巖溶地區(qū)高邊坡預(yù)裂爆破技術(shù)及應(yīng)用

劉國生 ，毛益松 ，陳志陽 ，紀(jì)國清

(1.中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司， 廣西 南寧 530003；2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)九院， 湖南 長沙 410003)

1 工程概況

湖南省龍(山)永(順)高速公路第四合同段路基(K17+800～k17+890)位于龍山縣洗洛鄉(xiāng)小井村。路基寬26.6 m，長90 m，單面邊坡高度30～50 m，邊坡比為1∶0.3或1∶0.5。山體巖石為弱風(fēng)化至微風(fēng)化的石灰石，中厚層構(gòu)造狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體較完整。單軸抗壓強(qiáng)度為37.7～77.0 MPa。

爆破周圍環(huán)境復(fù)雜：東側(cè)為山體，沒有建筑物；西南側(cè)是小井村居民樓，爆破路基邊線距離最近處房屋28 m，邊坡頂距民房68 m；西北側(cè)與G209國道相距40 m，過往行人車輛多。

該高邊坡爆破工程位于居民樓和G209國道旁(見圖1)，山高坡陡，是龍永高速4標(biāo)路基必須穿越之地。如何做好高邊坡爆破開挖成了本工程的難點(diǎn)。不僅要?jiǎng)?chuàng)造美觀漂亮的邊坡，而且要減少后期錨桿加掛網(wǎng)支護(hù)施工費(fèi)用，克服高邊坡易滑坡的隱患，為此，決定采用預(yù)裂控制爆破技術(shù)。

2 邊坡預(yù)裂爆破施工存在風(fēng)險(xiǎn)及方案確定

2.1 邊坡預(yù)裂爆破存在的風(fēng)險(xiǎn)

針對本工程的巖石特性及施工過程中彰顯的各種矛盾進(jìn)行了分析，存在以下爆破風(fēng)險(xiǎn)：

(1) 爆破飛石影響G209國道車輛通行和行人風(fēng)險(xiǎn)。爆破點(diǎn)地處G209國道東側(cè)，最近處不到40 m，因此巖石爆破確保交通和人員安全是重中之重。

(2) 爆破振動(dòng)影響周圍房屋風(fēng)險(xiǎn)。小井村居民樓幾乎緊挨著爆破區(qū)域，墻體是磚結(jié)構(gòu)空心墻結(jié)構(gòu)，有的沒有構(gòu)造柱和圈梁，抗震強(qiáng)度低，墻體已經(jīng)出現(xiàn)風(fēng)化、裂縫，處于地勢較低，漲水季節(jié)經(jīng)常被淹浸泡，基礎(chǔ)不牢。

圖1 工程周邊環(huán)境

(3) 巖石爆破處在巖溶地區(qū)，溶洞、溶溝、溶縫以及石芽、石筍、探頭石多，裂隙發(fā)育，存在著鉆孔裝藥困難及邊坡不容易形成。

2.2 高邊坡預(yù)裂爆破技術(shù)方案

為使邊坡開挖面符合施工圖紙所示的開挖線，保持開挖后邊坡基巖的完整性和開挖面的平整度，邊坡開挖采用深孔預(yù)裂控制爆破技術(shù)，配合機(jī)械施工，確保邊坡穩(wěn)定。預(yù)裂爆破邊坡開挖面的不平整度應(yīng)嚴(yán)格控制在5 cm內(nèi)，局部區(qū)域不得超過10 cm；邊坡面應(yīng)符合業(yè)主提供的施工圖紙的要求；邊坡開挖應(yīng)自上而下進(jìn)行，高度較大的邊坡，應(yīng)分梯段開挖，梯段高度一般不大于8 m。隨著開挖高程下降，應(yīng)及時(shí)對坡面進(jìn)行測量檢查以防止偏離設(shè)計(jì)開挖線，避免在形成高邊坡后再進(jìn)行處理。

3 預(yù)裂爆破參數(shù)的確定

3.1 炮孔直徑

本工程主體開挖爆破穿孔設(shè)備為Φ90 mm潛孔鉆機(jī)，炮孔直徑為Φ100 mm，即d=100 mm。

3.2 炮孔間距

本工程預(yù)裂爆破炮孔間距主要參照瑞典蘭格弗爾斯給出的公式確定，即：a=(8～12)d(d≥60 mm)，式中，a為預(yù)裂爆破炮孔間距，cm；d為預(yù)裂炮孔直徑，cm；對軟巖或結(jié)構(gòu)破碎的巖石，取小值，對硬巖或完整性好的巖石取大值。實(shí)踐中，預(yù)裂孔間距為100 cm，即a=100 cm。

3.3 平均線裝藥量

預(yù)裂爆破只要求形成貫通預(yù)裂縫，而不是大量崩落巖石，也不能損傷圍巖，因此不宜采用過大的裝藥量。本工程采用長江科學(xué)院經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算裝藥量

q線=0.034[σ壓]0.063a0.67

式中，q線為預(yù)裂炮孔每米裝藥量，kg/m；σ壓為巖石極限抗壓強(qiáng)度，MPa，據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料，取σ壓=60 MPa；a為預(yù)裂孔間距，a=1.0 m，那么q線=0.448 kg/m。

在以上計(jì)算的基礎(chǔ)上，經(jīng)考察現(xiàn)場試爆效果，將預(yù)裂孔平均線裝藥量確定為[1]：一般地段q線=500 g/m、中硬巖體q線=350 g/m。

3.4 孔底線裝藥量qd線和孔口線裝藥量qc線

由于預(yù)裂炮孔深，底部夾制力大，將孔底2m范圍內(nèi)的線裝藥量增大一倍，即qd線=1000 g/m。同樣，為避免預(yù)裂爆破形成爆破漏斗，減小孔口處圍巖破壞，孔口堵塞段以下1 m段的線裝藥量減小一半，即qc線=200 g/m。

3.5 不偶合系數(shù) m

本工程預(yù)裂孔采用Φ32 mm卷狀巖石乳化炸藥，其不偶合系數(shù)為m= 3.125。

4 預(yù)裂孔起爆施工工藝

4.1 預(yù)裂孔鉆孔方法

由于履帶式潛孔鉆機(jī)的不宜行走，故用架子鉆傾斜鉆孔(見圖2)。預(yù)裂面一般就是最終的邊界開挖面，因此，預(yù)裂縫的位置必須準(zhǔn)確，對于傾斜的孔，特別是預(yù)裂面是呈某種曲折面的斜孔，放樣就要復(fù)雜得多。這是因?yàn)樾笨椎目卓谂c孔底并不在同一個(gè)座標(biāo)位置上，而是隨該孔的傾斜度以及地面的起伏而變化。地面比較平整時(shí)，它可以通過計(jì)算來確定孔口的位置。在實(shí)際中，地面的起伏狀況往往是無規(guī)則的，想要精確地定出孔口的位置比較困難，為此，采用整體排架很方便。

圖2 單機(jī)排架鉆預(yù)裂孔

4.2 裝藥材料準(zhǔn)備及裝藥結(jié)構(gòu)

為減小預(yù)裂孔間起爆時(shí)差，保證孔內(nèi)所有藥卷爆轟效果，邊坡預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索沿預(yù)裂孔軸向全長敷設(shè)、將Φ32 mm炸藥卷按設(shè)計(jì)計(jì)算值分配串綁于導(dǎo)爆索的裝藥結(jié)構(gòu)(見圖3)，具體方法如下。

圖3 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位：m)

(1) 孔底2 m長范圍：qd線=1000 g/m，Qd=2.0 kg，需Φ32 mm巖石乳化炸藥10卷，那么炸藥首尾相接，組成連續(xù)柱狀藥柱，用膠布將其與導(dǎo)爆索綁固；

(2) 孔中間范圍：q線=500 g/m，每1 m孔需Φ32 mm乳化炸藥0.5 kg，那么每卷炸藥間隔20 cm分別與導(dǎo)爆索綁捆；

(3) 孔口堵塞段下1 m長范圍：qc線=200 g/m，Qc=0.2 kg，需用Φ32 mm乳化炸藥1卷，將其分為5個(gè)半卷，在此段導(dǎo)爆索上每隔30 cm捆綁上半卷藥。

為方便現(xiàn)場裝藥施工，并阻減爆炸沖擊波對邊坡圍巖孔壁的作用，在炸藥卷串導(dǎo)爆索一側(cè)墊鋪一條竹片，具體實(shí)施裝藥時(shí)，將竹片側(cè)靠于邊坡圍巖側(cè)，而使炸藥卷朝向開挖側(cè)。

4.3 起爆網(wǎng)路

臺階布置2～3排主爆孔和一排沿邊坡面的預(yù)裂孔。以第四層(頂層)臺階為例，如圖4所示，預(yù)裂孔孔內(nèi)用導(dǎo)爆索支線起爆炸藥與地面一股導(dǎo)爆索并聯(lián)搭接，導(dǎo)爆索由2發(fā)MS3段導(dǎo)爆管雷管引爆；第1、2排主爆孔孔內(nèi)裝相同高段別導(dǎo)爆管雷管起爆炸藥，分別用MS11段、MS13段導(dǎo)爆管雷管，孔外用1發(fā)MS3段導(dǎo)爆管雷管逐孔延期起爆孔內(nèi)雷管。3排孔的導(dǎo)爆管雷管組成的起爆網(wǎng)路一次起爆。

圖4 第1層(頂層)炮孔布置及網(wǎng)路(單位：m)

5 爆破效果及體會(huì)

(1) 在地質(zhì)條件較好的第1、3、4臺階，采用預(yù)裂爆破技術(shù)形成的邊坡，清晰地顯示出人工“雕琢”的痕跡：一排排殘留的半壁孔，見圖5，經(jīng)清渣后統(tǒng)計(jì)，邊坡圍巖上的殘留半孔率達(dá)80%以上，邊坡面不平整度小于20 cm；

(2) 在比較風(fēng)化或破碎的第2層臺階，雖然沒能保留下預(yù)裂孔孔痕，但邊坡壁面也較平整，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的巖石片落現(xiàn)象；

(3) 通過TC-4850爆破測震儀監(jiān)測，其最大振動(dòng)速度為1.25 cm/s，爆破振動(dòng)感覺不明顯，小于《爆破安全規(guī)程》(6722-2003)要求。

圖5 四層臺階爆破效果(照片)

參考文獻(xiàn)：

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[5]GB6722-2003.爆破安全規(guī)程[S]..