阿爾及利亞東西高速公路風(fēng)化、弱風(fēng)化頁巖路基開挖施工技術(shù)

李乘

摘 ?要：綜合介紹阿爾及利亞東西高速公路M6標(biāo)段PK26+740—PK27+420和PK27+520—PK27+850段風(fēng)化、弱風(fēng)化頁巖路基開挖施工技術(shù)方案。從施工程序的安排，爆破參數(shù)、爆破方法及起爆網(wǎng)絡(luò)等選擇來解決施工難度大、安全控制要求嚴(yán)、保持開挖巖體邊坡穩(wěn)定等問題。對(duì)類似地質(zhì)情況下進(jìn)行爆破開挖施工有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)化、弱風(fēng)化頁巖;爆破設(shè)計(jì);安全監(jiān)測

Abstract ? In this article I presented the technical program of the excavation of subgrade of weathered and weak weathered shale for the PK26+740—PK27+420 and PK27+520—PK27+850 of section M6 of the EAST-WEST Highway in Algeria. To solve the problems such as the difficulty of construction，retaining the stability of rock，the strict requirement of security control and so on by choosing the arrangement of construction procedure，the blasting parameters，the blasting method and the detonating networks，etc. I hope my experience will have a certain reference to the blasting excavation under similar geological conditions.

Key Words：weathered and weak weathered shale ?blasting design ?safety monitoring

前言

阿爾及利亞東西高速公路M6標(biāo)PK26+740—PK27+420和PK27+520—PK27+850段屬風(fēng)化、弱風(fēng)化頁巖，使用機(jī)械直接開挖難度相當(dāng)大，且效率十分低下。為保證項(xiàng)目總進(jìn)度計(jì)劃的順利完成，決定采用爆破開挖施工。阿爾及利亞東西高速M(fèi)6項(xiàng)目部專門組織了一支精兵強(qiáng)將，克服場地狹窄、項(xiàng)目干擾大、安全距離不足等困難，終于規(guī)定時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量的完成了該項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

1、工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

PK26+740—PK27+420和PK27+520—PK27+850兩段總長1010米，屬丘陵地帶。路基開挖地面設(shè)計(jì)最大開口寬度約34米，最大開挖深度14米，開挖底至PST層頂面下50cm處，邊坡設(shè)計(jì)坡度1：1.5。原地表覆蓋物已經(jīng)清理完畢。

1.2 地質(zhì)概況

開挖區(qū)主要是風(fēng)化、弱風(fēng)化頁巖，由于長期構(gòu)造活動(dòng)及長期風(fēng)化應(yīng)力的作用，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石風(fēng)化程度變化劇烈，穩(wěn)定性差，邊坡成型也較差。

2、施工特點(diǎn)

⑴ 開挖區(qū)直接爆破開挖至PST層頂面下50cm處，爆破地震波對(duì)保留巖體產(chǎn)生的影響需經(jīng)過試驗(yàn)測試，以便保證保留巖體的承載力指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

⑵ 開挖區(qū)巖石風(fēng)化程度變化劇烈，同時(shí)設(shè)計(jì)橫坡變化較多，爆破成型面平整度不容易保證，易遺留炮根，給后續(xù)清運(yùn)工作造成困難。

⑶ 開挖區(qū)設(shè)計(jì)邊坡坡度1：1.5，最大開挖深度14米，最小開挖深度1米，開挖深度變化劇烈，邊坡成型難度大，并且一旦在邊坡形成孤石，后期處理十分困難。

⑷ PK27+000處線路北側(cè)征地紅線外20米處有一戶民宅，PK26+740—PK27+100線路南側(cè)10到50米有一條平行線路走向的超高壓輸電線路，PK27+023、PK27+266有兩座已完工的圓管涵，在爆破過程中要求嚴(yán)格控制爆破地震波及飛石的方向和距離。

⑸ PK27+604.775 PS橋承臺(tái)無法使用機(jī)械開挖，由于工期緊，將承臺(tái)開挖和路基開挖同時(shí)進(jìn)行，一次爆破成型。

⑹ PK27+500—PK27+780前期使用機(jī)械開挖遺留工作面平整度極差，地表起伏劇烈，爆破布孔和鉆孔施工困難，需要逐個(gè)孔位的計(jì)算和布置。

⑺ 整個(gè)爆破開挖施工正處于阿爾及利亞的雨季，必須采取必要的措施保證雨天爆破施工的安全順利進(jìn)行。

3、施工布置

3.1 設(shè)備準(zhǔn)備

充分利用項(xiàng)目現(xiàn)有資源。為提高施工強(qiáng)度、減少干擾，從碎石場抽調(diào)一臺(tái)阿特拉斯CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)和英格索蘭750型空壓機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè);從土方二隊(duì)抽調(diào)阿特拉斯挖掘機(jī)兩臺(tái)，斯太爾自卸車6輛、SD32推土機(jī)一臺(tái)負(fù)責(zé)石渣清運(yùn)。

3.2 人員準(zhǔn)備

組建爆破施工隊(duì)，由一名熟練鉆爆工帶領(lǐng)四名學(xué)徒進(jìn)行鉆孔和爆破作業(yè)，并從橋涵二隊(duì)抽調(diào)人員配合進(jìn)行爆破作業(yè)。

4、施工程序

本工程全部屬于槽挖和邊坡開挖。采用整體成型、分段開挖程序。

4.1 開挖段劃分

A段：樁號(hào)為：PK27+340——PK27+420，含路基邊坡;

B段：樁號(hào)為：PK27+740——PK27+780，含路基邊坡;

C段：樁號(hào)為：PK27+780——PK27+850，含路基邊坡;

D段：樁號(hào)為：PK27+670——PK27+740，含路基邊坡和PK27+604.775 PS橋承臺(tái)基坑;

E段：樁號(hào)為：PK27+520——PK27+670，含路基邊坡;

F段：樁號(hào)為：PK27+260——PK27+340，含路基邊坡;

G段：樁號(hào)為：PK27+180——PK27+260，含路基邊坡;

H段：樁號(hào)為：PK27+080——PK27+180，含路基邊坡;

I段：樁號(hào)為：PK26+900——PK27+000，含路基邊坡;

J段：樁號(hào)為：PK26+800——PK26+900，含路基邊坡;

K段：樁號(hào)為：PK26+740——PK26+800，含路基邊坡;

4.2 施工程序

整體考慮PK26+740—PK27+420和PK27+520—PK27+850的開挖順序和方法，優(yōu)先保證PK27+604.775 PS橋承臺(tái)基坑開挖，重點(diǎn)保證PK27+023、PK27+266兩處涵洞以及線路附近超高壓輸電線和民宅的安全。充分合理布置開挖工作面，減少相互干擾，提高生產(chǎn)工效。

首先根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果在A分段進(jìn)行爆破試驗(yàn)，以便優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)。根據(jù)A分段實(shí)際爆破情況，通過對(duì)A分段爆破成型的基底和邊坡進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和檢測，確定最佳爆破技術(shù)參數(shù)，以便解決爆破地震波對(duì)保留巖體的影響和邊坡成型的問題。

整個(gè)工程按照A至K的施工順序進(jìn)行施工，單區(qū)段施工程序如下：測量放線→鉆孔→裝藥爆破→機(jī)械裝運(yùn)→休整邊坡→加固及防護(hù)→路基面檢驗(yàn)→路塹成型。

爆破中避免超挖，基底和坡面炮根采用挖掘機(jī)、液壓鎬和SD32推土機(jī)進(jìn)行清理。

爆破后的石渣盡量采用反鏟裝車，推土機(jī)配合集渣清理工作面和基底找坡。整個(gè)開采區(qū)全部為槽挖和邊坡開挖工程，是本工程開挖的難點(diǎn)之一，首先保證槽挖和邊坡開挖的質(zhì)量，然后根據(jù)開挖實(shí)際合理布置開挖施工道路，盡量減小重車上坡的坡度并降低車輛的滿載率，以保證施工的連續(xù)進(jìn)行。

5、爆破技術(shù)方案

5.1.1 裝藥計(jì)算

計(jì)算公式：Q=ρπD2L裝

ρ---炸藥密度，混合裝藥，取900kg/m3;

D---炮孔直徑，0. 105m;

L裝---總進(jìn)尺減總堵長（m）即總的裝藥長度

計(jì)算得每延米裝藥量為7.785kg，最小單孔裝藥量為0.1kg，最大單孔裝藥量為60kg。

5.1.2 爆破地震安全距離計(jì)算

計(jì)算公式：

R——爆破地震安全距離，m;

Q——炸藥量，kg;取最大單響裝藥量;

V——地震安全速度，取5cm/s;

m——藥量指數(shù)，取1/3;

K、α—與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，

取K=200，α=1.6

一般開采區(qū)深孔爆破布置按最大單響裝藥計(jì)算得最小爆破地震安全距離為200米。PK27+023、PK27+266涵洞附近，PK27+000民房附近前后100米范圍和PK26+740—PK27+100段高壓線附近開采段落每段爆破按照實(shí)際安全距離反算最大單響藥量。

5.1.3 裝藥方式

采用Marmanit炸藥和Anfomil炸藥全耦合連續(xù)裝藥。其中Marmanit炸藥為封裝炸藥，在此作為起爆藥包使用;Anfomil炸藥為散裝炸藥，在此作為主爆炸藥使用。

5.1.4 堵塞材料

本開挖區(qū)域附近挖方段主要開挖產(chǎn)物是泥灰?guī)r，所開挖廢料破碎程度和材料密度滿足爆破堵塞要求，同時(shí)在PK27+800附近有廢棄的黏土可以使用，因此本區(qū)域一般開挖段爆破就近取材，使用泥灰?guī)r粉末或黏土拌制的黃泥作為炮孔堵塞材料。PK27+023、PK27+266涵洞附近，PK27+000民房附近前后100米范圍和PK26+740—PK27+100段高壓線附近，為保證安全，防止飛石傷害，考慮機(jī)制砂的自鎖性質(zhì)，使用碎石場生產(chǎn)的0/5機(jī)制砂作為炮孔堵塞材料。

5.1.5 堵塞長度計(jì)算

計(jì)算公式：γ=g/l3

γ---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.3～0.5;

g ---裝藥量，kg;

l ---孔深小于4米時(shí)為炮孔頂?shù)窖b藥中心的距離;孔深大于4米時(shí)為炮孔頂?shù)窖b藥頂面的距離;m;

本公式為經(jīng)驗(yàn)公式，適用于孔深小于10的炮孔，計(jì)算得堵長最小0.8m，最大4.5米。孔深大于10m時(shí)，為保證破碎效果，堵塞長度一律按照4.5m布置。

5.2 孔網(wǎng)參數(shù)

5.2.1深孔爆破

深孔爆破主要參數(shù)見下表5-2-1：

6、起爆方式

6.1 布孔方式

吸取阿爾及利亞東西高速公路M6標(biāo)碎石場開采爆破時(shí)積累的經(jīng)驗(yàn)，路基和邊坡爆破采用CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)造孔，孔深1～14m，路基范圍炮孔超鉆50cm，逐段鉆爆開挖，石渣清運(yùn)同步進(jìn)行?？咨钚∮?米時(shí)，孔間距比照孔深布置，最大不大于1.5倍孔深;孔深大于4米時(shí)，孔間距按照4米布置，邊坡部位沿邊坡開口線按照4米間距平行坡面線布置坡面孔，最小抵抗線為3.14米。在PK27+023、PK27+266涵洞附近，PK26+740—PK27+100段高壓線和PK27+000處民宅附近進(jìn)行爆破時(shí)，為了保證爆破安全，防止飛石和爆破震動(dòng)波破壞對(duì)成品涵洞、高壓線桿和民宅產(chǎn)生不良影響，在進(jìn)行爆破施工時(shí)，按照0.5倍孔、排距加密布置炮孔，相應(yīng)減小單孔裝藥量，降低單響藥量。

6.2 起爆方式

6.2.1 一般段落起爆網(wǎng)絡(luò)

一般段落直接采用導(dǎo)爆索連網(wǎng)，毫秒電雷管孔外延時(shí)順序爆破網(wǎng)絡(luò)，見下圖：

6.2.2 涵洞、民宅附近爆破區(qū)起爆網(wǎng)絡(luò)

PK27+023、PK27+266和PK27+000附近屬于特殊控制爆破區(qū)，為保證涵洞、民宅安全，采用導(dǎo)爆索連網(wǎng)，孔間V型微差順序起爆網(wǎng)絡(luò)，見下圖：