高速公路改擴建工程擴塹石方爆破危害的控制

邱 洲，蔡 旭，郭天天

(1.中交一公局海威工程建設有限公司， 北京 100119； 2.國防科學技術大學指揮軍官基礎教育學院 ， 湖南 長沙 410072)

0 引 言

隨著國民經濟的發展，我國大部分高速公路已不能滿足交通增長的速度，需拓寬路面增加車道數擴大通行能力。在高速公路改擴建工程的擴塹石方施工中，通常采用爆破法。爆破法具有施工進度快，經濟效益好等優點，但也會產生爆破震動、噪聲、飛石等危害，對周圍環境和建(構)筑物造成影響，甚至造成既有高速公路損壞，中斷交通。

目前在高速公路改擴建工程擴塹石方施工方面，僅在保安全、保通行方面和既有高速公路安全運營方面有一些研究，而對擴塹爆破施工中的安全控制技術，還僅停留在初步研究階段。根據京港澳高速公路改擴建工程駐馬店至信陽段土建施工，對高速公路拓寬工程擴塹爆破施工的安全控制技術與管理措施進行深入研究，以期解決以下幾個方面的技術難點和關鍵問題。

(1) 控制飛石、滾石和碴堆坍落方向，防止爆碴滾落時損壞既有高速公路；

(2) 根據不同工程地質，確定合理的爆破參數；

(3) 散落的石塊小且少，盡可能減少高速公路的中斷時間，且爆破后在最短時間內恢復交通；

(4) 盡可能降低爆破震動、噪聲，減小對周圍環境和建(構)筑物的影響；

(5) 降低石方爆破大塊率，便于機械挖石方和利用石方路基填筑。

1 高速公路擴塹石方爆破的危害分析

1.1 工程概況

京港澳高速公路改擴建工程駐馬店至信陽段土建施工，全線長10.0公里，均位于信陽市境內。全線結構物共計大橋3座，中橋3座，分離式立交1座,互通式立交1座，天橋3座，涵洞通道28道。路基挖土89040 m3，石方607737 m3，填方454195 m3，由中交一公局海威工程建設有限公司承建。

工程的高挖方位于河南董家寨國家級自然保護區內，區內分布有植物1879種，特別是還保存了一部分第四紀冰川幸存的孑遺植物，鳥類237種，其中國家保護鳥類39種，列入中日候鳥保護協定名錄的有95種，被譽為“鳥類樂園”，是一個集自然保護、生態旅游、鳥類觀賞、科學考察、教學實習、休閑娛樂、避暑療養于一體多功能綜合性的自然保護區。

1.2 爆破危害分析

本工程為現有高速公路擴塹石方爆破，周邊環境極其復雜，既要保證現有高速公路的安全，又不能對周圍環境，尤其是董家寨自然保護區的鳥類和植物造成影響。根據本項目的實際情況，必須要嚴格控制以下爆破危害效應：

(1) 嚴格控制飛石、滾石和碴堆坍落方向，防止爆碴滾落時損壞既有高速公路；

(2) 嚴格控制爆破噪聲、空氣沖擊波，防止對董家寨自然保護區內的鳥類造成傷害；

(3) 嚴格控制爆破震動，防止地震波對周邊建(構)筑物造成損傷。

2 擴塹爆破總體思路

由于本工程路基所處環境比較復雜且方量比較分散,且還有橋基樁需要爆破施工，所以在爆破方法上采用淺孔排炮、中深孔松動爆破相結合的施工方法，自上而下、分層爆破，具體的施工方法根據現場環境確定。爆破山體高度在8 m以上的要進行分層臺階施工，施工地段爆破時采取全幅臨時封閉。

爆區位于國家鳥類自然保護區，有需保護的民房、橋涵的等建(構筑)物。采取淺孔薄層剝落的方法，嚴格控制單響藥量，確保填塞長度，控制爆破空氣沖擊波、爆破地震波強度，減少對鳥類、建(構)筑物的影響。京港澳高速是國家南北運輸的公路大動脈，中斷時間不能超過2 h。采取改變最小抵抗線方向，充分利用原有邊坡護坡預留巖墻以及上級邊坡的植被，設置防護網、防護墻多道防護相結合的方法，控制滾石、飛石，確保散落石塊小且少，爆破后盡快恢復高速公路交通。

3 擴塹爆破主要技術措施

3.1 預留巖墻爆破

所謂預留巖墻爆破，是將待擴塹巖體分為內部主體和外部巖墻兩部分。爆破時，先爆內部主體石方，再拆除外部巖墻。預留巖墻爆破施工，可以利用預留巖墻的屏蔽作用減少內部主體方量爆破施工時的難度和對周圍環境的危害，而將防護重點放在預留巖墻的處理上。外部巖墻的拆除采用先松動爆破，再采用機械拆除。

開挖過程中內部主體石方爆區和巖墻應同步下降，為了保證巖墻能起到天然屏障作用，同時考慮作業安全，巖墻拆除一般滯后于主爆區1-2個循環。內部深孔爆區的臨空面方向與既有高速公路方向平行，不能形成較遠拋擲；巖墻爆區的爆破抵抗線方向必須背離既有高速公路方向。溝槽深孔爆區布孔和安排起爆順序時，要使巖墻爆后有一個比較齊整的臨空面，且不會對巖墻造成較大損傷。

3.2 爆破參數

采取預裂爆破、多排微差擠壓爆破方法，確保了邊坡的穩定、平整，控制大塊率10%以內，確保填石路基的質量及施工進度。

為了降低爆破危害效應，采用淺孔鉆爆的方法分臺階爆破，臺階高度H=2.6 m，超深h=0.4 m，孔深L=3.7 m，底板抵抗線W=2 m，孔距a=2 m，排距b=2 m，單耗q=0.25 kg/m3，單孔藥量Q=3 kg。預裂孔的孔深L=3.7 m，單耗q=0.32 kg/m3，單孔藥量Q=1.2 kg，孔距a=1 m。

預裂爆破孔內采用導爆索連接，MS12導爆管雷管起爆，孔外用MS2導爆管雷管接力，孔外不用導爆索以減小空氣沖擊波和噪聲。主爆孔沿縱向由兩端向中間起爆，孔內用MS12導爆管雷管，孔外用MS2段別的導爆管雷管接力。預裂孔比主爆孔提前兩個孔起爆。

3.3 防護措施

3.3.1 設置防護墻

設置兩層防護墻，防護墻布置見圖1。第一層占用高速公路50 cm寬應急車道，沿應急車道設置水泥防撞墩，涂抹黃黑相間的反光漆，水泥防撞墩之間φ32鋼筋連接，每塊防撞墩底部打入2個膨脹螺栓，增加混凝土防撞墩抗沖擊能力。第二層在現有高速公路護欄位置設工字鋼或定制的方形鋼管，工字鋼長2.5 m，在土路肩上打入膨脹螺栓，將工字鋼焊接在1 cm厚的鋼板上，從護欄頂設置4道方鋼，間距分別位30、50、50、50 cm，并將彩鋼板做成防護墻，防護墻效果見圖2。

圖1 防護墻布置

3.3.2 設置防護網

在防護的臺階處用工字鋼立桿及槽鋼橫桿設置防護網，見圖3和圖4。立桿采用5 m長12#工字鋼，立桿間距2 m，深入地下1.5 m，橫桿采用10#槽鋼，設兩層，離地面0.25 m、0.5 m設兩道，槽鋼與工字鋼之間采用點焊連接，內側設φ8定型鋼筋網滿鋪作為防護網。當邊坡防護達到三級以上時設置兩道防護網，一道固定設置在三級坡平臺上，一道隨著開挖下降。

圖2 防護墻效果

3.3.3 高速公路保通措施

在高速公路兩側各設一名保通聯絡人員，攜帶通信工具。同時從高速公路雙向距離爆破點1 km開始，每隔100 m設1名保通人員配合交警示意車輛前方爆破施工，高速公路暫時封閉，在距離爆破點200 m處，雙向各設置一名1名保通聯絡人員和8名清掃人員。

3.4 安全管理措施

成立爆破指揮部，指揮長由項目負責人擔任，負責爆破現場安全及警戒，協調地方關系及人員、設備撤離，爆破的一切指揮由指揮部統一發出。

為了加強安全管理，將每次爆破過程分解為方案制定、現場鉆孔控制和信息反饋、炸藥使用量的復核與審批、爆破過程控制、爆破效果監控、后續爆破的優化和調整等幾個部分，每一部分都指定專人負責，并簽訂責任書。

圖3防護橫斷面

圖4 防護網

4 結 論

通過上述技術措施，該工程爆破施工未損壞既有高速公路，沒有對董家寨自然保護區的鳥類造成影響，也沒有對沿線的民房和通信電纜等造成安全影響，做到了零損壞、零傷亡，沒有發生空氣沖擊波和爆破震動安全問題。

實踐證明，采取改變最小抵抗線方向，充分利用原有邊坡護坡預留巖墻以及上級邊坡的植被，設置防護網、防護墻多道防護相結合的方法，有效的控制了滾石、飛石，確保散落石塊小且少，爆破后30 min內即恢復高速交通。

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