浅谈近水平砂泥岩互层高边坡光面爆破开挖控制技术

浅谈 近水平砂泥岩互层高边坡光面爆破开挖控制技术

杨晓龙

四川公路桥梁建设集团有限公司 公路隧道分公司 四川 双流 610200

摘要：近年来，在高速公路施工中近水平砂泥岩互层路基高边坡经常遇到，但其施工关键技术存在较大发展和进步空间。本文将着重于在近水平砂泥岩互层中高边坡光面爆破技术应用，通过对装药量和装药结构、最小抵抗线与孔间距的比值、起爆方法、空孔等影响光面爆破裂缝形成的因素进行测试分析，获得近水平砂泥岩互层中高边坡施工光面爆破参数，确保爆破后的岩面光滑平整，减少超欠挖，同时降低爆破对边坡稳定性的不良影响，提供成套理论支撑。

关键词：光面爆破；装药量；装药结构；最小抵抗线与孔间距的比值；起爆方法

光面爆破是指通过选择最佳爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破技术。

1.工程概况

镇广高速公路是陕西省镇巴县经四川省巴中、达州至广安的高速公路，途经通江县、平昌县，达州市达川区、渠县和广安市广安区、前锋区。其中A2合同段位于四川省巴中市通江县境内，起于瓦室镇长胜乡南垭村、经九龙村、钟佛村，终于雨花村；路线全长9.025km，主线路基长度为4.68km。项目区地处大巴山~米仓山南麓。属中、低山区，包括中切割低山、中切割中山和深切割中山，呈“三山夹两谷”地形。

2.光面爆破

本文通过使用非电毫秒雷管和乳化炸药进行爆破施工。爆破采用浅孔台阶爆破，禁止放大炮，避免扰动山体。作业时根据地形、地质条件及施工部位进行综合爆破设计，合理确定炮孔的平面布置、炮孔深度及装药量，确保爆破安全、高效。在临近路堑边坡位置采用深孔预裂爆破，在陡坡且坡脚有道路等地段，采用浅孔松动爆破进行施工。开挖时，距边坡2～3m的范围内采用光面爆破，保证边坡大面平整、坡率准确，坡面稳定。

2.1试验前理论计算

2.1.1.浅孔爆破计算

(1)炮孔深度L及最小抵抗线W的确定

台阶高度取3.0m, 按钻孔深度为3.0m，炮孔直径为Φ42mm进行计算。

最小抵抗长度：

W=[(0.25π×D2×Δ×L×τ)/(e×q×m×H)]1/2

=[(0.785×0.042×0.042×900×3.3×O.4)/(1×0.5×1×3)]1/2

=1.05（m）

式中：D—炮孔直径，按0.042m计。

Δ—装药密度(g/m3)，取9OOKg/m3

L—炮孔深度，L=H+h=3.3m，（h=0.1H）

H—阶梯高度(m)

τ—装药长度系数，当H＜10m时，τ=0.4

e—炸药换算系数，取值1.0。

q—炸药单位消耗量(kg/m3)，取q=0.5kg/m3

m—炮孔密度系数，一般为0.8～1.2，本工程取1.0计算。

平台爆破开挖断面示意图

图中1：浅孔；图中2：填塞物；图中3：炸药

(2)炮孔距离的确定如下图所示：

炮孔采用多排式布置，如下图所示：

平台爆破开挖立体示意图

炮孔间距a= (0.8～1.2)×W，取平均值a=W=1.05m

炮孔排距b= (0.7～1.0)×W，取平均值b=0.85W=0.89m

(3)每孔用药量计算

Q=0.33e×q×a×H×W=0.33×1×0.5×1.05×3×1.05=0.55 (kg)

(4)爆破安全距离的计算

(5)飞石安全距离的计算

考虑到爆破时会有一定的抛掷飞石，飞石安全距离：

RF=KF×20n²W=1.5×20×1.35²×1.05=57.41(m)

式中，KF—安全系数，一般取1.0～1.5；n—爆破作用指数，取1.35；

不受飞石击伤的安全距离为57.41m，实际警戒位置在此基础上扩大三倍，定为200m，实际施工过程在应在此范围内确定警戒点。

(6)地震波影响的安全距离的计算

RC=KC×a×Q/3=7.0×1.0×0.55/3=1.29(m)

式中，Kc—依所保护的建筑物地基土而定的系数，查表取KC=7.0。

a—依爆破作用而定的系数，查表由n可得a=1.0。Q—孔爆破药量(kg)

(7)爆破防空气冲击波的安全距离计算

RB=KBQ/2= 30×0.55/2 =8.25m

式中，KB—与装药条件和破坏程度有关的系数，查表取KB=30。

2.1.2.光面爆破计算

光面爆破实质上是爆破光面层，要求光面炮孔同时起爆，同时起爆的时差越小，效果越好。一般要求时差小于100ms。光面爆破的主要技术参数：

光面炮孔间距a=(10～15)d，取最大值，a=15×0.042=63cm；

最小抵抗线W=（0.8～1.2）W，取中间值，W=a=63cm；

露天光面爆破、光面炮孔倾角与边坡坡角一致，沿设计轮廓面布置。孔深根据梯段高度或开挖深度决定，并考虑一定的超深。

2.2高边坡光面爆破试验

2.2.1试验流程

爆破施工一般顺序为：施工测量→标定炮孔位置→钻孔→炮孔检查→爆破器材准备→装药→炮孔堵塞→布设安全岗哨→联结爆破网络→起爆信号→起爆→消除瞎炮、处理危石→解除警戒→爆破效果分析及资料记录。

2.2.2试验注意事项

装药前4小时应向周围的施工班组和附近的居民或单位发布爆破通告，内容包括：爆破地点、每次爆破起爆时间、安全警戒范围、警戒标志、起爆信号等。

2.2.3试验场地布置和台阶平整

钻机进入工地作业前，应确保钻机有足够的操作空间，保证钻机作业安全。爆破现场各种施工工具设备的安放、管线的架设与安装、运输道路的布置应充分考虑安全防护措施，尽可能避开爆破点临空面方向。

2.2.4布孔操作和孔位选择试验

布孔从台阶边缘开始，边孔与台阶边缘要保留一定距离，以保证钻机安全。孔位严格按设计测定，但要避免在岩石被震松、节理发育或岩性变化大的地方布孔。炮孔标定必须按照设计好的爆破参数准确地在爆破体上进行标识，不能随意变动设计位置。布孔前应先清除爆破体表面积土和破碎层，根据施工测量确定的边坡线，从边坡光爆孔开始标定，然后进行其他孔位的布置，布孔完成后，应认真进行校核，实际的最小抵抗线应与设计的最小抵抗线基本相符。

2.2.5钻孔及作业检查试验

在钻孔过程中，应严格控制钻孔的方向、角度和深度，特别是边坡光爆孔的倾斜度应严格符合设计要求。孔眼钻进时应留意地质的变化情况，并做好记录，遇到夹层或与表面石质有明显差异时，应及时同技术人员进行研究处理，调整孔位及孔网参数。在钻孔过程后，及时清理孔口的浮碴，随时吹净孔内的碎渣，钻孔完成后，应检查炮孔有无堵孔、卡孔现象，以及炮孔的间距、眼深、倾斜度是否与设计相符，若和设计相差较多，应对参数适当调整，如果可能影响爆破效果或危及安全生产，应重新钻孔。先行钻好的炮孔，用编织袋将孔口塞紧，防止杂物堵塞炮孔。钻孔作业中必须进行钻孔检查，做好堵孔处理工作，防止孔眼被堵而报废。对有地下水的钻孔，装药时对炸药进行防水处理，或是用钻机将孔内水吹出。在雨天气严禁填装炸药。

2.2.6装药试验

装药前，要仔细检查炮孔情况，清除孔内积水、杂物。装药过程中应严格控制药量，把炸药按每孔的设计药量分好，边装药边测量，以确保装药密度符合要求。为确保能完全起爆，起爆体应置于炮孔中下部并且雷管底部向下。采用弱性装药结构，炸药按设计装药密度沿孔长均匀分布。为保证孔口的光面或预裂爆破效果，在孔口0.8～1.5m段不装药，用炮泥堵塞，不装药段长度视岩质风化程度而定。为克服孔底部位的夹制作用，增强孔底抵抗线方向岩石的破碎，采用加强底药包，视其底部岩质及抵抗线大小确定。

装药试验需注意以下事项：

①装药前应对作业场地、爆破器材堆放场地进行清理，装药人员应对准备装药的全部炮孔进行检查。

②从炸药运入现场开始，应划定装运警戒区，警戒区内应禁止烟火；搬运爆破器材应轻拿轻放,不应冲撞起爆药包。

③各种爆破作业都应做好装药原始记录。记录应包括装药基本情况、出现的问题及时处理措施。

装药结构示意图

④装药前仔细检查孔眼，做好堵孔、水孔的处理。

⑤装药时应保持药串在孔的中间或靠近需要开挖的一边，以减弱对保留孔壁的破坏作用。

⑥孔口不装药段用粘土堵塞，堵塞时要防止砸断导爆管。

⑦装药一定要填实，但不能以锤捣的方式使之填实。

⑧装药要实行严格的签名责任制，确保装药工艺及装药量的正确性。

2.2.7炮口堵塞试验

堵塞物用粘土和细砂拌和，其粒度不大于30mm，含水量15％～20％（一般以手握紧能使之成型，松手后不散开，且手上不沾水迹为准）。药卷安放后应即进行堵塞，用木炮棍分层压紧捣实，每层以10cm左右为宜，堵塞中应注意保护好导爆管。

2.2.9联结爆破网络试验

起爆网络是爆破成功的关键，网络设计必须保证按设计的起爆顺序，起爆时全部起爆。可采用电力起爆和豪秒微差起爆网络，导爆管采用串联或并联得方式。导爆管网路中不应有死结，炮孔内不应有接头，孔外相邻传爆雷管之间应留有足够的距离。具体联结方式见起爆网络图。

2.2.13爆破试验效果总结

每次爆破结束后，爆破员应填写爆破记录。内容包括施工概况，爆破效果分析及安全分析，提出施工中不安全因素和隐患以及防范办法，提出改善施工工艺的措施。

3.结束语

随着高速公路建设的飞速发展，测量施工技术也在与时俱进。新技术、新工艺、新设备也如雨后春笋般不断涌现。传统开挖爆破炸药量消耗多，对地质围岩扰动大，地质不稳定，易产生破碎及垮塌现象。光面爆破的使用，能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对地质的扰动，保持地质的稳定，确保施工安全，同时又能减少损耗，提高工程质量和进度。

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