光面爆破控制邊坡穩定技術探討

宮相君　張春峰

摘要：文章介紹了在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的中深孔爆破中如何進行邊坡保護的方法，在設計斷面的輪廓線上布置光爆孔，采用光面爆破技術方案，通過控制孔網參數、不耦合裝藥系數、線裝藥密度、起爆順序，實現了開挖邊界上的巖體完整及穩定性，對類似工程的開挖爆破設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：邊坡開挖；光面爆破；巖體完整；邊坡穩定；深孔爆破 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2016）16-0107-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.052

1 概述

當炸藥在炮孔內爆炸時，產生的強大沖擊波和高壓氣體猛烈地沖擊炮孔四周的巖體，使得周圍巖體破碎或開裂，即使采取多段微差爆破，限制一次起爆藥量，破壞區的范圍也是很大的。許多工程往往要求留下一個完整的永久邊坡，因此要求爆破作業盡量減少對邊坡巖石的破壞，同時鐵路路塹施工中，如果不能保證邊坡的穩定性則容易出現滑坡及巖體失穩，會造成危石滾石，危及鐵路列車的安全。礦山剝巖中，邊坡的穩定性直接影響后續生產的安全和經濟效益。為了使爆破開挖的邊界盡量與設計輪廓線相符，不出現超挖和欠挖現象，同時也使開挖邊界上的巖體盡量保持完整，保持其強度及穩定性，降低爆破地震的危害范圍和破壞程度，在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的中深孔爆破中常用光面控制爆破方法實施邊坡保護。影響光面爆破效果的因素很多，包括炮孔間距、直徑、巖石的物理力學性質、地質構造、炸藥性質、裝藥結構和不耦合系數等，眾多爆破工作者曾對光面爆破技術進行了許多實驗研究，但試驗與應用還有相當大的差距，光面爆破理論還有不成熟的地方，許多參數的確定有困難，因此該技術必須在實踐中去總結。

2 工程概況

新建鞍鋼鲅魚圈鋼鐵項目鐵路專用線范屯編組站路基開挖工程，開挖范圍為DK3+940～DK5+320，長1380m，總石方量114525m3，該線路經過地段為低山丘陵區，地形地伏較大，現主要為果園，植被發育，線路中心最大挖深為29.4m，最大塹坡高為34.8m。

地層巖性：（1）粉質黏土：黃褐色，棕紅色，堅硬-硬塑狀；（2）中細粒黑云母花崗巖，表層為全風化，厚0～5.5m，其下為強風化層，厚0～12m，下伏為弱風化巖體。

工程措施：路塹邊坡坡度為1∶0.5～0.75，最上級邊坡坡度為1∶1.25。DK4+238～DK5+225路段左右兩側路塹邊坡采用光面爆破刷坡，坡腳2m范圍內要進行清石整平。其他部位邊坡按設計圖紙進行開挖。

3 施工方案的選擇

根據該區域的地形、地質條件，綜合考慮工期、塊度、邊坡光滑平整穩定性以及爆破飛石、震動對周圍環境的影響，確定如下方案：（1）分層開挖，由上至下，分層分臺階由中間向兩邊。中間采用中深孔爆破開挖，邊坡預留緩沖層、光爆層；（2）為了確保邊坡的穩定、美觀、平整，根據設計要求在特定地段邊坡采用光面爆破技術進行開挖；（3）主要設備為CM351鉆機和ROCD7鉆機。

4 爆破參數設計

4.1 光爆參數設計

4.1.1 炮孔直徑D：光面爆破炮孔直徑的確定直接關系到光爆施工的效率與成本，是決定光面爆破抵抗線和炮孔間距的依據，綜合考慮工程巖石特性、現場機械設備及工程具體要求等實際情況取炮孔直徑D=90mm。

4.1.2 光面爆破抵抗線W光光面爆破抵抗線是指光爆層厚度。

W光=KD

式中：

K——計算系數，取K=15～25

W光=1.8～2.0m

4.1.3 孔距a：

a=mW光

式中：

m——炮孔密集系數，取m=0.5～0.8

a=1～1.2m

4.1.4 超深△h=（10～20）D，取△h=1m

4.1.5 線裝藥密度q：裝藥密度過大，會破壞炮孔的孔壁，線裝藥密度過小，炮孔間裂隙不貫通，巖壁表面留下巖坎難以開挖，坡面不平整造成欠挖。取q光=0.7kg/m并根據試炮結果進行調整。為了克服炮孔底部的夾制作用，底部必須加大裝藥量。q底=（1.2～2.0）q光，在光爆孔底部1.5m為加強裝藥q底=1.1kg/m。

4.1.6 裝藥直徑Φ=32，不耦合系數2.8。

4.1.7 填塞長度△L=1.5m

4.2 主爆孔爆破參數

孔徑D=90mm

孔距a=3.0～3.5m

超深△h=（10～20）D，取1m

排距b=2.5～3.0m

單耗q=0.4～0.5kg/m3，并根據試炮結果進行調整

4.3 緩沖孔爆破參數

W底=2.0m

孔距a=2.5m

排距b=2.0m

超深△h=1m

藥量較主爆孔減少40%～60%。

5 裝藥結構設計

炸藥品種可以用2#巖石炸藥、乳化炸藥和粉狀乳化炸藥。

5.1 主爆孔裝藥結構

可根據炮孔深度采用連續裝藥和分層裝藥，采用分層裝藥時，層間隔為1.0～1.5m。單孔藥量計算Q=q·a·b·L。

5.2 光爆孔裝藥結構

裝藥采用直徑32mm的巖石炸藥或乳化炸藥，按照線裝藥密度均勻地綁在竹片上，然后用導爆索拉直，緊靠藥卷綁牢，竹片要長于孔深至少30cm。

5.3 緩沖孔裝藥結構

采用Φ70mm藥卷，分三層裝藥，從下至上依次減少數量。

5.4 填塞

合理的堵塞長度和良好的堵塞質量，對改善爆破效果和提高炸藥利用率具有重要作用，合理的堵塞長度能降低爆破氣體能量損失和盡可能增加鉆孔裝藥量，堵塞長度△L=（20～40）D，分段裝藥時，間隔填塞長度為1.5～2.0m。填塞料一般用鉆屑粗砂，有水時可有細石子。光爆孔的填塞先用紙團送入孔內，防止回填物下落至光爆孔內，然后用鉆屑回填，并分層搗實，填塞高度1.5m。

6 起爆網絡設計

選擇電容式起爆器，主爆孔和緩沖孔采用塑料導爆管非電雷管，孔內外結合的毫秒延時網路，孔內用10段雷管，孔外用3段雷管連接。光爆孔采用導爆索非電起爆系統同時起爆。起爆順序依次為主爆孔、緩沖孔、光爆孔。光爆孔滯后主爆孔起爆，按所處位置計算安全允許起爆間隔時間不小于75ms。

7 爆破安全計算

7.1 最大一段齊爆藥量

最大一段齊爆藥量Qmax：

Qmax=R3（V/K）3/α

式中：

V——地面質點峰值震動速度，cm/s

R——計算點到爆源的距離，m

K、α——與爆破點至計算點之間的地形地質條件有關的系數和衰減指數，K=160，α=1.8

距離爆孔中心50m外最大一段起爆藥量：

Qmax=503（5/160）3/1.8=387kg

7.2 個別飛石安全距離

R=KD

式中：

D——炮孔直徑，cm

K——安全系數取K=16

R=16×9=144m

爆破安全規程中規定，露天中深孔爆破，最小安全距離不小于200m。考慮到安全警戒范圍定為200m。

8 爆破安全技術措施

（1）當鉆孔通過不良地質段時，如軟硬巖石處、裂縫處、溶洞處等，最易造成偏幫溜眼，從而改變了鉆孔角度和鉆孔方向，造成抵抗線的變化，鉆機操作手必須經常檢查；（2）在鉆孔中不僅要做到“對位準、方向正、角度精”，而且要不斷提高鉆孔技術水平，在鉆孔過程中，經常檢查鉆機架設牢固性、鉆孔角度和方向的準確性，同時要根據巖石不同性質進行鉆孔工作，以保證鉆孔精度；（3）裝藥前對炮孔進行檢查，特別是最小抵抗線的檢查，要根據實際情況進行藥量調整。注意斷層、軟弱層、裂隙的存在，這些位置適當減少藥量，并在相應位置進行覆蓋處理；（4）嚴格按設計進行裝藥：按Qmax=R3（V/K）3/α控制單響最大藥量。起爆藥包的位置在裝藥部位的1/4和3/4兩處，裝藥時速度要慢，發現堵塞，在未裝入起爆藥包和雷管前，可用非金屬桿處理，裝入起爆藥包后，不應用任何工具處理；（5）炮孔有水時采用高壓風吹或裝乳化炸藥，裝藥速度不宜過快，乳化炸藥裝入前要順直，保證炸藥深入孔底；（6）起爆藥包放入孔內時雷管的腳線要順直，輕輕拉緊，貼在孔壁一邊，防止腳線掉入孔內；（7）光爆孔裝藥時，連接兩個竹片要綁扎牢固，避免脫節，導爆索搭接長度不小于20cm，防止裝藥在孔內扭轉；（8）保證填塞長度和填塞質量，填塞長度嚴格按設計進行，填塞料用黃土分層搗實，有水時填塞料用細砂。填料要慢慢放入孔內，不得有碎石和易燃料，填塞防止懸空，防止破壞導爆管；（9）網路的敷設嚴格按設計進行。網路擺放清晰、有條理，避免對導爆管砸、拉、折等，孔內不得有接頭。光爆孔采用導爆索串聯網絡，光瀑孔滯后主爆孔起爆，間隔時間不小于75ms；（10）在距離建筑物較近處實施爆破時，除對爆體進行覆蓋防護外，還要對建筑物的相應部位進行保護；（11）裝藥時，爆區周圍設立警戒標志，嚴禁無關人員進入，爆區嚴禁煙火，嚴禁攜帶爆材離開現場；（12）爆破前要加強警戒，由于周圍有住戶，在爆破前提前通知，防止對構筑物及人員傷害。爆破警戒范圍不小于200m。

9 爆破效果

在鲅魚圈鐵路專用線路基開挖工程中，路塹邊坡采用光面爆破法施工后，所有光爆部位沿光爆炮孔連線方向切開，堅硬的孔口無破壞，半孔率達到70%以上，基巖穩定平整。同時有效控制了超挖欠挖現象，也有效控制了爆破地震效應及飛石對周圍環境的影響，按時完成工期。

10 結語

在臨近邊坡和溝塹、基坑基槽的邊坡采用光面爆破技術方案，可以做到既保證周圍環境的安全，又可以取得良好的效果，體會如下：（1）爆破參數的設計要根據現場環境、地形地質條件確定；（2）嚴格控制鉆孔的質量，鉆孔操作手必須熟練操作鉆機，孔位、孔深、角度必須符合設計要求；（3）試爆必須提前進行，根據試爆結果調整爆破參數、光爆層厚度、緩沖層厚度及延期時間。實踐證明，只要按照以上要點精心施工，采用光面爆破法控制邊坡穩定可以取得滿意的效果。

參考文獻

[1] 汪旭光.爆破手冊[M].北京：冶金工業出版社，2010.

[2] 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[3] 爆破安全規程（GB6722-2003）[S].北京：中國標準出版社，2003.