高速公路擴建高邊坡石方控制爆破施工

林進坤

1 工程概況

1.1 工程概述

福泉高速公路擴建工程泉州段QA3合同段起訖樁號為K375+000～K387+982.446,主線全長12.99 km。擴建方案采用兩側拼寬的方式,路基石方控爆數量約39萬立方米。

1.2 爆區地形地質條件

本爆區位于戴云山脈東南側,路線穿越閩東南地區,總體地勢西北高東南低,呈階梯狀遞降。本標段最高點在K385+340,邊坡最高為32 m,是全線最大的挖方段,路塹巖體為混合花崗巖,節理裂隙發育,有松散的軟弱夾層,對邊坡穩定十分不利。由于擴建工程的特點,爆破工點緊鄰原有高速公路,施工環境比較復雜,對控制爆破的要求比較高,施工難度比較大。

2 石方控爆總體設計方案

根據工程特點,結合進度要求和資源配置等因素,采取按臺階高度分層分段開挖的施工方案,施工中采用深孔微差爆破技術的方案。臺階高度約為8 m,鉆孔直徑為90 mm。

2.1 深孔爆破技術基本參數

1)最小抵抗線(W)。本次深孔爆破鉆孔孔徑為90 mm。因此,深孔爆破最小抵抗線為3 m。2)單個藥包藥量計算。單孔藥量:Q=q×a×b×H;單孔標準藥量:Q=0.4×4×3×8=38.4 kg;其中,孔間距a=4 m;孔排距 b=3 m;炸藥單耗 q=0.35 kg/m3～0.45 kg/m3;開挖梯段高度 H=8 m。3)藥孔布置。深孔采用矩形或梅花形寬孔距布孔。起爆時采用排間微差起爆的順序,利用其空中碰撞達到塊度均勻的效果。4)裝藥、充填設計。填塞長度:深孔爆破的填塞長度一般取25倍～30倍孔徑;本標段的典型梯段爆破中,孔徑90 mm爆破孔填塞長度約2 m,并且采用密度較大的黏土進行密實填塞。

裝藥結構:選用乳化炸藥(或袋裝硝銨炸藥)裝藥。后排采用連續裝藥,第一排炮孔分層裝藥,上部裝40%,下部裝60%,中間用炮泥或密實砂土或鉆孔的巖粉間隔(間隔約1 m)。

2.2 邊坡光面爆破參數

為了保護設計邊坡,設計邊坡基巖周邊采用光面爆破方案施工,開挖坡比為1∶0.5～1∶1.25,以保持邊線整齊,盡量減少對邊坡的破壞;光爆孔在主爆孔之后起爆,采用直徑89 mm的鉆頭,孔深L=8 m,嚴格保證鉆孔質量。在距離設計坡面1 m～2 m范圍內必須留光面爆破保護層。

光面爆破布孔參數需滿足炮孔間距小于邊孔至主炮孔距離的0.8倍,即 a/w＜0.8。

根據巖土爆破參數經驗,孔徑90 mm、巖石為堅石。

1)抵抗線 Wmin=(10～20)d。其中,Wmin為光面爆破最小抵抗線,m,設計取最小抵抗線Wmin=1.0 m;d為鉆孔直徑,m。2)孔距a=(0.6～0.8)Wmin,本設計炮孔間距取a=0.8 m。3)孔深L=8/cosα(按實際邊坡角度 α鉆孔并測量孔深)。4)裝藥量的確定:設計取200 g/m按試炮情況確定最后線裝藥量。5)堵塞、裝藥設計。堵塞長度:堵塞長度取2 m,炸藥上端塞塑料袋或包裝紙,然后再用密度較大的黏土進行堵塞。

裝藥結構:Φ=32 mm乳化炸藥,分層綁在導爆索上,各孔之間導爆管相連,由導爆索引爆全部藥卷。

3 施工工藝的控制

3.1 排架防護

排架設置在既有邊坡臺階處,排架采用50×5的無縫鋼管,間距為0.8 m,鋼管底端通過φ 25錨桿與山體巖石固定,頂部伸出塹坡坡頂2 m,用16鋼絲繩將排架拉到塹頂上部的地錨上。水平方向每隔1 m布設50×5長度為6 m橫桿鋼管,立桿與橫桿之間用套管連接,在排架兩端及中間每隔24 m布設剪刀撐,剪刀撐采用50×5長為 4 m～6 m鋼管,每根剪刀撐連接3根斜桿,斜桿與地面的夾角為 45°～65°,在排架上固定竹跳板或炮被,形成“擋墻”,防止飛石從空隙中飛出。如發現擋墻損壞應即時修復,未修復前不得進行爆破作業。一個臺階爆破完成后,排架下移至下一個臺階上,依次施工。雙排防護架縱向布置圖見圖1。

3.2 試爆

試爆時,炮孔的位置應選在遠離既有線處,按爆破設計選擇的孔網參數和單位耗藥量進行試爆,然后分析試爆效果,進行參數調整,以此為據,再進行正式爆破。試爆時單位耗藥量要選取的比設計值偏小,試爆炮孔一般為3個～5個即可。

3.3 鉆孔施工技術

1)開口時應掌握一定的技術,首先,應使鉆頭離地給高風高壓,吹凈浮渣,按“小風壓頂著打,不見硬巖不加壓”的開口要領;其次為了防止孔口坍塌采用泥漿護壁技術,即將黃泥漿注入孔內,施轉鉆具下鉆,用一壓一轉的方法將黃泥擠入石縫,然后上下提放鉆桿,使黃泥牢固孔口,孔口上部可人工用黃泥護壁,使松散的碎石牢固,不會受到振動影響而掉進孔內。2)鉆孔技術:孔口開好后,進入正常鉆孔時,也應掌握一定的技術。對于硬巖:應選用高質量、高硬度的鉆頭,送全風加全壓,但轉速不能過快,防止損壞鉆頭;對于軟巖:應選全風加半壓,慢打鉆,排凈渣,每進1.0 m～1.5 m提鉆孔吹一次,防止孔底積渣過多而卡孔;對于風化破碎層:應風量小壓力輕,勤吹風勤護孔,為了防止塌孔現象,每進1 m左右就用黃泥護孔一次。

3.4 裝藥與堵塞

1)裝藥:裝藥前應與當地氣象局聯系,及時掌握氣象資料,盡量選擇晴天進行裝藥填塞。爆破中,使用合適炮棍進行裝藥,在裝藥過程中引導炸藥保證順利裝藥和保證一定的堵塞長度。

水孔的處理:對水孔首先要搞清是什么水,如果屬地表滲水或雨水,則可用高壓風排除,在孔底的部分殘存水部位裝上防水炸藥可按深孔水壓爆破進行裝藥,只將堵塞段的水處理掉即可;如果屬裂隙水或地下水,則應主要使用防水炸藥,或為了保證一定的裝藥密度,可在排水后迅速裝藥,由密實的炸藥來延緩地下水的滲浸速度,并盡可能縮短水孔裝藥到起爆的時間。

起爆雷管必須按設計要求放入孔內,并在周圍用炸藥將空隙填滿,同時將雷管的導線引至孔口保護好。

2)堵塞:堵塞開始前,應根據設計要求備足填塞材料,堆放在孔口附近。裝藥完畢后,藥室中間采用空氣間隔堵塞,孔口采用砂土細料充填,頂部不留空隙。

3.5 起爆網路連接

每個炮孔安放毫秒雷管的段別必須“對號入座”,連線和覆蓋時應當心。腳線連接點要用膠布包好,網路千萬不要有與地面短路的地方。

3.6 爆破體覆蓋

在炮孔口部位鋪設土袋、炮被、鐵絲網,炮被采用廢舊汽車輪胎片用鋼絲繩編織而成,每片做成1.8 m×2 m,用汽車運至施工現場,人工覆蓋,覆蓋后各片之間應互相用鋼絲繩拴接成一體。覆蓋時按照后爆破孔先覆蓋的原則進行搭接覆蓋,覆蓋時應注意孔外連接雷管,把土袋輕輕地壓在炮孔上,最后加一層鐵絲網,不允許在炮孔上拖拉。另外抵抗線方向的臨空面和原邊坡上都要加覆蓋。

3.7 封閉交通及安全警戒

警戒范圍:根據爆破安全規程的規定,爆破點為中心的200 m范圍內為警戒范圍,高速公路的斷交點距爆破點為300 m。各路口、交通要道、山坡、居民住宅區都設警戒點。

3.8 二次破碎施工

對于需要二次破碎的石塊用挖掘機集中在一起,結合下次爆破一起施工。

4 結語

從工程實踐看,效果十分明顯,整個路塹爆破中基本無飛石現象,爆堆高度適中,成型后的邊坡坡面平整度均能符合要求,路塹邊坡穩定,項目工程合格率 100%,優良率90%以上,達到極佳的爆破效果。

[1] GB 6722-2003,爆破安全規程[S].

[2] JTG B01-2003,公路工程技術標準[S].

[3] JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].

[4] 孔新剛.路基石方爆破方案設計[J].山西建筑,2008,34(14):311-312.