深路塹邊坡爆破開挖施工技術

摘要:本文通過對各種開挖方法和爆破設計的探討和深入研究，總結出一套當前開挖方法當中比較科學合理、成本較低廉的施工方式，為今后深路塹開挖施工提供一個借鑒和參考作用。

關鍵詞:深路塹 爆破開挖 深臺階 淺臺階 技術

1 工程概況

新建洛湛鐵路為國家重點投資建設項目，所經過的大部分地區均為較偏遠的山區，地形地貌較為復雜，但部分地段線路兩側經過重點保護的企事業單位較多，石質路塹的開挖方法選取是否得當和爆破的有害效應（爆破地震、沖擊波、有害氣體、飛石）控制將直接影響工程能否安全順利地展開施工。由于深路塹坡路塹的開挖與近鄰的構造物平行或交叉作業，爆破引起的有害效應對構筑物的施工干擾大，如選用的施工方法和爆破工藝不當將會對構造物產生不利影響，合理地安排爆破作業時間、科學地安排施工方法和施工的先后順序，并應采取相應的防護措施才能確保路塹安全順利地開挖。開挖時爆區多在懸崖峭壁上時，應注意拋碴方向和范圍，考慮到環保要求，碴堆應滾落在限定的設計范圍內，同時在邊坡不穩定的地段應進行弱爆破避免邊坡因受到擾動而引起大面積塌滑。由于石質路塹開挖的特點，施工難度高，除了要選擇科學合理的開挖方式外，還應采取一系列相應的爆破技術手段及防護措施來控制爆破的有害效應對周圍建筑物、構筑物的影響，確保整個爆破作業施工安全、有序、高效。

2 爆破方案的選定

針對深路塹地段的地理環境、施工特點、工程地質情況，常選取的爆破方案有淺孔臺階爆破法、深孔臺階爆破法和峒室爆破法三種方案。

2.1 淺孔臺階爆破法：就是指利用氣腿式鑿巖機、鉆孔孔徑小于50毫米、深度小于5米的淺孔，裝入延長藥包進行爆破。此方案施工的優點是爆破規模較小，技術上較簡單，爆后石碴塊度小；爆后對拋碴方向和范圍要求不高，爆破的有害效應容易控制；施工機具簡單，操作起來容易，對邊坡穩定影響較小，爆后邊坡平整光滑；缺點是一次爆破方量少，進度緩慢，不能滿足土石方機械高效率作業的要求；工人勞動強度大，生產效率低下，成本較高。

2.2 深孔臺階爆破法：是指在臺階或事先平整的場地上采用孔徑大于50毫米、深度大于5米的深孔，裝入延長藥包進行爆破。此方案施工的優點是：一次性爆破方量大（最多可達8000方左右），可以滿足機械高效率作業的要求，如果爆破各參數掌握得當，可以取得較好的爆破效果；工人勞動強度小，生產效率高，成本低；缺點是對邊坡穩定影響較大，如控制不當易造成邊坡破碎，引起大面積垮塌；爆破規模較大、爆破技術上較復雜、施工精度上要求嚴格，對施工人員的經驗和技術素質要求高。

2.3 峒室爆破法：是指將大量炸藥裝入峒室或巷道內進行爆破的方法。由于峒室爆破法對爆破的有害效應上難于控制、對邊坡的穩定影響太大，雖然它有成本低、一次爆破方量大、對施工機具要求不高等優點，但難于適應深路塹石質路塹的施工環境和復雜地形，考慮到較大的爆破風險，一般不采用此類爆破方案。

綜合比較以上三種方案，考慮到各個施工現場的實際情況，施工人員應根據深孔爆破法的特點，通過對爆破作業各工序進行嚴格管理、提高作業精度，采用毫秒微差起爆、限定一次性齊發爆破的藥量、孔內采用間隔裝藥多點反向起爆、采用可靠防護、優選炸藥單耗等一系列技術和管理措施，完全可以趨利避害，充分利用深孔爆破法在提高施工進度上、改善爆破效果上、降低工程成本上的突出優點，達到理想的目的。施工人員應結合工程本身的特點或采用以深孔臺階爆破法為主進行施工作業或采用淺孔臺階爆破法為主，如果地形環境條件允許，可以采用一些少量的深孔臺階爆破法來提高施工進度和降低工程成本。對于淺孔臺階爆破法主要是用來二次修整邊坡、施工對邊坡穩定或碴堆拋散地要求較嚴格的地段。對于深度小于5米的全開挖路塹，可采用先鉆淺孔然后再進行適當擴壺（即藥壺爆破法）的施工工藝來加快施工進度、改善爆破效果和降低工程成本。對于不合格的大塊，采用淺眼爆破法或炮機進行二次破碎。

3 爆破參數的確定

3.1 深孔臺階爆破法 由于新建洛湛鐵路施工現場所處地區氣候雨季時間長，降水量較大，空氣潮濕，對于距居民區、既有公路較近的施工地段，爆破應采用以抗水性能好、爆后炮煙有毒氣體含量少的優質炸藥(如巖石型乳化炸藥)，雖然成本稍微高一些，但可以通過提高作業精度、采用分層空氣柱間隔反向多點（可以采用與炮眼直徑相近的毛竹制作的竹筒來作藥柱之間的間隔）起爆等技術措施來提高炸藥的能量利用率，從而達到即可以降低成本，又可以充分利用高性能炸藥優點的目的，空氣柱間隔的長度一般選I_空氣柱=（0.21-0.27）I_裝藥長度，同時相鄰炮孔的空氣柱的間隔應盡量交錯布置，從而使炸藥爆炸后形成的應力場分布均勻、巖石破碎充分。采用空氣柱間隔可以提高炸藥爆炸時作用于巖體的時間，并且可以明顯地減少爆破的振動，雖然增加了一些材料費用（毛竹），施工工序上稍有些復雜，但對于整個工程來說由于減少了大量炸藥，從總體上來講還是節省了大量的材料成本，對于淺孔臺階爆破法和距居民區較遠的爆破區，可以采用一些成本較低廉的2號巖石硝銨炸藥。炮眼直徑d：應根據現場鉆眼機具來確定，一般應在80～200毫米之間。底盤抵抗線w：根據現場作業的安全條件來確定，w≤Hctgα+B（B—從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，對大型鉆孔B≥2.5～3.0米。），W值的選取視爆破的梯段高度和現場試炮后的爆破效果來確定，并適當在此范圍內調整至最佳。炮眼堵塞長度ls：取20～40倍的孔徑但不小于底盤抵抗線的0.75倍，如果在現場試炮時有沖炮現象則應適當加大此值，如果巖石表面的破碎效果不好則應適當減少此值。上部裝藥長度I_a：I_a≤（H+I_c-I_s-I_{空氣柱間隔}）×0.4。下部裝藥長度I_b：I_b≤（H+I_c-I_s-I_{空氣柱間隔}）×0.6。超鉆長度I_c:取（0.15～0.35）w，其值要根據超高情況進行調整，以爆破的地震波不超限、爆后不殘留根底、爆后形成完整平坦的底部平盤為最佳，從而避免二次修整路塹基床且保證基床的巖石堅硬不破碎為準。鉆孔傾斜角度α：此值與臺階傾斜角度一致，一般介于75o～90o。炮眼間距a：一般爆破的炮眼均按等邊三角形布孔，從而使被爆巖體整體受力均勻，使爆后巖石平均線型尺寸滿足設計要求。由于前排炮孔內的炸藥爆炸時要克服較大的底盤抵抗，因此前排炮孔間距應相應減少，前排炮眼間距a=mw（m為炮眼密集系數）。炮眼排距b：b=0.85a。排間微差t：t=AW（A-決定于巖石堅固程度的系數，A=3～6o）由于微差時間長一些可以明顯地減弱地震效應、改善爆破效果，結合當前我國生產的毫秒雷管和以前的爆破經驗，排間微差間隔時間一般取50～75毫秒之間。炸藥單耗q：按現場所作的爆破漏斗試驗來確定，通過試炮后來適當調整。此值按爆后石碴是否填筑路堤兩種情況來選定，如果用來填筑路堤此值就選的高一些，如果爆后石碴不用來填筑路堤此值就選的低一些。單孔裝藥量Q：按單孔負擔的巖石體積來確定單孔裝藥量Q=qabH，在現場實際爆破中可以根據爆破效果的好壞來增加或減少單孔裝藥量。臺階高度H：視現場的實際情況來確定，一般應在7～15米之間。

3.2 淺孔臺階爆破法 炮眼排列形式可分為單排和多排兩種，對于多排眼應交錯布置。單位耗藥量應參照深孔單位耗藥量，但淺眼臺階爆破可參照此數值或稍高一些來選取。炮眼直徑為42～45毫米，深度H小于5米。底盤抵抗線W底=（0.4～1）H，在堅硬難爆的巖體或臺階較高的地段計算時應取較小的系數。為了爆破不留根底，炮眼超深lc=(0.1～0.15)H。炮眼間距a=(1.0～2.0)w底，炮眼排距b=a。參數采用以上公式計算，但由于淺孔臺階爆破法的爆破有害效應較小，技術上和施工上較靈活，可根據經驗或現場實際情況靈活運用，如有多排起爆，藥量較大，應采用多排微差起爆，來改善爆破效果和減少爆破的地震效應。

3.3 淺孔藥壺爆破法 最小抵抗線：W=(0.8～1.0)H，藥包排距b=(0.87～1.0)a，炮眼布置采用淺孔炮眼布置的方式，藥壺的大小可根據每個炮孔擔負的巖石體積和炸藥單耗的乘積確定應裝藥量，擴壺時藥壺的大小應隨擴隨量，如有多排炮眼應采用微差爆破。

4 爆破網路的設計及起爆器材

深孔臺階起爆網路采用塑料導爆管復式孔外延期波浪形電起爆網路、淺孔臺階起爆網路采用塑料導爆管環形連接孔外延期電起爆網路。

5 爆破有害效應的驗算及安全技術措施

由于施工現場深路塹路塹所處地理環境的特殊性，因此應對爆破有有害效應進行檢算：飛石：飛石距離RL=20n2w，n為爆破作用指數，通過此數來估算飛石距離。空氣沖擊波：對于爆破后引起的空氣沖擊波用R=10×Q1/2來估算。爆破震動：觀測點地面介質的振動速度V=K×（Q1/3/R）α，其參數意義和計算方法可參見《城市控制爆破》251頁。安全技術措施：

5.1 起爆前，應對每個炮眼口用編織袋裝土進行嚴密覆蓋，通過爆前對爆破有害效應的計算來確定每次爆破的最小安全警戒距離，在警戒時使用CK-20型爆破專用報警器（便攜式、報警距離300米）進行報警，安全距離內的人員和機械設備應全部撤離，既有線不能有開車通過。在每次起爆前，應設起爆站，由爆破指揮長同各警戒區用對講機聯系，起爆站應設在高處空闊地點，便于用望遠鏡了解安全警戒區內的情況。

5.2 爆后應用望遠鏡對爆區特別是對高危邊坡要進行重點檢查，確認邊坡無塌方的跡象、爆堆穩定后才可解除警報。

5.3 每次爆破前應將爆破時間、爆破規模和安全警戒區范圍提前通知周圍居民和施工現場內的人員，株六復線應在施工現場附近的車站設專門的施工調度，要及時地向施工單位通知過往列車的時間，爆破時間應選在每天中午12點至1點，且每天都應固定。爆點應用數面黃色安全旗圍起，安全旗的顏色應醒目，便于周圍人員躲避。

6 工藝藝流程

爆破施工工藝流程圖如圖1。①根據工程特點及現場實際情況進行爆破設計，確定爆破參數、裝藥結構、起破程序。②開鑿作業面，清除地表雜物和覆蓋土層。③布孔：根據設計要求放出開挖輪廓線和各炮孔孔位，并予以編號插木牌按孔標明孔深、孔徑、傾角及方向。④鉆孔：鉆孔是保證爆破質量的重要環節，嚴格按爆破設計的位置、方向、角度進行鉆孔，鉆孔先慢后快。⑤裝藥:嚴格按設計的炸藥品規格和數量進藥。⑥炮孔堵塞：炮孔堵塞長度大于最小抵抗線，堵塞材料采用2/3砂和1/3粘土進行堵塞。⑦爆破網路敷設：網路敷設計前應檢查起爆品品材的質量、數量、段別并對其進行編號和分類，嚴格按照設計敷設網路敷設，嚴格遵照《爆破安全規程》中有關起爆方法的規定，網路應經常確認完好，起爆點應設在安全地帶。⑧起爆：在網路檢測無誤、防護工程檢查無誤、各方警戒正常的情況下，指揮員即可在規定的時間命令起爆，起爆采用非電起爆。⑨安全檢查：爆破完成后并在規定的間隔時間后，若安全檢查無誤，即可進行機械施工。⑩總結分析：爆破后對爆破爆破效果進行檢查，綜合評定各項技術指標是否合理，進一步確認已暴露巖石的結構、產狀、地質構造和巖石的物理力學性質，綜合分析巖石單位耗藥量，做好爆破記錄，聘請有經驗的爆破專家進行分析總結，以對下一循環爆破作業進行優化。

7 事故預防及處理

①石方爆破工程的施工方案在報請當地公安機關批準后方可組織施工，爆破員應經當地公安機關培訓考試合格后，持公安機關核發的有效操作證上崗作業。②爆破時指定專職安全人員在現場負責全面指揮工作。③裝藥量、裝藥結構及堵塞質量均應符合設計要求，已裝置炸藥的炮孔用泥土覆蓋及保護，爆破作業區段與即有建筑物之間設排架及防護網防護。④爆破時人員撤至安全區，對有危險區域進行重點警戒，嚴禁人、畜、車輛進入，爆破后對有危險的危石、落石進行及時處理。⑤對每次爆破的地質狀況、主要參數、爆破效果做好詳細記錄，為改進爆破方案提供可靠依據。⑥為預防盲炮現象產生，應選取合格的爆破器材，裝藥前要清理炮孔積水，裝藥時要小心以防止損壞藥包和藥線，連接網路時要仔細操作并按規定進行檢查。⑦要注意妥善處理盲炮，起爆線路完好，可重新起路已被破壞時，用木竹等工具將填物掏出，用聚能藥包將盲炮誘爆或在安全距離外用風水噴管吹出填塞物及炸藥并回收雷管。⑧如發生安全事故，應及時處理、避免事故擴大化，指揮部應配備一些應急設備和醫療設施，在每次大爆破前必須留有一臺搶險車。⑨對于爆點內的危石和滾石，應派專人進行守護，經集體研究做出處理方案并報請爆破指揮長同意后才可處理。

8 施工效果

按上述深路塹坡路塹爆破開挖施工，新建洛湛鐵路DK178+800～DK179+300段深路塹坡爆破施工取得了理想的施工效果，未出現一起安全事故，施工工期比預計工期提前了40天，縮短了施工時間，同時取得了良好的經濟效益和社會效益。做為一項較為成熟的施工工藝，該施工技術可為今后類似深路塹坡路塹開挖施工工程積累了經驗，起到借鑒和參考作用。