預(yù)裂爆破技術(shù)在高邊坡路塹開挖工程中的應(yīng)用

任 江，王 瀟

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院， 山西太原 030051)

預(yù)裂爆破技術(shù)在高邊坡路塹開挖工程中的應(yīng)用

任 江，王 瀟

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院， 山西太原 030051)

中云臺(tái)山路塹開挖工程位于蓑衣山和推磨頂山之間的鞍部，路塹邊坡高度達(dá)184 m。為了確保該高邊坡坡面穩(wěn)定、減少工程成本，采用了預(yù)裂爆破技術(shù)。介紹了該工程預(yù)裂爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)和安全防范措施。

路塹開挖;高邊坡;預(yù)裂爆破;爆破參數(shù);防范措施

中云臺(tái)山路塹開挖工程是連云港港東部疏港道路的分項(xiàng)工程，位于連云港市中云臺(tái)山中段，蓑衣山和推磨頂山之間的鞍部。開挖區(qū)巖石為二長淺粒巖，巖石致密堅(jiān)硬，極限抗壓強(qiáng)度平均為198 MPa。巖體完整性較好，大多塊狀結(jié)構(gòu)。山體基巖片理、層里面總體傾向?yàn)镾E，傾角為20°～30°。

路塹開挖區(qū)總體走向?yàn)镾W，整個(gè)開挖區(qū)底長1100 m，底寬46 m，路塹頂寬約400 m，開挖標(biāo)高+192．5～+7．55 m。邊坡高度平均為184 m。將開挖區(qū)分為18個(gè)臺(tái)階來開挖，每個(gè)梯段高度為10 m。路塹邊坡傾角為60°。

1 預(yù)裂爆破的參數(shù)確定［1，2］

1．1 炮孔直徑

炮孔直徑的選擇直接關(guān)系到爆破施工的效率與成本，是確定預(yù)裂爆破抵抗線和炮孔間距的重要依據(jù)。由工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，梯段高度或開挖深度小于6 m時(shí)，選用38～45 mm直徑的炮孔，大直徑炮孔不能達(dá)到預(yù)期的預(yù)裂爆破效果;當(dāng)露天梯段高度或開挖深度小于12 m時(shí)，采用60～140 mm的直徑，效果較好。該路塹開挖梯段高度為10 m，選用炮孔直徑D=115 mm。

1．2 炮孔間距

預(yù)裂爆破的目的是在邊坡設(shè)計(jì)面的預(yù)裂炮孔之間產(chǎn)生貫通裂縫，形成平整的斷裂面，從而阻止主炮孔爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波和爆生氣體對邊坡圍巖的損壞。孔距過大，爆破后孔與孔之間不能形成平整坡面，同時(shí)導(dǎo)致裂縫難以貫通。孔距太小，會(huì)增加整個(gè)爆破工程的成本。由經(jīng)驗(yàn)公式可知炮孔間距為炮孔直徑的8～12倍，但是考慮到巖石硬度大，根據(jù)硬巖孔距大、軟巖孔距小的原則，選擇10．5倍的孔徑作為炮孔間距，即a=1．2 m。

1．3 不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)n=D/d，式中d為所用藥卷的直徑。本工程爆破采用Φ32 mm的2號巖石乳化炸藥，不耦合系數(shù)n=3．593，而工程實(shí)踐表明，不耦合系數(shù)在2～4之間為宜，所以n=3．593可滿足工程需要。

1．4 裝藥密度

本工程線裝藥密度的計(jì)算采用了2種方法。

(1)根據(jù)巖石的抗壓強(qiáng)度來計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:q線——線裝藥密度，kg/m;

σ壓——巖石的極限抗壓強(qiáng)度，MPa;

a——預(yù)裂孔間距，m;

取 σ壓=198 MPa，a=1．2 m，所以 q線=1．075 kg/m。

(2)由炸藥密度和不耦合系數(shù)來計(jì)算，公式為:

式中:D——預(yù)裂孔直徑，mm，取115 mm;

n——不耦合系數(shù)，取 3．593;

ρ——炸藥密度，為 1．2 g/cm3。

計(jì)算得出 q線=0．965 kg/m。

綜合以上公式的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，取二者平均值作為該工程線裝藥密度，q線=1 kg/m。

該工程預(yù)裂爆破孔比較深，所以底部的夾制力比較大，孔底2～2．5 m范圍線裝藥密度應(yīng)該增大。同時(shí)為了減少對孔口處圍巖的破壞，孔口線裝藥密度應(yīng)減少。

1．5 孔深L與超深h

式中:α——臺(tái)階坡面角，°;

H——臺(tái)階高度，m;

h——超深，m。

本工程設(shè)計(jì)時(shí)選取坡面角α=55°，臺(tái)階高度為H=10 m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 h=(10～20)D，取 h=1．2 m。所以L平均為13．4 m。

2 炮孔布置與起爆順序［3］

采用預(yù)裂孔、輔助孔、緩沖孔和主炮孔相結(jié)合的布孔方式，如圖1所示。同時(shí)為了防止邊坡滑坡對高速公路的影響，對于邊坡進(jìn)行錨噴支護(hù)。設(shè)計(jì)預(yù)裂孔時(shí)，孔傾角比邊坡設(shè)計(jì)要求小5°，即55°。輔助孔、緩沖孔和主炮孔在55°的基礎(chǔ)上依次增加5°，這樣可減少爆破后底根的產(chǎn)生。

圖1 炮孔布置

又由圖2可知，b1為預(yù)裂孔與輔助孔的排距，其值應(yīng)大于爆破時(shí)裂縫朝輔助孔貫通的距離，所以b1＞a，一般取(1/0．7 ～1/0．8)a，本工程取值為 1．5 m;a1為輔助孔間距，取值為2 m;b2為輔助孔與緩沖孔的間距，為2．5 m;a2為緩沖孔的間距為3 m;b3和a3為主炮孔的排距與間距，其值分別為3．5 m和5 m。

圖2 起爆順序

起爆順序?yàn)?預(yù)裂孔→主炮孔→緩沖孔→輔助孔。預(yù)裂孔的起爆時(shí)間至少提前最近的主炮孔100 ms，起爆順序見圖2。預(yù)裂孔由導(dǎo)爆索連接，并由兩發(fā)MS1導(dǎo)爆管雷管引爆。其余孔實(shí)行空內(nèi)延期起爆，其段別分別為 MS2、MS4、MS6、MS8、MS10。

3 裝藥方式與堵塞長度［4，5］

將炸藥和導(dǎo)爆索捆綁在竹片上，然后推進(jìn)炮孔內(nèi)，見圖3。前期工程試驗(yàn)時(shí)，由于孔底的藥量不夠，在坡底2～2．5 m的地方形成了底根，影響了坡面平整。針對這種情況，在孔2～2．5 m底范圍內(nèi)，取 q底=2．5q線=2．5 kg/m，需要 Φ32 mm 的乳化炸藥28卷，每4卷1捆，每捆間隔0．15 m，用膠帶將其與導(dǎo)爆索一起綁在竹片上。對于孔中間4～5 m范圍內(nèi)，q線為1．0 kg/m，需要Φ32 mm炸藥20卷，每2卷1捆，每捆間隔0．3 m，與導(dǎo)爆索一起捆綁在竹片上。孔口下4～5 m處q口=0．5 kg/m，需要Φ32 mm炸藥10卷，每1卷1捆，中間間隔0．4 m。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

適當(dāng)?shù)目卓诙氯潜３指邏罕怏w所必須的。堵塞過短，會(huì)造成孔口形成漏斗，而堵塞過長則難以使頂部形成完整的裂縫。通過工程試驗(yàn)，取堵塞長度為13倍的炮孔直徑，即1．5 m。

4 爆破安全措施

靠路塹西邊500 m地方有云門市水庫和村莊，同時(shí)山場上工作人員、車輛、鉆機(jī)和挖機(jī)很多，針對這種情況，采取了以下措施:

(1)布孔時(shí)一定要選擇好最小抵抗線，裝藥時(shí)抵抗線小的地方一定要控制好藥量，防止飛石和爆破震動(dòng)對水庫和村莊的破壞;

(2)山場上配備專職的車輛管理人員，每人一部對講機(jī)，協(xié)調(diào)好山上車輛運(yùn)輸，保證道路的暢通，爆破前1 h，禁止車輛進(jìn)入山場，爆破前0．5 h，將未裝料的車輛撤離到安全的區(qū)域;

(3)配備專職的調(diào)度人員，每人也配備對講機(jī)，爆破前0．5 h，通知工作人員將挖機(jī)和鉆機(jī)撤離到安全位置;

(4)爆破區(qū)域要做好爆破警示，禁止車輛和非工作人員進(jìn)入爆區(qū)，爆破前0．5 h，通知山場所有人員撤離山場，同時(shí)通知附近居民撤離到安全地方。

5 總結(jié)

本路塹開挖邊坡高度很高，所以對每一工序都進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，對炮孔的角度和深度均用相應(yīng)的儀器進(jìn)行了定位和測量。藥量根據(jù)情況適時(shí)的調(diào)整，嚴(yán)格控制孔網(wǎng)參數(shù)。

施工后，本工程高邊坡開挖爆破效果良好。炮孔殘留率達(dá)到85%以上，坡面也較平整，為邊坡的支護(hù)提供了良好的條件。該工程實(shí)踐證明，采用預(yù)裂爆破技術(shù)不但順利完成了高邊坡的施工，而且還保證了邊坡工程的質(zhì)量。

［1］ 劉天生，陳愛武，王鳳英．近代爆破技術(shù)［M］．北京:兵器工業(yè)出版社，2007．

［2］ 李愛國．預(yù)裂爆破技術(shù)在公路邊坡工程中的應(yīng)用［J］．爆破，2002，19(4):24 －26．

［3］ 黃 寧，謝建林，熊新宇，等．銀盤水電站二期開挖爆破試驗(yàn)成果分析及應(yīng)用［J］．爆破，2010，27(1):41 －43．

［4］ 何天貴，馬建軍．組合爆破在湟倒一級公路高邊坡刷坡中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．爆破，2005，22(1):52 －55．

［5］ 葛克水．濟(jì)泰高速公路預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2000，(4):50 －51．

2010－10－23)

任 江(1985－)，男，四川綿陽人，碩士研究生，從事現(xiàn)代爆破技術(shù)研究，Email:woshirenjiang112@163．com。