溫州繞城高速公路某段路基高邊坡爆破施工及控制措施

周紅星 陳華

【摘 要】周邊環境復雜的高邊坡土石方爆破的危險性較大，需根據地質情況分區進行控制爆破，并采取相應的工程技術措施。其中主動措施是首要的，如爆破沖擊波控制措施、控制爆破用藥量等；還需采取對被保護建筑物和設施附近搭設雙層鋼管排架防護屏障、設置防滾石用的土堤、跳石攔墻等工程措施；同時加強爆破區安全警戒、高邊坡監測監控、邊坡爆破開挖過程中巡視檢查等，以確保爆破施工安全。

【關鍵詞】高邊坡 控制爆破 工程措施 施工安全

1工程概況

溫州繞城高速公路西南線工程（仰義至閣巷）地處溫州地區西南面，起點位于金麗溫高速公路的仰義樞紐，終于瑞安閣巷樞紐樁號K56+328，與甬臺溫復線相接，按雙向6車道設計，路基寬度33.5m，設計速度100km/h，全長約56.328km。本公司施工標段起訖樁號K40+770～K42+580，路線全長1.81km，路基高邊坡二處K40+770～K40+949，ZK42+147～ZK42+434，其中ZK42+147～ZK42+434邊坡最大開挖高度為79.2m（圖1），采用分級進行開挖及邊坡防護，第一級至第七級高度10m，其中第一級至第六級坡率均為1：0.75、第七級坡率為1：1.0；第八級開挖至頂，坡率為1.25，根據開挖臺階的不同，放緩邊坡坡率。邊坡防護根據邊坡高度、坡率不同采用不同的防護形式，第一級至第七級邊坡采用點錨+主動式落石防護網+TBS護坡防護、第八級邊坡采用主動式落石防護網+TBS護坡防護。

圖1 ZK42+147～ZK42+434段高邊坡圖

本段路基工程施工質量和安全控制的重點、難點為：

（1）路基挖方石方量大，路線短、挖方高度高、爆破工程量大，施工工期緊。

（2）ZK42+147～ZK42+580路段爆破施工離溫福鐵路最短距離約700 m，爆破對溫福鐵路有一定的影響。

（3）K40+770～K40+932挖方路段離嶺下村居民房屋距離在200m內，最近距離只有50m；K41+147～K42+580挖方路段離嶺下村居民房屋距離在200 m內，最近距離只有100m；縣道昆江公路離爆破施工區域距離約200m內，爆破滾石、飛石對附近村莊、昆江線形成較大隱患，施工防護存在很大難度。

（4）本工程挖方路段最大邊度高度為79.2 m，坡表分布土層厚度為0.5～1.5m，下伏軟石（Ⅳ）、次堅石（Ⅴ），圍巖整體穩定性較好，但局部節理發育，邊坡開挖易產生掉塊或楔形體破壞現象，不利邊坡的穩定。

2爆破方案設計

2.1 總體爆破方案

ZK42+147～ZK42+434高邊坡周邊環境復雜，開挖段石方爆破是本工程的重點、難點之一，爆破的效果將直接影響到路基的質量和邊坡的穩定及周邊安全。根據路塹挖深不同分別采用中深孔爆破和淺孔爆破，挖深小于5m時用淺孔爆破，挖深大于5m時用中深孔爆破。邊坡采用光面爆破，炮孔方向：中間主炮孔取垂直孔，邊坡光面孔與邊坡坡率相同，部分路段根據需要除采用光面爆破的方式外，還要采取松動控制爆破。

總體爆破施工采用潛孔鉆機鉆孔松動、從上往下依次分層爆破、分層防護方案。遵循自上而下，分層式中深孔臺階爆破開挖為主，機械開挖為輔的總體方案。在開挖各部位按劃分的控制區域采用相應的爆破方式。

2.2爆破分區

根據周邊環境和地質條件，對高邊坡進行爆破分區見表1、圖2。

表1 爆破分區表

區域范圍 區域方量（萬m3） 爆破方式

ZK41+949～ZK42+013區段 2.4 復雜環境中深孔控制爆破

配合機械開挖

ZK40+770～949區段距嶺下村18m～25m 0.3 機械開挖

ZK40+770～949區段和ZK42+126～417區段施工區距居民房25m～45m 1.1 淺孔臺階控制爆破

配合機械開挖

ZK40+770～949區段和ZK42+126～417區段施工區距居民房45m～100m 24.1 復雜環境中深孔

控制爆破

ZK40+770～949區段西北側距居民房100m 以上距離 25.8 復雜環境中深孔控制爆破

ZK42+126～417區段距居民房100m以上施工區域 63.6 復雜環境中深孔控制爆破

ZK40+770～949 ZK42+126～417

圖2 高邊坡分區爆破施工示意圖

2.3 爆破方法與設計

以潛孔鉆機鉆眼爆破為主，氣腿式小風鉆為輔，采用爆破法松動，挖掘機裝車，自卸汽車運輸，爆破后產生的大塊石采用挖掘機配液壓破碎錘改小。

根據路塹挖深不同分別采用深孔爆破和淺孔爆破，挖深小于5米時用淺孔爆破，挖深大于5米時用深孔爆破。

2.3.1淺孔爆破設計

淺孔爆破采用小型鑿巖機鉆孔，炮孔直徑38～50㎜，孔深2～4 m，根據開挖深度分一個或兩個臺階進行爆破，邊坡采用光面爆破。炮孔方向：中間主炮孔取垂直孔，邊坡光面孔與邊坡坡率相同。路塹山頂剝離范圍中開挖高差1m～5m和距離建筑物18m～45m區域內，為保護周邊居民房等建筑物安全，采用小規模、小臺階、加強覆蓋防護措施分層開挖，淺孔控制爆破方案。淺孔爆破參數匯總見表2。

起爆網路：采用逐孔或兩孔齊發的起爆網路（圖3），孔內裝入ms11毫秒延期雷管。

表2 淺孔爆破參數匯總表

名稱 符號 單位 取值范圍

孔徑 D mm 42

抵抗線 W m ≤1.5

鉆孔傾角 a ° ≤90°

單耗 q kg/m3 0.25～0.30

孔距 A m 1.0～1.5

排距 B m 0.8～1.2

孔深 L m ≤5.0

堵塞長度 Lc m Lc≤1.5m

單孔裝藥量 Q kg 2.5～2.7

圖3 淺孔逐孔起爆網絡示意圖

根據爆破振動公式計算， 隨著距離的不同，最大一段單響藥量在2.5～7.5kg之間，可滿足爆破振動安全。實際單響藥量按不超過7.5kg設計，采用連續裝藥結構和單孔單響的延時起爆網絡，為確保網路安全準爆，一次爆破規模控制在180kg以內。

2.3.2中深孔爆破設計

中深孔爆破采用微差擠壓梯段爆破，大型潛孔鉆機（KY100 和DHA850）鉆孔，鉆頭直徑為90㎜以上，使成孔直徑達100㎜，孔深5～10米，路塹挖深大于10 m時分層開挖，邊坡采用光面爆破或光面爆破。路塹挖深較大邊坡設置變坡時，在變坡點高度處分層。除光面孔按坡面坡率鉆孔外，其余中間主爆孔均為接近垂直孔。中深孔控制爆破平面示意圖見圖4，連續裝藥結構圖見圖5，中深孔爆破炮孔剖面示意圖見圖6，中深孔爆破參數匯總表見表3。

圖4 中深孔控制爆破平面示意圖

圖5 連續裝藥結構圖 圖6 中深孔爆破炮孔剖面示意圖

表3 中深孔爆破參數匯總表

名稱 符號 單位 取值范圍 取值范圍

梯段高度 H m 10 10

孔徑 D mm 90 115

底盤抵抗線 Wd m 3.0～3.5 3.5～4.0

鉆孔傾角 a ° 90° 90°

單耗 Q Kg/m3 0.35～0.4 0.35～0.4

孔距 A m 3.5 5

排距 B m 2.8 3.5

鉆孔超深 H m 1.0 1.0

孔深 L m 11 11

填塞長度 Lc m ≤4.5m ≤4.5m

單孔裝藥量 Q kg 40～42.5 60～68

中深孔控制爆破區域距周邊受保護建構筑物距離100m以上的開挖部分，設計按照8m臺階高度1：1.25，10m臺階高度1：0.75的坡率進行削坡爆破，采用分層開挖，中深孔控制爆破方案。布孔型式：梅花形或矩形布孔（詳見炮孔布置示意圖），圖7 逐孔起爆網絡圖。

圖7 中深逐孔起爆網絡圖

中深孔爆破最大一段單響藥量在15.5kg～180kg之間，可滿足爆破振動安全。但由于周邊居民房較多，同時居民對振動的感知度較強，靠近居民房45～65m范圍內單響藥量不超過15kg，采用間隔裝藥結構和單孔單響的延時起爆網絡，距離居民房65～100m范圍內單響藥量不超過60kg采用連續裝藥結構和單孔或兩孔一響的延時起爆網絡，一次爆破規模控制在1000kg以內。

2.4起爆安全校核

2.4.1安全控制標準

居民房及高鐵線路取2.0 cm/s（按照一般磚混結構取值）。

2.4.2安全校核

（1）本設計采用的安全震速和最大單響藥量計算公式：

……………………………………………………………（1）

式中

Q?——最大單響藥量，kg；

——計算地震波速度，cm/s；

——安全允許震速，cm/s；

R——控制點至爆源的距離，m；

K、α——與爆區地形地質有關的系數和衰減系數。

根據爆破安全規程對衰減規律測試，本工程k=150，α=1.5。計算對不同距離的最大一段單響藥量。距離居民房及周邊廠房最大一段單響藥量與距離的關系表見表4、5。

表4 距離居民房及周邊廠房最大一段單響藥量與距離的關系表

Q（kg） 2.7 15.5 47 170 58300

R（m） 25 45 65 100 700

根據上述單響藥量測定，確定施工區域控制爆破對高鐵線路無影響。

表5 最大單響藥量控制表

施工區 最大單響藥量kg 起爆方式

25m～45m淺孔控制爆破 2.5～7.5 單孔或兩孔起爆

45m～65m

復雜環境中深孔控制爆破 15 逐孔起爆

65m～100m

復雜環境中深孔控制爆破 40 逐孔起爆

100m以上

中深孔控制爆破 170 兩孔或三孔起爆

2.4.3爆破飛石、滾石安全距離

本工程需嚴格控制爆破飛石對周邊的影響，控制爆破飛石成為工程的重點及難點。露天深孔臺階爆破，個別爆破飛石采用瑞典經驗公式進行校核：

…………………………………………………………（2）

式中： RFmax——露天深孔爆破飛石安全距離，m；

——安全系數，取15～16；

D——深孔直徑，cm，取90或115mm。

經過計算得：RFmax=135～172m

根據以上公式計算爆破飛石對周邊的影響，確定施工區域控制爆破對周邊無影響（圖8）。

圖8 施工區域控制爆破與周邊關系圖

3現場安全生產管理措施

3.1爆破飛石控制措施

滾石主要由爆破及爆破后邊坡挖裝過程中產生，滾石對底部建筑物的危害很大，若控制不力，滾石將會直接滾入坡底導致建筑物破壞，因而本次爆破工程中滾石控制極為重要。

（1）控制爆破方向。合理選定抵抗線方向，使被保護對象避開飛石主方向。如無法避開應嚴格控制抵抗線，必要時候采用機械輔助開挖的方式。

（2）控制填塞質量。嚴格控制炮孔填塞質量，防止卡孔；適當增加堵塞長度，裝藥完畢后，每個炮孔裝藥量必須經過技術人員驗收合格后才允許填塞。

（3）孔口壓土袋。在炮孔孔口均用沙袋、廢舊傳輸帶，避免發生沖炮，產生飛石。

（4）覆蓋防護。對個別大塊或表層孤石爆破時，在其四周采用竹片夾草袋或其它能吸收能量的柔性材料進行覆蓋防護。在淺孔和復雜環境中深孔控制爆破區域進行爆破施工時，爆破區域采用柔性炮被整體覆蓋防護（圖9）。

圖9 柔性炮被整體覆蓋示意圖

3.2工程技術措施

（1）被保護建筑物和設施附近搭設防護屏障（圖10）。

在ZK40+770～949區段南側距爆區約18m的村委會用房附近用雙層腳手架鋼管加竹簾搭設防護屏障，對建筑物及設施進行安全防護，設計腳手架能對村委會用房進行防護，長5～15m，高約3m。

圖10 雙層鋼管排架防護示意圖（左）和實際圖（右）

（2）在邊坡底部，距離建筑物較近的區域，設置防滾石用的土堤（圖11）

滾石控制可采取以下措施：施工時設置防滾、跳石攔墻。沿山體邊坡利用山體表面和坡腳的松軟土石搭建一條高2m，寬2m的擋土墻，防止爆破滾石沖擊道路及邊上保護物。

圖11 滾石防護示意圖

3.3爆破沖擊波控制措施

適當調整爆破方向，嚴禁采用大規模爆破及裸露爆破，加強堵塞能夠有效的控制爆破沖擊波，光面爆破導爆索盡量減少裸露部分，減少對周邊環境的影響。

3.4爆破安全警戒措施

爆破前由施工單位向指揮部匯報具體爆破時間，各相關部門嚴格按照事先制定的《爆破安全警戒方案》實施爆破前的安全警戒工作。

警戒地點設立標示牌和爆破通告，施工現場設置“爆破區域，閑人免入”安全警告標志；本工程由于爆破環境非常復雜，采用控制爆破技術及嚴格的安全防護措施，故警戒范圍為100m。本工程共分為10個警戒點，ZK40+770～949區設置4個警戒點，分別位于進場道路路口和周邊最近的受保護居民房附近，ZK41+949～ZK42+013區段設置2個警戒點，分別位于村用道路和西側采石場附近；ZK42+126～417區設置4個警戒點，位于上山道路兩側及南面道觀附近。

3.5高邊坡監測監控措施

（1）人工巡視和裂縫觀測：人工巡視是一項經常性的工作，安排專人堅持每天進行巡視，當破體表面發現裂縫時監測組及時在裂縫處理裂縫觀測裝置，通過觀測裂縫的變化過程和變化規律來分析坡體的變形情況和破壞趨勢。

（2）裂縫監測：人工巡視中在發現裂縫的位置埋設監測點，如果邊坡在開挖過程中坡面沒有出現裂縫則此類測點無需布置。人工巡視發現裂縫后及時埋設（1～2天內完成），測點間沿裂縫的間距以20～30m為宜，其方向平行滑坡的主滑方向或邊坡位移方向。

（3）坡面觀測：在平臺上設置坡面變形觀測點，利用精度為2〞的全站儀進行觀測，采用直角坐標法量測。通過數據處理分析，分析坡面幾何外觀的變化情況，繪制坡面各點在施工過程中的水平位移變化情況，從而了解邊坡滑動范圍和滑動情況，提供預警信息。

（4）沉降觀測和水平位移觀測：通過埋設沉降板觀測沉降情況，通過數據分析指導施工；水平位移觀測主要為地面水平位移，采用位移邊樁觀測。由于一般的裂縫變形是微小而且蠕變的，本工程選擇游標卡尺對邊坡的變形裂縫進行監測。

3.6環境保護措施

環境保護是保證社會生態平衡、保證社會人們身體健康的需要，是我國的一項基本國策。為了控制工程施工現場的各種粉塵、污水、水土流失以及噪聲、振動等對環境的污染和危害，需采用各種有效措施和各種渠道嚴格控制。石方爆破作業重點采取控制爆破，防止飛石對附近林木、植物造成損害。

4結語

（1）周邊環境復雜的高邊坡土石方爆破的危險性較大，需根據地質情況分區進行控制爆破，并采取相應的工程技術措施。爆破沖擊波控制措施、控制爆破用藥量等是爆破的主動措施，需嚴格按有關規范設計計算和實施。

（2）工程技術措施是輔助的，也是必不可少的，如對被保護建筑物和設施附近搭設雙層鋼管排架防護屏障、設置防滾石用的土堤、跳石攔墻等，防患于未然。

（3）通過加強爆破區安全警戒、高邊坡監測監控、邊坡爆破開挖過程中巡視檢查等措施，能夠及時了解邊坡在施工期的工作性態、及時地提出處理方案與措施，以確保爆破施工安全和施工質量。

參考文獻：

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[4]章征成 等.復雜環境下高邊坡控制爆破.工程爆破，2014（1），P22～25.

[5]付波 等.巖石高邊坡爆破振動局部放大效應分析.爆破，2014（2），P1～7.

作者簡介：周紅星（1975-）男，土木工程專業本科畢業，高級工程師。