預裂爆破在馬萊高速公路路塹開挖中的應用

摘要：介紹山東馬站至萊蕪高速公路修建過程中，應用預裂爆破技術開挖路塹石方，保護邊坡的成果。

關鍵詞：預裂爆破 開挖 路塹邊坡

0 引言

“沿著要開挖的邊界布置密集的炮孔，采用不耦合裝藥或者裝填低威力炸藥，在主爆破區之前爆破，在爆破區與保留區之間形成裂縫，這樣不僅可以減弱主爆區對保留巖體的破壞同時還能形成一個平整輪廓的爆破作業。”[1]這樣的爆破作業就叫預裂爆破。我們在馬萊高速公路路塹開挖修建過程中，就是采用這種原理，沿著路塹邊坡設計輪廓線預先鉆一些周邊炮眼，爆破出一道裂縫，因此，主爆破區發生爆破時產生的應力波在預裂面發生反射或者折射，從而大大減輕了邊坡巖體在爆破時受到的震動或是破壞，這樣就在路塹邊坡巖體預定的輪廓留下光滑平整的巖壁。

1 工程概況及技術要求

馬站～萊蕪段高速公路是交通部規劃的國家重點公路，不僅是青島到紅其拉甫的重要組成部分，也是山東省“五縱、四橫、一環”高級公路網的重要組成部分。這條公路起始于臨沂市沂水縣的珠江店子鄉西，終點與濟南～萊蕪段高速公路順接。本線路的設計級別為公路一級，計算行車速度100km/h，整體式路基寬33.5m，而分離式路基寬2×16.75m。路塹中心最大的挖深為19m，地層主要是太古代花崗巖，強風化厚度較大并且兼有少量亞粘土和碎石土層。設計要求：弱風化巖石采用欲裂爆破時，如果巖質路塹邊坡路段的最大邊坡高度低于10m以內時，可以不做防護或者適當地采用格賓網主動防護；如果路段的最大邊坡高度高于10m以上時，第一級（高8m）的不防護或者設護面墻（含窗式）防護，以上部分采用格賓網進行主動防護。

2 路塹邊坡預裂爆破實施方法

現場采用三腳架潛孔鉆機在邊坡鉆預裂爆破孔。φ80乳化炸藥用在預裂爆破的底部，而在柱部采用φ32乳化炸藥捆綁在導爆索上，然后將預裂孔內引出的導爆索聯結到孔外導爆索上，最后采用雷管引爆并采用便攜式起爆器起爆。

2.1 預裂爆破炮孔布置 預裂爆破炮孔平面布置：主爆區和輔助炮孔布置同步進行（見圖1）。

主爆區的孔距、排距應當根據炮孔的深度、藥卷的直徑以及密度來確定，以不傷害路基的邊坡為原則。當炮孔深度為5～10m時，孔距應當控制在3～4m，而排距則控制在1.8～2.2m范圍內。炮孔的平面布置可以采用梅花形也可以采用矩形，但是一般梅花形布置適用于爆破規模較小的，而爆破規模較大的宜采用矩形布置。

根據邊坡系數和平面幾何位置的關系確定預裂和輔助炮孔的布置（如圖2）：

■

預裂炮孔的位置必須控制在路塹頂的連線上，鉆孔的時候要保持炮孔的斜率與設計邊坡的坡率相一致。根據以往的經驗以及現場的考察，松軟的巖石應當取小值而堅硬的巖石應當取大值，孔距系數大約在8～12之間。布置輔助炮孔時可以參考主爆區的布置方式，但是特別注意炮孔的深度不得打到邊坡上并且炮孔底部和邊坡之間要留有一定的保護層，在留取保護層時破碎的巖石取大值，而堅硬的巖石一般取小值，保護層厚度一般為1.0～0.5m。如果路塹開挖較深并且沒有邊坡平臺時，在進行路塹石方深孔爆破時應當考慮采用臺階爆破：一級臺階H1爆破到路基面設計標高，二級臺階H2爆破到邊坡平臺標高。如果有多級邊坡平臺則每一個平臺標高就要設置一個臺階，同時最好將主爆區與預裂爆破臺階控制在同一個臺階上。

2.2 預裂炮孔裝藥量的計算 預裂爆破線裝藥量根據以往經驗得出公式為：q′=C×a×a。其中，C為單位的用藥量，預裂爆破取C=0.1～0.9（Kg/m3），一般堅硬和完整的巖石取大值，反之則取小值；a為炮孔之間的間距（單位為m）。

2.3 輔助炮孔裝藥量的計算 根據以往的經驗，輔助炮孔的藥量可以按照堵塞長度理論計算，公式為Q=δ（L-

L2），（δ為線裝藥的密度，Kg/m，L為炮孔的深度，m，L2為堵塞的長度，m）。采用此公式計算用藥量再用體積法驗證計算處理的用藥量，如果計算藥量偏小，為了達到總藥量的要求可以考慮增加輔助炮孔的數量。

2.4 主爆區炮孔裝藥量的計算 根據相似定律[2]和體積法設計計算單孔炸藥用量，可以參考炮孔堵塞長度和經驗公式Q1=qabH（q為單位的耗藥量，Kg/m3；a為炮孔之間的距離，m；b為炮孔之間的行距離，m；H為炮孔的深度，m）雙向控制炮孔裝藥量，對于受巖石夾制作用較大并且堵塞長度較長的炮孔可以適當地增加藥量，反之則要減少藥量。

2.5 預裂、輔助和主爆區爆破裝藥、堵塞和起爆網絡設計 為了有效地節約時間，在實施預裂爆破作業前應將主爆破區炮孔、輔助爆破區炮孔以及預裂炮孔實行一次性鉆孔。在對預裂孔進行裝藥時應當注意以下幾點：第一，對炮眼進行裝藥前要認真檢查每一個炮眼，并且測量孔深以及傾斜度是否符合設計的要求；第二，炸藥要按照設計要求分散到炮孔的各個部位同時裝藥量也要符合設計的要求。一般都是將毛竹中部的結巴去掉形成半圓形，然后用按照其設計的裝藥量進行裝藥。為了保護邊坡不受太大的傷害同時使炸藥按設計的裝藥量分布在炮孔內，在沒有毛竹的情況下也可以用其他不易受擠壓變形的材料代替。見照片1。

■

預裂炮孔進行堵塞時不得有堵塞物落入裝有炸藥的炮孔區域內，這樣才能確保預裂炮孔的堵塞長度符合設計的要求。在連接預裂爆破的主線時一定要特別注意導爆索傳爆的方向，實際操作中一定不能有差錯。照片2為現場預裂爆破主線導爆索的連接。

■

輔助炮孔的操作程序以及方法與主爆區的方法相同，應當特別主要檢查炮孔的深度是不是符合設計的要求，如果鉆孔過深，為了保證預裂爆破的保護層厚度符合設計的要求，一定要用細粒土或者石粉回填到設計標高位置。

炮孔員要對每個炮孔逐一檢查完畢后在進行主爆區裝藥，檢查炮孔石頭達到了設計的孔深。如果孔內有堵塞現象，要立即用炮棍弄通并且用高壓風將浮渣吹出；如果孔內有水，一定要用高壓風將水吹出并且使用的炸藥優先考慮使用防水炸藥。然后，按照設計的單孔裝藥量爆破員逐孔裝藥，裝藥長度靠近孔底三分之一處的位置安放雷管，起爆藥包裝入炮孔后要隨時注意理順雷管的角線，同時裝藥時一定要注意炮孔的任何部位都不能卡藥卷，為了確保炮孔剩余的堵塞長度不小于設計的要求，一定要邊裝藥邊用炮棍試探其深度。裝藥完成后應當用細粒土或者鉆孔的石粉堵塞炮孔，同時要一邊堵塞一邊用炮棍振搗，一直到地表。此外，為了防止堵塞炮孔時把導爆管頂破，堵塞炮孔的材料不得摻有小石子。為了減少爆破對邊坡的擾動，最好使爆破后的巖體擠壓堆積在路基中部，因此，在日常的起爆網絡中一般采用V形網絡設計。（見圖3）

■

3 爆破安全距離計算

預裂爆破的爆破安全距離的檢算按照深孔爆破設計計算，這是因為預裂爆破可與主爆區的深孔爆破一次性爆破，而計算過程不在此贅述，對于馬萊高速的路塹開挖爆破的安全距離確定為200m。

4 爆破施工作業流程

爆破作業流程見圖4。

■

4.1 爆破設計書 爆破設計書主要是指“爆破技術設計”[1]，其主要內容必須有：①工程概況，即爆破對象、爆破環境概況及相關圖紙，爆破工程的質量，工期，安全要求；②爆破技術方案，即方案比較、選定方案的鉆爆參數及相關圖紙；起爆網絡設計及起爆網絡圖；③安全設計及防護、警戒圖等。馬萊高速公路石質路塹爆破作業是從邊坡平臺水平劃段實施至上而下分層爆破，因此，在爆破設計書中都有明確的文字說明和圖紙說明。

4.2 本次爆破設計 本次爆破設計是指每一次實施爆破作業之前，必須根據爆破設計書的要求和實際地形、地質情況設計炮孔的具體位置、深度，預裂孔的傾斜度及施工控制措施，炸藥用量、網絡布置等各項參數。

4.3 鉆孔技術交底 鉆孔技術交底要在現場進行，預裂爆破孔的開孔位置、孔深、傾斜度及其控制措施是鉆孔技術交底的重中之重，必須嚴格按照設計要求鉆孔，才能取得預裂爆破的預定目標。

4.4 瞎炮的處理 放不響的炮經過重新聯線放炮，仍然不爆炸的就是瞎炮。工作面有了瞎炮要及時處理，不然就埋伏下隱患。處理瞎炮必須在班、組長直接指導下進行，并應在當班處理完畢。如果當班處理不完，放炮員必須同下一班放炮員在現場交接清情況，并在瞎炮炮眼處作明顯的標志。處理瞎炮首先要弄清楚瞎炮炮眼的角度，距離瞎炮至少300mm的位置另打一個同瞎炮炮眼平行的新炮眼，重新裝藥放炮。實際工作中的很多事故都是由于兩個炮眼離得太近而新炮眼打在了瞎炮上引起爆炸而造成的。如果用鎬挖處理瞎炮或者用打眼的方式往外掏或者用壓風吹炮眼等都有可能引起爆炸。在遇見瞎炮的情況下一定要劃定危險范圍，禁止一切人員和機械在危險范圍內活動或者作業，等處理完畢后才可以進行作業施工。

5 結論

預裂爆破在馬萊高速公路路塹開挖施工中取得了較好的成績，其邊坡坡面平整，半孔率均在85%以上，達到了預期目的。照片3為互通區預裂爆破邊坡實況，照片4為線路預裂爆破邊坡實況。

■

參考文獻：

[1]安全爆破規程.（GB6722-2011）.

[2]巖石爆破現代技術.U·蘭格福斯，B·基爾斯特略.冶金工業出版社，1981.

[3]林日榮，鄒園麗.淺談某公路改建工程中隧道工程的施工要點[J].價值工程，2011（09）.