鐵路路基爆破的施工技術探討

摘要：依據工程爆破理論，文章以某鐵路路基應用土石方爆破的施工技術為例，通過應用淺孔爆破與臺階爆破技術兩者相結合，解決靠近民房區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域，爆區的巖石預應力高和夾制作用強的情況下的爆破施工技術，為以后類似工程項目的處理提供了參考。

關鍵詞：淺孔爆破；光面爆破；路基爆破；鐵路路基；工程爆破；高速鐵路 文獻標識碼：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

在滿足山區高速鐵路所需技術標準的前提下，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是工作量大、施工效率低、施工速度慢等，而工程進度通常受這些因素制約。所以，在施工過程中，新爆破技術需要進一步推廣，從而保證高鐵建設時的施工質量和速度。

1 工程概況

本工程路段，特殊地段的路基設有涵洞和橋梁。管段內約有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。距離線路兩側約60m的地方，設有學校、民房、市場等，為防止對周邊民房及居民生產生活侵擾過大，爆破時必須嚴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；另一方面，工程數量較大，而且其占路基土石方的比例也較大。有的路段的工程數量占路段土石方總量的80%甚至以上，土石方量可高達10多萬立方米，需要進行爆破施工與機械化作業。該路段地形、地質相對復雜，地形連續或相間的起伏緩陡，地勢曲折迂回。

2 路基爆破施工工藝及方法

本路段石方開挖數量比較大，較為適宜的開挖方式為梯段臺階和橫向開發。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；而預裂爆破施工適用于邊坡調整。為減少飛尸和地震波對周圍的建筑產生影響，爆破參數需要調整合適。爆破設計：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，臺階高度應為10m，毫秒雷管，傳爆線進行非起電。按照設置的碎落平臺，同時依據圖紙進行路墊深挖，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設計

3.1 光面爆破施工

光面爆破即是爆破光面層，為達到起爆時差小、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，爆破由外向內逐次爆破。后一排的炮孔創造自由面由前一排的炮孔爆破產生，繼而起爆。其中，爆破參數為：（1）炮孔直徑。鉆機如果和主爆區相同，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的鑿巖機鉆光面炮孔；（2）炮孔間距。炮孔間距記為a，井巷掘進光面炮孔間距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，且巖石對爆破夾制作用較強的巷道拱、墻交界部分，其掘進斷面較小，同時可縮小光面孔間距，取45～50cm。裝藥孔和導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、光面炮孔傾角都應該沿著設計輪廓面進行布置，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點是：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；取m=1～1.2，（5）填塞長度：1=（20～25）d，根據實際情況，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，爆破方式應該選擇深孔控制爆破，選用孔徑Ф=90mm的三角式潛孔鉆機施鉆。

（1）每次進行爆破時，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根據實際情況，選取w=3m；（3）保護層厚度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，取a=3.6m）；（6）堵塞長度

1=（0.9～1.0）w=2.7～3m，取1=2.8m；（7）依據安全需求和所要爆破的巖石硬度，應取單位耗藥量q=0.5kg/m3；（8）單孔裝藥量用Q進行表示，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）每次進行爆破消耗的總藥量=6×54=324kg。

3.4 預裂爆破施工

（1）炮孔直徑一般選用較小的數據，其受限于鑿巖機具，選定時應綜合考慮孔徑與孔距、孔深之間的關系。如果開挖深度和邊坡高度不超過4m，應該選擇直徑為40～45mm的鉆機；如果開挖深度或邊坡高度不超過8m，應該選擇直徑為45～60mm的鉆機；如果開挖深度或邊坡高度超過8m，應該選擇直徑為90mm的鉆機；（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，同時相應減少裝藥量；（3）通常預裂爆破的裝藥量用線裝藥密度進行描述。很多因素會左右裝藥量，很難得出一個較為精準的理論分析。在實際施工的過程中，通常是按照某些經驗公式或者依據類似情形進行相關計算；（4）通常情況下，主爆孔與預裂孔的深度一致，均比底板高程深1～2m。孔底應統一高程，且應嚴格控制，并遠離主爆孔。

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，每次進行爆破時，總的裝藥量為60kg最小抵抗線應該取1.2m，爆破過程中，飛石的控制應該進行安全驗證；（2）如果爆破路段臨近學校或穿越周邊城鎮。為了避免影響學生和居民，應采取弱爆破松動巖石的方式對該里程段土石方進行開挖，土石方調配應該在挖掘機開挖完成后進行。

3.6 爆破飛石防護

為了避免爆破飛石對周圍工人或者行人產生威脅，爆破飛石必須控制在爆區范圍內，正因為這方面原因，本設計應加強覆蓋防護爆區表面，見圖1。

3.7 爆破效果

爆區內巖石大塊率會在爆破后有所降低，進行土石方運輸的時候，不需要再進行二次碎石，每個取土場可以進行循環施工，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內，經過試驗證明：本工程所涉及的參數合理，防護方法有效，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

從長遠的路基工程施工應用來看，在山區高速鐵路建設中推廣、應用石方爆破方式，不僅可以確保施工質量，同時不影響路基工程進度，并且還能保證高等級高巖石邊坡區域施工后的穩定性和美觀性。（1）保證光面成功爆破的關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，然后用挖掘機配合淺眼爆破的方式進行坡頂向下區域的刷坡和清方，這種開挖方式成本低廉，且能適用于多種復雜的地形條件；（3）采用預裂。洞室控制爆破進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、推土機、裝載機進行清方，效果顯著；（4）利用其有利地形的前提下進行定向爆破、拋坍（擲）作業，效果更為顯著。

5 結語

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

參考文獻

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

（責任編輯：小 燕）