预裂爆破技术在深路堑施工中的应用及分析

预裂爆破技术在深 路堑施工中的应用及分析

穆守强

中铁十局集团青岛工程有限公司 山东省青岛市市北区 266000

摘要：京沪铁路扩能改造预裂爆破段，紧挨既有京沪铁路上行线，里程为DK835+020～DK835+840，全长820m，是全断面开挖深路堑。该段爆破环境复杂，爆区距京沪铁路上行线最宽处为110m，最窄处不足50m，距离闵贤村最近点约150m。爆破中，要确保京沪铁路线的正常安全运营，还要做到不捞民、不扰民。跟据既有线爆破的特点和边坡的要求标准，决定采用预裂爆破的方式进行开挖。通过严谨精密的设计和精细化的施工，取得了理想的爆破效果，同时对爆破振动进行监测、统计、分析，得到了该地质条件下预裂爆破振动波的衰减规律，为类似工程提供了重要的参考价值。

关键词：预裂爆破；路堑开挖；既有线；振动监测；振动分析。

作者介绍：穆守强（1977年12月），男，汉族，山东省淄博市张店区，工程师

1.工程概况

京沪铁路扩能改造工程，位于安徽省宿州市闵贤村，紧挨既有京沪铁路上行线，为全断面开挖路堑。路堑边坡最大开挖高度为24.6m，边坡坡度为1:0.75，长约200m为三级边坡，其余大部位二级边坡，边坡设计要求开挖平整、稳定、无超欠挖。路堑中心开挖深度为3.0～26.0m，路堑开挖后，堑底距京沪铁路上行线为20.5m。设计爆破石方量为62.7万方。岩石为结凝灰岩，灰紫色、灰褐色、青灰色，结构致密，块状构造，节理、裂隙不发育，岩质坚硬，岩体完整。爆破区地形较为平缓，起伏不大，利于爆破机械钻孔及爆破施工。

2.预裂爆破施工

该段爆破环境复杂，爆区距京沪铁路上行线最宽处为110m，最窄处不足50m，距离闵贤村最近点约150m，是整个工程的难点。爆破中，要确保京沪铁路线的正常安全运营，还要做到不扰民。综合考虑，决定采用预裂爆破的方式进行开挖。同时对爆破振动进行检测和分析，以求达到最优化的爆破参数。

2.1预裂爆破设计参数

钻孔机械用90mm的钻头成孔，故预裂孔直径为90mm。

（1）预裂孔距 a=(10--12)d=0.9—1.08m，取a=1.0m。

（2）预裂孔深 L=h/sinα，式中：h—路堑阶梯高度；α—边坡倾角。

（3）线装药密度 Q_线=1/4000*πd²*p₀/m²=0.804kg/m；式中：d—炮孔直径 mm；p_0——2#岩石乳化炸药密度1.0g/cm³；m—不耦合系数90/32=2.813（2#岩石乳化炸药，直径32mm，），每米装药4管，每管炸药净重200g,，线装药密度800g，故取Q_线=0.8kg/m，符合设计要求。

因为炮孔底部岩石抵抗线最大，受到的夹制力也最大，所以在炮孔底部1m范围内装填2-3倍设计药量。为了防止孔口破坏，在装药顶部1m-1.5m范围内采用1:1间隔装药，以减弱装药量。孔口1.5m左右进行装填堵塞。预裂孔装药结构见图1所示。

图1 装药结构示意图

2.2预裂孔装药布置

采用预裂爆破开挖边坡时，从预裂孔至临空面共布置5排炮孔，在预裂孔前钻一排缓冲孔，前面3排为主炮孔，预裂孔最先起爆，依次第一、第二、第三排主炮孔，最后缓冲孔起爆，采用排间毫秒延时起爆法。第一排主炮孔处理根底，炮孔深度2.5m，共35个炮孔，共装药210 kg；第二排主炮孔深8m，共35个，共装药1050kg；第三排主炮孔深5m，共40个，共装药480kg；第四排缓冲炮孔深10m，共68个，中间用空气袋隔开，共装药1224kg；第五排预裂孔深10m，共102个，共装药791kg。炮孔布置示意图如图2所示。主爆孔的装药参数采用常规的方法进行设计，不作详述。

图2 预裂爆破边坡炮孔布置示意图

2.3预裂孔网络连接

按照相关爆破理论，同时起爆同一预裂面的预裂孔，预裂效果最好。但在施工中，为避免过大的爆破振动对边坡的影响，预裂采用分组爆破，本段预裂孔用导爆索10个连成一组，各组之间用非电毫秒导爆管雷管引爆，预裂孔先于前排主炮孔起爆时差不少于200ms。其他炮孔采用6孔一响， 孔内用9段毫秒延期导爆管雷管，孔外用5段连接实现微差延期爆破，布孔参数及连线方式如图3所示。

图3 爆破网络连接示意图

2.4注意事项

（1）预裂炮孔及其他炮孔连接完毕后，用炮被和沙袋对炮孔进行覆盖防护，防止爆破飞石飞溅。

（2）采用导爆管雷管连接爆破网路时，注意导爆管雷管采用反向连接，绑扎牢固。用导爆管雷管和各孔内引出的导爆索连接时，搭接长度不小于15cm。必须连接紧密，搭接头对准传爆方向。

（3）预裂孔口填塞时，注意先用草团把药串的上部堵住，防止填塞物流入炮孔，然后用石屑粉末填塞结实。

3爆破效果

3.1观察爆后效果

本次爆破经过精心实施，严格控制起爆药量和孔网参数，爆破及开挖后，观察到爆破效果如下：

（1）在岩体上形成明显贯通预裂缝，宽度≥3cm；

（2）残留炮孔痕迹明显并在开挖断面上分布均匀，半孔保留率最高达95%，最低也能达80%；

（3）炮孔与炮孔之间的岩石较为完整，残留孔壁没有明显的爆震裂隙，超欠挖控制在±15cm左右。

从爆后观察分析，达到了非常理想的预裂爆破效果。

3.2预裂爆破振动监测结果分析

爆破前设置好检测仪器，测点至爆区距离为25m，爆后一个测点的振动速度波形如图4所示，预裂孔爆破时振速最大，爆破振速为3.88cm/s；依次是主炮孔、缓冲孔。主炮孔爆破时，振速迅速下降，降至1.26cm/s，说明预裂爆破能有效的减弱爆破振动的作用。

预裂孔

缓冲孔 主炮孔

图4 爆破1#测点的振动速度波形

3.3爆破振动检测统计分析

在本项目共进行七次预裂爆破试验，现将振动速度进行统计分析，从各方向的爆破振动速度、测点至爆源的距离、单响药量和测点与爆区中点的高程差进行统计，得到表1所示的结果。

表1 预裂爆破振动监测一览表

通过上表的数据和采集到的预裂爆破时振动波形分析，预裂爆破具有以下共同特点。

（1）预裂爆破的起爆顺序是：首先预裂孔，然后为主炮孔，最后为缓冲孔，各孔段爆破的振动峰值都一目了然，非常清晰。

（2）爆破振速最大的往往发生在预裂孔爆破时，但也有个别主炮孔爆破出现最大峰值，预裂孔爆破是在岩石较大夹制作用下进行强抛掷爆破，夹制力使爆破产生的地震波更多向岩体内部传播，造成边坡的岩石较强振动。虽然预裂孔爆破采用不耦合装药和分段装药，降低了装药量，但预裂孔爆破的临空面条件非常差，炮孔只有一个非常小的临空面，因此预裂孔是爆破振动最大峰值高频出现的最主要部位。个别主炮孔爆破出现最大峰值的原因：一是单段爆破药量过大，这说明爆破药量是影响振速最主要的因素；二是由于岩石节理性质的作用，水平层状岩石阻隔振动波垂直方向传播，使振动波损耗大，衰减快，传播距离近，让最大峰值就出现在最大单段药量处。

（3）缓冲孔爆破振动最小，在波形图上也能较明显的反映出来，原因是预裂孔和主炮孔先起爆，最后是缓冲孔，为缓冲孔创造了较好临空面，地震波迅速释放有关。

3.4爆破振动衰减分析

根据萨道夫经验公式v= 和分析表1的数据，得到该段预裂爆破振动速度回归规律，回归结果如图5所示。从而确定在该地质条件下，预裂爆破的振动衰减规律系数K=220，α=1.57，该数据可做为后期的爆破施工设计的预测参考值，辅助爆破设计。

图5 预裂爆破振动衰减规律

4结论

通过边坡预裂爆破得到如下结论：

1、减少了边坡受爆破振动的影响，增强了边坡的安全稳定性，有效的降低了露天台阶的安全隐患；2、改善了机械施工作业条件，节约了清理边坡的成本，提高了生产功效。特别是在石质高边坡、深基坑等爆破环境复杂、爆破振动要求高的工程施工中，优越性更加明显突出；

3、保证了边坡的设计轮廓的完整，大大的降低了超欠挖，从而减少了开挖断面的工程量，直接经济效益较为可观。

4、预裂爆破对主爆破孔有明显的减振作用，预裂爆破产生的预裂缝能使主炮孔爆破振速降下降30～40%。

5、该段预裂爆破振动衰减公式中K取220，α取1.57，可为类似工程设计提供参加依据。

参考文献：

[1]张正宇.预裂爆破的原理与施工[M]北京 中国水利水电出版社 2005.4

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