百米深陡峭崖壁拱腳控制爆破技術設計及施工

毛益松，汪慶桃，吳 智，陳志陽，肖 峻

(1.國防科學技術大學九院，湖南長沙 410003；2.中國五局第三建設有限公司，湖南長沙 410004)

百米深陡峭崖壁拱腳控制爆破技術設計及施工

毛益松1，汪慶桃1，吳 智2，陳志陽1，肖 峻1

(1.國防科學技術大學九院，湖南長沙 410003；2.中國五局第三建設有限公司，湖南長沙 410004)

介紹了百米陡峭崖壁拱腳控制爆破技術設計，分析溶洞(溝)對拱腳穿孔、裝藥、爆破方法等方面的影響。爆破實踐表明，邊坡預裂爆破和逐孔起爆技術能夠獲得較好的爆破效果，減小陡峭崖壁坡底爆破的“鞭梢效應”的影響。

礦坑；巖溶；拱腳；預裂爆破；逐孔起爆

0 引 言

長沙歡樂廣場冰雪世界工程位于長沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村，利用湖南省新生水泥廠既有采石形成的礦坑上(見圖1)，由深坑坑壁巖體承受豎向荷載和水平作用。礦坑為周邊長直徑約500 m、短直徑約400 m的類橢圓形，最大深度達100 m。上寬下窄，坡度較陡，坡角約80°～90°。為了進行礦坑治理工程加固，在坑壁的A、B、C區(qū)3個拱腳區(qū)需要進行巖石爆破，爆破方量約72000 m3。本次爆破任務針對A、B、C區(qū)平臺標高18 m整體降至16 m平臺標高，環(huán)梁外側往坑內16 m至12 m設計標高，用于支撐4 m×1.5 m的環(huán)梁結構，拱腳邊坡開挖工程量約13000 m3。

圖1 百米礦坑原貌

1 工程概況

拱腳平臺結構剖面如圖2所示，寬6.0～7.3 m不等，臺階高度約6.0 m，一側是垂直陡峭崖壁，另一側是1∶0.35的二級臺階邊坡。礦坑上面爆破周圍環(huán)境比較好，東側的中建五局項目部生活區(qū)、南側的五星級酒店施工場地、西側的坪塘大道及水塘村民房以及北側岳麓區(qū)第二醫(yī)院，距爆破點均在260 m以上。坑底約80 m是已經(jīng)澆灌好的塔吊基礎。爆破地質以微風化灰?guī)r⑨(D)為主，地層巖性為灰白色，隱晶結構，厚層狀構造，節(jié)理裂隙和巖溶作用發(fā)育，局部有溶洞(溝)及溶槽。最大單軸抗壓強度為124.9 MPa，平均為75.0 MPa，屬較堅硬巖(R壓＝30～60 MPa)和堅硬巖(R壓＞60 MPa)，其中堅硬巖占大部分。

圖2 拱腳剖面圖

2 陡峭崖壁爆破主要風險及爆破技術方案

(1)爆破主要風險。在礦坑百米垂直坑壁上進行巖石爆破非常罕見，主要風險有：爆破震動對百米崖壁拱腳擾動影響風險；巖層特性多變、裂隙發(fā)育，溶洞(溝)以及石芽(筍)、探頭石多，邊坡又是傾斜鉆孔，存在著鉆孔裝藥風險；溶洞(溝)對爆破作用的影響之一是能量的泄漏，如果發(fā)生能量泄漏，使其炮孔內壓力迅速降低，導致其它方向的裂隙停止發(fā)展，如果裝藥埋設在溶洞(溝)附近，會改變抵抗線的大小和方向，影響拋擲方向、破碎不均，大塊多和飛石遠風險；溶洞(溝)連通的兩相鄰炮孔的裝藥容易產(chǎn)生殉爆，可能導致成片拒爆風險。

(2)爆破技術方案。B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質拱腳爆破順序如圖2所示，按照①→②→③→④進行爆破施工作業(yè)。主體部分①采用深孔爆破技術，邊坡③采用預裂爆破技術，在主炮孔和邊坡之間設計1排緩沖孔，16～18 m平臺②采用淺孔爆破技術，預裂爆破和設計邊坡之間③保留35 cm用機械破碎，保護層④采用機械或空氣間隔器爆破技術。

深孔爆破技術措施：B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質邊坡爆破保留1 m厚保護層，實際最大挖深為5 m，分一層爆破；采用孔外逐孔接力微差和排間微差松動爆破技術，嚴格控制單孔藥量，確保填塞質量和填塞長度等技術措施，控制爆破飛石和爆破振動。

預裂爆破技術措施：B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質邊坡是整個礦坑的一部分，為了爆區(qū)的邊坡穩(wěn)定，在爆區(qū)與未爆區(qū)之間實施預裂爆破是關鍵。其方案為：先用潛孔鉆機、液壓鑿巖臺車鉆孔，預裂爆破炮孔應距設計開挖邊界0.35 m布置，炮孔角度應與設計邊坡坡度一致，炮孔底應處在同一高程上；緩沖孔位于預裂孔和主炮孔之間，設1排；預裂爆破和主體爆破同時起爆，預裂爆破的炮孔應在主體爆破前起爆，超前時間110 ms(ms5段)。

3 爆破技術設計

3.1 深孔爆破藥孔參數(shù)

主爆孔參數(shù)如下：孔徑d＝100 mm；孔深L＝6.0 m，其中，保護層1.0 m；底盤抵抗線W＝2.5～2.8 m；孔(排)距a＝b＝2.5 m；炸藥單耗q＝0.35～0.50 kg/m3；單孔裝藥量按體積公式Q＝qV計算，Q＝q×a×b×H＝0.35×2.5×2.5×6.0≈13.0 kg；填塞長度L1＝(1.0～1.25)W≥2.8 m，用粘土填塞。以B4-B9區(qū)12～18 m平臺為例，其爆破參數(shù)見表1。

表1 B4－B9區(qū)12～18 m平臺爆破參數(shù)表

3.2 緩沖爆破藥孔參數(shù)

緩沖孔藥孔參數(shù)如下：孔徑d＝100 mm；孔深L＝6.0 m；底盤抵抗線W＝2.5～2.8 m；孔距a＝2.5 m；距預裂孔b預＝1.0 m，距主爆孔b主＝1.5 m；炸藥單耗q＝0.30～0.35 kg/m3；單孔裝藥量取主爆孔的1/2，實際裝藥每孔6.5 kg。以B4-B9區(qū)12～18m平臺、長度62 m一次爆破試驗為例，其爆破參數(shù)見表1。

3.3 預裂爆破藥孔參數(shù)

孔徑d＝100 mm；孔距a＝100 cm；不偶合系數(shù)m＝3.125；平均線裝藥量q線＝0.30～0.45 kg/m，實際中q線＝0.5 kg/m；裝藥量分配及間隔要求如圖3所示；堵塞長度L1＝1 m。

3.4 裝藥結構設計

主爆孔第1排孔分兩段間隔裝藥，第2排采用連續(xù)裝藥。選用Φ70 mm或Φ32 mm乳化炸藥。超深0.50 m部分裝填炸藥或裝填BJQ型空氣間隔器。炮孔填塞長度2.8～3.0 m。

預裂孔采用導爆索串聯(lián)、沿預裂孔軸向全長敷設、將Φ32 mm炸藥卷按設計計算值分配串綁于導爆索的裝藥結構，如圖3所示。

圖3 藥孔裝藥結構示意(單位:m)

4 現(xiàn)場爆破

2015年10月～2015年12月，在礦坑拱腳邊坡進行了十余次爆破。

4.1 穿孔及裝藥

穿孔作業(yè)時密切注意鉆桿的進程以及軸壓、風壓來判斷該孔的地質情況，例如發(fā)現(xiàn)鉆桿突然迅速往下降，或風壓或軸壓突然降低，則證明遇到了溶洞(溝)，再謹慎操作可以判斷其高度等。

爆破作業(yè)人員準確掌握成孔質量情況并登記每一炮孔。每一炮孔在裝藥過程中，起爆藥包放到孔內，必須在裝入第一袋炸藥后，用適當力度拉起爆藥包的導爆管，判斷是否有效裝藥。同時還要增加對裂隙和溶洞(溝)段炮孔的測量次數(shù)，如一般情況下每箱14節(jié)，每節(jié)約1.7 kg的乳化炸藥，長約30 cm，用測繩測量炮孔深度時，如發(fā)現(xiàn)其裝藥長度偏小，說明孔內有裂隙或溶洞(溝)，裝藥長度偏大，則是炮孔中間有堵塞，根據(jù)情況采用最佳的經(jīng)驗方法進行處理。

4.2 爆破網(wǎng)路

作業(yè)面布置的2排主爆孔、1排緩沖孔和1排預裂孔，且同網(wǎng)起爆。預裂孔孔內導爆索支線與地面一股主爆導爆索并聯(lián)搭接，由2發(fā)MS3段導爆管雷管引爆。第1排裝ms9段(310 ms)，第2排裝ms11段(460 ms)，第3排裝ms13段(640 ms)。炮孔裝藥填塞完畢后，在孔外排之間的孔用3段(50 ms)毫秒導爆管雷管將各炮孔導爆管聯(lián)接起來，如圖4所示。按照上述起爆網(wǎng)路實施，預裂孔起爆時間比最近的第3排緩沖孔超前530 ms。

圖4 起爆網(wǎng)路示意(單位:m)

5 爆破效果與體會

(1)主爆孔采用逐孔起爆和邊坡采用預裂爆破的方法能夠達到很好的爆破效果，圖5為邊坡預裂爆破效果，特別是能減少陡峭崖壁坡腳爆破的“鞭梢效應”。

圖5 邊坡預裂爆破效果

(2)巖溶發(fā)育區(qū)裝藥要嚴密注意孔內裝藥高度的變化，知曉在各種孔徑情況下，每袋炸藥在孔內的起藥高度。一旦出現(xiàn)異常，要及時處理。如一般情況下每箱14節(jié)，每節(jié)約1.7 kg的乳化炸藥，長約30 cm，用測繩測量炮眼深度時如發(fā)現(xiàn)其長度與上述不符，便要采取相應的措施。

(3)巖溶發(fā)育區(qū)爆破時，穿孔質量會影響爆破效果，其穿孔工作，應采取“繞、補、棄”的原則，即：穿孔盡量繞避，不能繞避的則采用補孔辦法，不能補孔則作為棄孔處理；

(4)環(huán)梁基礎底部保護層約60～80 cm最后采用蝶式切割技術，在爆破單價受限有情況下是一種較好的辦法。

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2016-08-26)

毛益松(1960-)，副教授，從事工程爆破教學研究和實踐，Email：1213175424＠qq.com。