預裂（光面）爆破工藝在構造碎裂巖地層中的控制

李育

摘 要：深圳地鐵12號線赤灣停車場場坪工程構造碎裂巖地層采用預裂爆破控制坡面平整度。本文闡述了預裂爆破的工藝特點、設計參數優化及施工控制要點，并對效果進行分析評價和總結提升，這對后續同類型工程具有借鑒和推廣作用。

關鍵詞：預裂爆破;構造碎裂巖;地鐵停車場;場坪工程

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0147-04

Control?of?Pre-cracking（Glossy）?blasting?Process?in?Structural

Fractured?Rock?Formation

LI?Yu

（Sinohydro?Bureau?8?Co.，?Ltd.，Changsha?Hunan?410004）

Abstract：?Pre-splitting?blasting?is?used?to?control?the?smoothness?of?the?slope?surface?in?the?structural?fracture?rock?formation?of?the?Chiwan?parking?lot?of?the?Shenzhen?Metro?Line?12.?This?paper?expounded?the?process?characteristics，?optimization?of?design?parameters?and?construction?control?points?of?pre-splitting?blasting，?and?analyzed，?evaluated?and?summarized?the?effects，?which?had?reference?and?promotion?for?subsequent?projects?of?the?same?type.

Keywords：pre-split?blasting;structural?fragmentation?rock;subway?parking?lot;changping?project

赤灣停車場大庫區預裂爆破面積大，且均為構造碎裂巖地層，建基面外露時間長，容易出現危石滾落情況，對庫區安全影響大。為減少后期主體結構施工安全隱患，提升項目整體對外形象，項目部結合工程施工情況，選擇赤灣停車場大庫區預裂爆破施工工藝提升為課題，研究構造碎裂巖地層預裂爆破施工工藝。

1 工程概況

赤灣停車場位于大南山西南角，地處赤灣山公園南麓、赤灣路北側和興海大道西北側。地塊基本呈長方形，長約1?050m，最寬處約370m，最窄處約90m。場地地面起伏較大，凹凸不平，地面高程為1.80～22.8m，相對高差為15～21m。停車場用地面積為13.58hm2，邊坡治理區域面積為10.52hm2。

本工程爆破按主體結構運用庫、咽喉區、U形槽段分別分為B區、A區、C區;爆破開挖范圍主要集中在B區（中集集裝箱堆場、勝寶旺、扣車場）以及北側坡腳和港創部分區域;爆破巖石以中、微風化構造碎裂巖為主[1]。西側區域場地高程在+22.8m左右，預裂爆破區域主要為B區邊界線，設計場平標高為4.8m，擴大基礎承臺頂面標高為4m左右，爆破深度約為16～18.8m;石方爆破總量約為85.0萬m3，總工期暫定為458d。

2 工程地質

根據地址勘察結果，本工程所處范圍的地層有燕山期花崗巖和構造碎裂巖，其巖性特征分述如下。

2.1 燕山期花崗巖

粗粒花崗巖（地層編號⑧），其主要礦物成分為石英、長石及黑云母等，粗粒花崗結構，塊狀構造。根據工程地質測繪、鉆探揭露野外鑒別及標準貫入試驗，其可分為強、中等、微風化三個帶。

2.1.1 塊狀強風化粗粒花崗巖（W3，地層編號⑧2-2）。該花崗巖呈褐黃色、灰褐色，原巖結構清晰，原巖礦物除石英外，基本已風化，巖芯呈半巖半土狀，局部夾有較多中等風化巖塊，手掰不易斷，錘擊易碎。該花崗巖屬軟巖～較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ類，屬Ⅳ級軟石。

2.1.2 中等風化粗粒花崗巖（W2，地層編號⑧3）。這種花崗巖呈褐黃色，粗粒結構，塊狀構造，巖石風化裂隙發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，結構部分破壞，錘擊聲啞，錘擊易碎。它屬較軟巖～較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ類，同時屬Ⅴ級次堅石。

2.1.3 微風化粗粒花崗巖（W1，地層編號⑧4）。該花崗巖呈肉紅色、灰白色和青灰色，粗粒結構，塊狀構造，巖石風化裂隙較發育，巖芯呈短柱狀～長柱狀，結構基本未變，錘擊聲脆，難擊碎，需要運用金剛石鉆進。巖石屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅱ～Ⅲ類，屬Ⅵ級堅石。

2.2 構造巖（地層編號？）

這種巖石呈灰綠、褐黃、紫紅等色。巖石呈土狀～塊碎石鑲嵌狀，強度不均一。構造破碎帶中的構造巖受構造擠壓強烈，部分礦物已定向排列，巖石多呈壓碎構造，部分已角礫巖化或糜棱巖化，巖芯多呈碎塊狀，部分呈豆渣狀夾碎塊狀。具有蝕變現象，具體表現為綠泥石化現象顯著。在構造帶附近，巖石裂隙極其發育，風化加劇，基巖風化界面埋深加深，巖芯多呈碎塊狀、塊狀，少數呈短柱狀。按風化程度，其可以分為強、中等、微風化三帶。

2.2.1 強風化碎裂巖（地層編號？2）。灰白色、淺灰綠等色，風化強烈，巖石具碎裂～碎斑結構，構造裂隙極發育，裂隙面被方解石、綠泥石、鐵質重膠結或充填，部分礦物肉眼難辨，局部尚可見斷層擦痕，巖芯多呈堅硬土狀、土夾碎塊狀或塊狀，干鉆困難。巖體基本質量等級為Ⅴ類，屬Ⅳ軟石。

2.2.2 中等風化碎裂巖（地層編號？3）。這種花崗巖呈褐黃、灰綠色。巖石具碎裂～碎斑結構，構造裂隙發育，裂隙面被方解石、綠泥石、鐵質重膠結或充填，局部尚可見斷層擦痕，巖芯多呈塊狀、短柱狀。巖體基本質量等級為Ⅴ類，屬Ⅳ級軟石。

2.2.3 微風化碎裂巖（地層編號？4）。該花崗巖呈灰綠色。巖石具碎裂～碎斑結構，構造裂隙發育，裂隙面被方解石、綠泥石、鐵質重膠結或充填，局部尚可見斷層擦痕，巖芯多呈塊狀、短柱狀。它屬較軟巖～較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ類，同時屬Ⅴ級次堅石。

因此，深圳地鐵12號線赤灣停車場工程場坪爆破施工采用預裂爆破工藝，打造完好、平整的爆破建基面，確保后期主體結構施工無重大安全隱患，滿足安全施工需求。

3 工藝原理

炸藥爆炸對巖體產生了兩種效應：一是藥卷爆炸瞬時高溫高壓氣體形成的沖擊波效應;二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用[2]。光面爆破是周邊眼同時起爆，各炮眼的沖擊波向其周圍進行徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產生切向拉力，拉力的最大值發生在相鄰炮眼中心連接線的中點上，當巖體的極限抗拉強度小于此拉力時，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，爆炸空氣的膨脹進一步擴展，形成平整的爆破面。光面爆破是通過選擇爆破參數和合理的施工方法，達到爆破后壁面平整規則，輪廓線符合設計要求，同時減少對圍巖擾動，保持圍巖穩定的一種控制爆破技術。

4 目標設定

赤灣停車場預裂面外觀質量需要達到規范標準，炮孔深度偏差為±2.5%設計深度，坡面平整度偏差小于±15cm，巖面半孔率≥85%，炮孔角度方向≤設計角度（1°），坡面角度偏差≤設計角度（1°），預裂面巖體不產生大的爆破裂隙（≤2mm）。

5 首次預裂爆破設計

5.1 本次爆破的火工品用量、規格及性能

導爆管雷管共120發，即5m30發、7m30發、15m60發（分34個段），孔內采用9段導爆管雷管，孔外連線采用3段導爆管雷管。導爆索長500m。乳化炸藥質量為1?152kg，預裂孔裝藥的藥卷直徑為32mm/條，其余孔裝藥的藥卷直徑為60mm/條）。1個區域1次點火。

5.2 本次爆破孔網參數設計

鉆孔直徑為90mm;預裂孔間距a為80cm;預裂孔孔深[L=H/sinα+h]（[α]為傾角，h為超深深度）;孔超深h為1.0m;炮孔傾角根據坡比進行調整，坡比為1∶0.3時，傾角為73.3°，坡比1∶0.5時，傾角為63.5°;線裝藥密度為400g/m，孔底裝藥加強4倍炸藥量;預裂孔與緩沖孔間距為1.5m;堵塞長度為1.5m;鉆孔設備為YQ-100B潛孔鉆。

6 主要施工工藝流程

6.1 鉆孔平臺清理

因現場工作面表層土清理完成后存在較多虛渣，故先通過測量進行粗放樣，確定鉆孔孔位，由挖機+人工沿預裂孔方向清理寬約2.5m的鉆孔平臺，要求清理至穩定基巖面，便于鉆機的架固及鉆孔。

6.2 測量布孔

6.2.1 預裂孔放樣。當鉆孔平臺清理完成后，在基巖面進行高程測量、逐孔放樣。為保證孔位的精準度，采用全站儀放樣，預裂孔間距為80cm，在孔位處由沖擊鉆打孔進行標記，保證孔位顯眼易找。

6.2.2 方向孔放樣。在預裂孔孔位放樣完成后，在預裂孔鉆孔方向前2m左右搭設一排鋼管，在鋼管上將方向點進行放樣并做顯眼標記。

6.3 布置鉆機

6.3.1 鉆機選用。通過現場爆破試驗效果，液壓潛孔鉆不能滿足預裂爆破質量效果，最終確定鉆機采用100B潛孔鉆機，該鉆機為全風動鉆機，易操作、適用地形較為廣泛，鉆孔質量良好。缺點是鉆孔進度慢。

因為100B鉆機使用鋼管架固定，所以首先對鉆機進行改裝，將固定鋼管焊接在鉆機上下兩端，便于后續支架固定。

6.3.2 支架搭設。以3個孔為一組，利用手風鉆在預裂孔前后進行鉆孔，將豎向鋼管固定在鉆孔內，調整豎桿的傾角保證垂直;再用橫桿將所有豎桿連接成一個整體。設上下兩道橫桿作為鉆機的固定架，必須保證其水平度。

6.3.3 鉆機固定。在支架搭設完成后，將鉆機固定在橫桿上，鉆頭位置對準預裂孔孔位點、在方向點位置吊鉛錘，用坡度尺按設計坡度調整鉆機傾角;利用預裂孔孔位點、方向點及設計傾角將鉆機固定在支架上，保證支架的穩定性，若穩定性不足可適當增加支架斜撐。

6.4 鉆孔

6.4.1 確定參數。在逐孔放樣結束后，可根據放樣數據確定各孔孔深等參數，爆破設計中將預裂孔逐孔編號，將測量放樣數據統計整理，標明每個點的標高及鉆孔深度，并制成參數表下發至作業隊，作業隊根據各孔參數進行鉆孔作業。

6.4.1.1 孔徑。現場使用100B潛孔鉆機，孔徑d=90mm。

6.4.1.2 孔深與超深。國內一般梯段爆破超深值為0.5～3.6m，根據現場實際情況取1m，臺階高度H=13m，按1∶0.3或1∶0.5放坡，即傾角[α]=63.4°或73.3°，則孔深[L=H/sinα+1]，即L=15.5m或14.6m。

6.4.1.3 孔距及排距。預裂孔間距a=（8～12）d=72～108cm。類比其他同類工程，現場取值為80cm，主爆孔間排距為4×3.5m。

6.4.2 過程質量控制

鉆孔過程中，現場施工人員應嚴格把控，配合質檢人員逐孔校核各項參數;每次加鉆桿時校核鉆孔的傾角及方向。

當完成一個工作面時，聯合爆破班組及鉆孔班組現場逐孔驗收，若存在深度等不滿足設計要求，必須進行細洗孔，直至鉆孔達到設計參數要求。

鉆孔完成后，孔口需進行封堵，以防雨水砂石由孔口流入，導致孔深不足，重復鉆孔。

6.5 裝藥

6.5.1 準備。裝藥前需要完成爆破區域鉆孔的驗孔工作，參照驗孔實際參數，確定每個孔的裝藥量，預裂孔需要提前根據孔深準備相應的竹片，加工后放置于工作面附近，便于裝藥。

6.5.2 裝藥。預裂爆破采用不耦合裝藥，不耦合系數是指預裂孔直徑與藥卷直徑之比，一般為1～4，現場實際不耦合系數為2.8，符合要求。

預裂孔裝藥前先將藥卷及導爆索綁扎在竹片上，再將竹片放入孔內，導爆索外露20～50cm，用于外部聯網;綁扎時注意孔底加強裝藥，一般取線裝藥密度的4～5倍，頂部2m為減弱段，藥量為正常段的0.4～0.5倍。

6.6 聯網起爆

6.6.1 聯網。預裂爆破采用導爆索起爆網絡，預裂孔和主爆孔若在同一網絡中起爆，預裂爆破先于相鄰主爆孔爆破一個MS9段導爆管起爆。

為控制爆破振動，采用分段延期起爆，降低單位時間內爆炸能量的釋放。主要采用合理的分段數、起爆順序和延期間隔時間，將每段藥卷的爆破振動速度控制在安全允許范圍內。

在聯網完成后，采用鋼板（厚度≥3cm）覆蓋預裂孔，為預防鋼板受先爆藥卷爆破影響提前拋出，在鋼板上方利用沙袋壓實。

6.6.2 起爆。現場覆蓋完成后就可開始警戒，控制爆破飛石的安全距離，做好爆破前安全警戒，起爆前20min所有人員撤離警戒范圍，起爆前10min所有車輛撤離警戒范圍。

警戒到位后開始充電，開始起爆倒計時，爆破完成后由爆破員回現場確認藥卷是否全部引爆，確認安全后解除警戒。

7 效果分析及總結

7.1 提升前的預裂爆破效果

7.1.1 存在的問題及原因分析。一是鉆孔（方向孔）偏差較大，飄孔情況普遍，基本在3～7°，基巖面破壞嚴重，平整度不滿足要求，未爆至設計標高，坡面無明顯裂隙，巖面半孔率為62%。二是20世紀90年代初，蛇口開山爆破過程中，鉆孔超深導致爆破區域表面以下1～2m范圍內碎裂嚴重。三是本工程地質情況屬于構造碎裂巖，在施工過程中，構造碎裂巖在爆破震動中容易碎裂。評價結論為不合格。

7.1.2 改進措施。一是針對底部炸不起來的措施。提高現場鉆孔精度，加大底部裝藥量。二是針對沖孔采取的措施。炮孔堵塞方式為：炮孔用細石堵塞，孔口用沙袋進行覆蓋，沙袋上再用1cm鋼板進行覆蓋;如果該措施的效果不好，再對炮孔堵塞長度進行調整。三是針對拉裂采取的措施。在預裂孔與主爆孔之間增加一排緩沖孔，緩沖孔間距為1.5m，深度為4m;主爆孔間排距調整為間距×排距=3m×2.5m，對應的主爆孔孔徑由現有的115mm調整為90mm;若還出現拉裂情況，靠預裂孔的主爆孔需要進行間隔裝藥，建議預裂爆破分段進行爆破，4孔/響;每次預裂爆破尾端預留1～2個不進行裝藥。

7.2 爆破設計調整方案

為了保證后續預裂爆破面平整度良好，暫時規定預裂爆破相關參數如下。

鉆孔直徑為90mm;預裂孔間距a為80cm;預裂孔孔深[L=H/sinα+h]（[α]為傾角，[h]為超深深度）;孔超深[h]為1.0m;炮孔傾角根據坡比進行調整，當坡比為1∶0.3時，傾角為73.3°，當坡比為1∶0.5時，傾角為63.5°;線裝藥密度為400g/m，孔底裝藥加強4倍炸藥量;預裂孔與緩沖孔間距為1.5m;堵塞長度為1.5m;鉆孔設備為YQ-100B潛孔鉆，針對4月8日預裂爆破試驗進行爆破設計（主爆孔待預裂爆破后再鉆孔爆破）;鉆孔直徑為90mm，預裂孔間距80為cm（中對中）;關于炮孔傾角，當坡比為1∶0.3時，傾角為73.3°。

線裝藥密度為400g/m，孔底裝藥加強3倍炸藥量;直徑32mm的藥卷安裝在竹片上的間距為30cm;底部采用1節直徑60mm的藥卷（單卷長度40cm，單卷重量1.2kg）+3節直徑32mm的藥卷連續綁扎進行加強（深孔預裂孔底加強為1?500～2?000g/m）。

乳化炸藥規格如下：直徑32mm的藥卷，單卷長度為20cm，單卷質量為0.2kg;直徑60mm的藥卷，單卷長度為40cm，單卷質量為1.2kg。堵塞長度為1.5m。鉆孔設備為YQ-100B潛孔鉆。

提升后的預裂爆破效果如圖?1所示。

8 結論

從試驗爆破效果來看，爆破鉆孔精度控制、裝藥聯網控制是能否實現質量目標的關鍵，要從爆破設計優化、鉆機選用、鉆孔班組更換、精確放樣和裝藥聯網控制等措施角度不斷改進提升。通過工藝提升及現場控制，本工程預裂爆破效果基本滿足項目質量目標及安全要求。

參考文獻：

[1]住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.土方與爆破工程施工及驗收規范：GB?50201—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.爆破安全規程：GB?6722—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.