鐵路路基爆破的施工技術(shù)探討

摘要：依據(jù)工程爆破理論，文章以某鐵路路基應(yīng)用土石方爆破的施工技術(shù)為例，通過應(yīng)用淺孔爆破與臺階爆破技術(shù)兩者相結(jié)合，解決靠近民房區(qū)域的某工程爆破工程施工的問題，尤其是解決在靠近民居區(qū)域，爆區(qū)的巖石預(yù)應(yīng)力高和夾制作用強(qiáng)的情況下的爆破施工技術(shù)，為以后類似工程項(xiàng)目的處理提供了參考。

關(guān)鍵詞：淺孔爆破；光面爆破；路基爆破；鐵路路基；工程爆破；高速鐵路 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2017）08-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.070

在滿足山區(qū)高速鐵路所需技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，遇到不利地形如高度相差大、溝谷相間、高度起伏不定等情況不可避免，需要克服的問題有深挖、高填土石方。和橋梁隧道工程很像，類似于深挖高填的工程通常具有的特點(diǎn)是工作量大、施工效率低、施工速度慢等，而工程進(jìn)度通常受這些因素制約。所以，在施工過程中，新爆破技術(shù)需要進(jìn)一步推廣，從而保證高鐵建設(shè)時的施工質(zhì)量和速度。

1 工程概況

本工程路段，特殊地段的路基設(shè)有涵洞和橋梁。管段內(nèi)約有122萬m3挖方量，一方面，土石方開挖量大，這就造成了繁重的爆破任務(wù)。距離線路兩側(cè)約60m的地方，設(shè)有學(xué)校、民房、市場等，為防止對周邊民房及居民生產(chǎn)生活侵?jǐn)_過大，爆破時必須嚴(yán)格控制爆破飛石的影響范圍，這就需要較高的爆破安全系數(shù)；另一方面，工程數(shù)量較大，而且其占路基土石方的比例也較大。有的路段的工程數(shù)量占路段土石方總量的80%甚至以上，土石方量可高達(dá)10多萬立方米，需要進(jìn)行爆破施工與機(jī)械化作業(yè)。該路段地形、地質(zhì)相對復(fù)雜，地形連續(xù)或相間的起伏緩陡，地勢曲折迂回。

2 路基爆破施工工藝及方法

本路段石方開挖數(shù)量比較大，較為適宜的開挖方式為梯段臺階和橫向開發(fā)。大塊的二次破碎、小于4m地段的挖深、邊坡整修需要采取淺孔控制爆破施工的方式；大于4m地段的深挖適宜采用深孔控制爆破施工的方式；而預(yù)裂爆破施工適用于邊坡調(diào)整。為減少飛尸和地震波對周圍的建筑產(chǎn)生影響，爆破參數(shù)需要調(diào)整合適。爆破設(shè)計：松動爆破采用梅花形布孔形式的垂直鉆孔，方式選擇橫向梯段式（臺階式），在進(jìn)行松動爆破的時候，選用2號巖石硝銨炸藥作為爆破器材，臺階高度應(yīng)為10m，毫秒雷管，傳爆線進(jìn)行非起電。按照設(shè)置的碎落平臺，同時依據(jù)圖紙進(jìn)行路墊深挖，開挖方式為縱向分段、由上而下分層。

3 路基爆破施工方案參數(shù)設(shè)計

3.1 光面爆破施工

光面爆破即是爆破光面層，為達(dá)到起爆時差小、效果好的地步要求光面炮孔同時起爆。通常要求的時間不超過100ms。石方路基的開挖通常選擇露天邊坡梯段爆破，這種開挖方式較為簡單，爆破由外向內(nèi)逐次爆破。后一排的炮孔創(chuàng)造自由面由前一排的炮孔爆破產(chǎn)生，繼而起爆。其中，爆破參數(shù)為：（1）炮孔直徑。鉆機(jī)如果和主爆區(qū)相同，那么選用露天光面爆破，井巷爆破則適用于鉆孔直徑為35～45mm的鑿巖機(jī)鉆光面炮孔；（2）炮孔間距。炮孔間距記為a，井巷掘進(jìn)光面炮孔間距a=（12～16）d，露天光面炮孔的間距a=（10～15）d。如果掘進(jìn)爆破炮孔是直徑為38～45mm的較大斷面時，光面炮孔間距以60～70cm較為適宜。開挖面曲率較大，且?guī)r石對爆破夾制作用較強(qiáng)的巷道拱、墻交界部分，其掘進(jìn)斷面較小，同時可縮小光面孔間距，取45～50cm。裝藥孔和導(dǎo)向空孔之間的距離一般不超過40cm；（3）光面層厚度。光面層厚度其實(shí)就是光面炮孔最小抵抗線W。光面層厚度W受光面孔間距a的影響，通常情況下：a=（0.8～1.0）W；（4）炮孔角度與深度。露天光面爆破、光面炮孔傾角都應(yīng)該沿著設(shè)計輪廓面進(jìn)行布置，并且等于邊坡坡角。孔深則要有一定量的超深，同時應(yīng)該考慮開挖深度和梯段高度；（5）裝藥量。光面爆破的裝藥量通常用線裝藥密度或者裝藥集中度，這兩者定義完全不同，裝藥集中度等于炮孔的總裝藥量除以整個炮孔的長度，線裝藥密度等于炮孔裝藥量除以裝藥段的長度。

3.2 淺孔爆破施工

巖石硬度較大的管段的爆破，多選擇淺孔控制爆破，這種爆破方法所具有的優(yōu)點(diǎn)是：裝藥量少，打眼多，飛石危害能夠得到有效控制。每次爆破時選取寬6m、高3m的臺階。

爆破參數(shù)為：（1）最小抵抗線：w=（15～30）d，確定w=1～1.5m；（2）孔徑：d=40m；（3）炮孔排距：b=（0.8～0.9）a=0.8～1.4m；（4）炮孔間距：a=Wm，其中式中，W表示最小抵抗線確定a=1.0～1.8m；m表示炮孔鄰近系數(shù)；取m=1～1.2，（5）填塞長度：1=（20～25）d，根據(jù)實(shí)際情況，另行確定；（6）鉆孔超鉆：e=（8～12）d，確定e=0.4～0.5m；（7）單孔裝藥：q=kawh=0.4×1.5×1.2×6=4.32；（8）每次進(jìn)行爆破總消耗藥量=18×4.32=77.8kg。

3.3 深孔控制爆破施工

孔深大于6m的地段，爆破方式應(yīng)該選擇深孔控制爆破，選用孔徑Ф=90mm的三角式潛孔鉆機(jī)施鉆。

（1）每次進(jìn)行爆破時，臺階適宜的高度為H=10mm，鉆孔角度，寬6m；（2）底盤抵抗線w：w=3～4.5m根據(jù)實(shí)際情況，選取w=3m；（3）保護(hù)層厚度h=20D，取2m；（4）排距：bb=0.85×3.6=3.06m取排距b為3.0m；（5）孔距a=mwl=1.2×3=3.6（式中m為炮孔密集系數(shù)，取a=3.6m）；（6）堵塞長度

1=（0.9～1.0）w=2.7～3m，取1=2.8m；（7）依據(jù)安全需求和所要爆破的巖石硬度，應(yīng)取單位耗藥量q=0.5kg/m3；（8）單孔裝藥量用Q進(jìn)行表示，Q=qawH=0.5×3.6×3×10=54kg；（9）孔深與超深：超深如果選取0.8m，那么孔深=10/sin70+0.8=11.4m；（10）每次進(jìn)行爆破消耗的總藥量=6×54=324kg。

3.4 預(yù)裂爆破施工

（1）炮孔直徑一般選用較小的數(shù)據(jù)，其受限于鑿巖機(jī)具，選定時應(yīng)綜合考慮孔徑與孔距、孔深之間的關(guān)系。如果開挖深度和邊坡高度不超過4m，應(yīng)該選擇直徑為40～45mm的鉆機(jī)；如果開挖深度或邊坡高度不超過8m，應(yīng)該選擇直徑為45～60mm的鉆機(jī)；如果開挖深度或邊坡高度超過8m，應(yīng)該選擇直徑為90mm的鉆機(jī)；（2）炮孔間距a受炮孔直徑影響：a=（8～12）d，炮孔直徑d≤6cm時，a=（9～14）d，完整硬巖的炮孔間距可選取大值，破碎軟巖的炮孔間距可縮小，同時相應(yīng)減少裝藥量；（3）通常預(yù)裂爆破的裝藥量用線裝藥密度進(jìn)行描述。很多因素會左右裝藥量，很難得出一個較為精準(zhǔn)的理論分析。在實(shí)際施工的過程中，通常是按照某些經(jīng)驗(yàn)公式或者依據(jù)類似情形進(jìn)行相關(guān)計算；（4）通常情況下，主爆孔與預(yù)裂孔的深度一致，均比底板高程深1～2m。孔底應(yīng)統(tǒng)一高程，且應(yīng)嚴(yán)格控制，并遠(yuǎn)離主爆孔。

3.5 特殊段爆破施工控制

（1）市場段爆破施工。市場段的爆破工作通常選擇控制爆破方式，每次進(jìn)行爆破時，總的裝藥量為60kg最小抵抗線應(yīng)該取1.2m，爆破過程中，飛石的控制應(yīng)該進(jìn)行安全驗(yàn)證；（2）如果爆破路段臨近學(xué)校或穿越周邊城鎮(zhèn)。為了避免影響學(xué)生和居民，應(yīng)采取弱爆破松動巖石的方式對該里程段土石方進(jìn)行開挖，土石方調(diào)配應(yīng)該在挖掘機(jī)開挖完成后進(jìn)行。

3.6 爆破飛石防護(hù)

為了避免爆破飛石對周圍工人或者行人產(chǎn)生威脅，爆破飛石必須控制在爆區(qū)范圍內(nèi)，正因?yàn)檫@方面原因，本設(shè)計應(yīng)加強(qiáng)覆蓋防護(hù)爆區(qū)表面，見圖1。

3.7 爆破效果

爆區(qū)內(nèi)巖石大塊率會在爆破后有所降低，進(jìn)行土石方運(yùn)輸?shù)臅r候，不需要再進(jìn)行二次碎石，每個取土場可以進(jìn)行循環(huán)施工，以加快施工效率，同時也保證了路基填埋效率和整體采石效率。而且經(jīng)檢測，附近民房振動速度不大于2.2cm/s，飛石可以控制在爆破區(qū)內(nèi)，經(jīng)過試驗(yàn)證明：本工程所涉及的參數(shù)合理，防護(hù)方法有效，爆破施工安全能夠得以保障。如圖2所示為爆破效果：

4 爆破方法的選擇原則

從長遠(yuǎn)的路基工程施工應(yīng)用來看，在山區(qū)高速鐵路建設(shè)中推廣、應(yīng)用石方爆破方式，不僅可以確保施工質(zhì)量，同時不影響路基工程進(jìn)度，并且還能保證高等級高巖石邊坡區(qū)域施工后的穩(wěn)定性和美觀性。（1）保證光面成功爆破的關(guān)鍵在于能否正確的確定周邊炮眼方向、位置、深度，角度等。從密度低、爆速低、體積威力高三個方面選用炸藥，以起到增強(qiáng)爆破效果的作用；（2）開挖路塹主體方量采用拋坍洞室控制爆破，然后用挖掘機(jī)配合淺眼爆破的方式進(jìn)行坡頂向下區(qū)域的刷坡和清方，這種開挖方式成本低廉，且能適用于多種復(fù)雜的地形條件；（3）采用預(yù)裂。洞室控制爆破進(jìn)行松動爆破方快速開挖或者深路塹石方深孔爆破，爆破完成后用挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)進(jìn)行清方，效果顯著；（4）利用其有利地形的前提下進(jìn)行定向爆破、拋坍（擲）作業(yè)，效果更為顯著。

5 結(jié)語

綜上所述，高速鐵路路基施工中之所以廣泛應(yīng)用土石方爆破，是因這項(xiàng)技術(shù)含量高、綜合性強(qiáng)。施工中必須提高認(rèn)識，以便在不同條件下進(jìn)行合理設(shè)計及組織施工，這將對加快工程進(jìn)度具有重要的意義，同時也能夠保證工程質(zhì)量，確保施工安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 李玉芬.鄰近既有鐵路路基爆破施工控制技術(shù)要點(diǎn)

[J].上海鐵道科技，2015，（4）.

[2] 張繼平.臨近營業(yè)線挖孔樁石方爆破施工技術(shù)[J].石

家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，（1）.

[3] 張建平，王俊生，張龍飛.既有鐵路線石方控制爆破

開挖施工的安全技術(shù)[J].工程爆破，2016，（3）.

作者簡介：李三林（1983-），男，湖南益陽人，中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司工程師，研究方向：高鐵施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：小 燕）