若操作不合理，易造成边坡预裂面损害、预裂面超欠挖等缺陷，提升此类岩体边坡开挖稳定性，增强边坡稳定性，是爆破施工应首要解决难题。

一、项目概况及地质分析

某大型水电站承担多个功能，如通航、防洪等，该水电站枢纽右岸山体一侧，布设相应500t级的通航建筑物，由两级垂直升船机并带有中间渠道，严其纵轴线从下游沿下游分别布设下游引航道，第二级垂直升船机以及中间渠道，共计全长约1900m。该水电站建筑物工程，其极限可通过的船型是500t，辆级升船机提升最大高度分别是63m、93m，总提升高度达156m。

该项目地质边坡走向N58^oW,岩层总体产状是N0^o-10^oW，边坡与岩层走向夹角约是50^o,最终呈现为斜交顺向坡。根据实际勘察资料显示，该阶段上游边坡上游段地层，主要呈现以中厚层砂岩、粉砂岩夹杂黏土质板层为主，下游阶段主要以粉砂岩、砂岩互层为主。岩层中碳酸盐含量较多，边坡岩体受多重因素影响，其风化程度不一，其中多数是全风险岩体，高程280m以下是弱风化岩体。核心断裂有层间错动，其均间距约是3.7m/条，其断层间相互切割，构成不稳定或稳定性不佳的楔体。

二、预裂爆破存在的问题浅析

由于该项目通航建筑物边坡地质条件不佳，边坡出现大小不一的缝隙，初期边坡预裂爆破之后，发现边坡不同程度出现爆破损害，其半孔率较低，且出现显著爆破裂隙，严重超挖，最终评估爆破成效不佳。通过对现象实际爆破分析，深究其成因，造成其施工成效不佳因素包含两方面：一方面，边坡岩体发展，存在多个连通顺坡逐渐趋于滑动面，具体预爆破施工过程中造成的震动，使其裂缝扩展，预裂缝偏离中心连线，最终造成超挖。另一方面，每级别边坡高差较大，约为25m，加之预裂斜孔钻孔深度高达31m，钻机需一次性到达深度，极易出现漂孔现象，最终一定程度影响爆破效果和坡面平整度。

三、预裂爆破优化与施工

1、调整高边坡欲裂爆破施工方案

该项目通航建筑物其边坡开挖高差较大，且坡比较大，预裂钻孔深度较深，实际施工区域地质条件不佳，存在节理隙发育，若施工中仍沿用常规钻机，实施预裂钻孔爆破，无法有效保障最终实际钻孔的精准度，钻机极易出现漂孔现象，造成其钻孔实际偏差较大，预爆破成效及坡面平整度不佳。为进一步改善上述问题，结合以往实际施工经验，为确保最终预爆破实施成功，且半孔率较高，建议采用以下使用方法：为保障边坡预爆破施工质量，需将其实际开挖划分为2次实施；便于后续预裂凿空钻孔机合理布设，边坡预裂施工应选用超欠平衡开挖法，将边坡实际开挖线与限值控制于±20 cm，确保潜孔钻机架设具有一定空间，2次预裂爆破中应存留30cm宽平台，将其作为钻孔架设平台^[1]。

2、预裂爆破参数确定

2.1预裂孔距

边坡预裂爆破实际孔距与多个因素相关，不仅包含钻孔直径、岩体性质，而且涉及装药量等相关。若实际爆破过程中，设置钻孔孔距过大，最终爆破平整裂面实际效果不佳；若钻孔孔距过小，一定程度造成钻孔、装药浪费，所以根据项目实际状况，选取合适的预裂爆破孔距十分关键。根据项目实际状况，可选用以下公式，确定最终预裂孔间距：

a=（7-12）D_孔

其中a表示炮孔间距；D_孔是钻孔直径；7-12是系数。

该项目中边坡岩体较为脆弱，存在节理缝隙，所以应选取型号为YQ-100型潜孔钻孔机造孔，该钻孔孔径是100mm，炮孔间距最终计算值选取80-120cm，取最小值岩体破碎孔距应选取70cm。

2.2预裂孔线装药密度

边坡预裂爆破孔，以不耦合间隔装药结构，最终实际线状密度不仅与岩体实际条件、抗拉等相关，而且与钻孔间距、抗压强度等存在直接联系。线状药密度主要指，预裂孔单位长度实际装药量，但需特别注意的是，应将炮孔口堵塞以及底部增加药量外去除。项目中其爆破造孔机械、钻孔间距以及直径确定之后，通过以下公式计算其实际装药密度：

Q_x=0.188a[R_压]^0.5

Q_x=2.75r^0.38[R_压]^0.53

式中：Q_x主要指线装药实际密度，g/m；[R_压]主要是岩体抗压强度，kgf/cm3。最终获取实际装药密度为370-470g/m。该项目其岩体属于破碎，所以应在选取装药密度时选用最低限值，通过试验最终确定装药实际密度为360-380g/m

^[2]。

2.3不耦合系数

预裂爆破孔线状装药不耦合程度，通常多以其系数表述，根据项目实际状况，将其系统选取在2-5内。若其不耦合系数过小，易损伤孔壁，但针对破碎岩体也不能过大，最终从项目实施多方面因素考量，最终确定其孔直径100mm，药卷直径32mm，不耦合系数选用3.12。

2.4堵塞长度以及装药结构

首先，预裂爆破孔在孔口进行阻塞，中间存留空气柱，便于后期装药，其中堵塞段主要目的是增加气体作用时间，且确保其孔口段出现裂缝，而不会出现爆破漏斗，空气柱对爆破过程中具有一定的缓解冲击作用。该项目中其爆破堵塞长度应选取1-1.1m为宜。其次，装药结构合理性，直接决定最终爆破成效，实际装药之前，应将其预裂钻孔进行全方位检查，确保其满足设计要求。装药专业人员需具有一定的资格证书，根据其孔深将炸药依照爆破设计结构完成装药。通常孔底装药与线装药密度3-4倍，增加药量分布于孔底端^[3]。

2.5起爆网络

根据预裂爆破施工理论，处于同一预裂面孔应确保同时起爆，最终获取的爆破成效较佳。但实际爆破过程中，为避免同时起爆产生较大振动，所以选用分段起爆方式，以10-15个预裂孔为单位，利用非电毫秒将其相互衔接。边坡预裂爆破应在相邻梯段进行爆破施工，若边坡各梯段间同时施工，需确保预裂爆破领先于梯段爆破孔时间，控制其时间应超过100ms。

四、安全监测控制以及效果评估

1、安全监测控制

预裂爆破施工过程中，该项目周围主要建筑物包含大坝、变压站、护坡等，不同程度影响该建筑物。依照爆破相关要求，以及相似工程的实践经验，应及时将建筑物安全控制标准明确，爆破振点频率也应予以把控，其安全爆破震动速率，不仅需起爆最大药量、爆破介质相关，而且直接与装药中心至保护目标的实际距离成反比。该项目中共计起爆监测32次，其监测结果表明，实际振动速率保持于5cm/s以下，并不会对周边建筑和边坡造成严重影响，实现安全控制。

2、效果评估

该项目高边坡预裂爆破施工之后，通过质检员进行全方位检查，边坡预裂爆破成效较佳，最终呈现的爆破轮廓较佳，而且坡面开挖具有良好的平整度，基本未存在欠挖状况。针对破碎岩体，存留的半孔率较高，切实满足实际施工要求；仅轻微损伤边坡岩体表面，部分岩壁具有微笑的震动裂缝，但其实际宽度均不超过1mm。整体而言，该项目爆破成效较佳，符合实际施工技术开挖要求。

结束语

本文以设计案例分析，根据该项目实际地质条件，选用合理的预裂爆破施工方式、钻孔以及形式，并在爆破过程中，对其安全控制进行监测，最终表明其符合实际施工要求。该项目预裂爆破实施成功，并保证施工质量基础上，控制施工安全以及进度，为后续此类项目施工提供更多参考。

参考文献

[1]唐毅, 孙飞, 李广洲,等. 复杂工况下高边坡预裂爆破技术及施工工艺研究[J]. 爆破, 2019,155(1):91-97.

[2]任超. 露天矿预裂爆破的设计施工质量控制与评价研究[J]. 中国金属通报, 2019,1011(12):202-204.

[3]张坤, 邹虎诚. 预裂爆破技术在最终边坡陡帮台阶中的应用[J]. 科技创新导报, 2019(29):12-13.