預裂爆破和光面爆破在石方路塹開挖工程中的應用

摘要：預裂爆破預先沿著設計輪廓線爆破出一條裂縫，以保護保留區巖體。光面爆破是在開挖主爆孔的藥包爆破之后再進行光爆孔的爆破。預裂爆破時只有一個自由面，而光面爆破有兩個自由面，對保留區巖體的破壞影響有所改善。預裂爆破和光面爆破的選用在追求爆破質量和爆破效果的同時，還要兼顧經濟合理，綜合進行考慮。

關鍵詞：預裂爆破 光面爆破 線裝藥密度 堵塞長度

0 概述

預裂爆破是指在正式爆破開挖之前，預先沿著設計輪廓線爆破出一條一定寬度的裂縫，以保護保留區巖體的一種爆破方法。光面爆破也是控制開挖輪廓的爆破方法之一，它與預裂爆破不同之處在于光爆孔的爆破是在開挖主爆孔的藥包爆破之后進行。從爆破時的巖體狀態看，預裂爆破時只有一個自由面，而光面爆破有兩個自由面，對保留區巖體的破壞影響有所改善。預裂爆破和光面爆破的優點很突出，主要表現在：

(1)可以減少超欠挖量，節省工程投資；

(2)開挖面光潔嚴整，有利后期作業；

(3)對保留巖體的破壞影響小，有利于保留巖體的穩定；

(4)由于預裂縫的存在，可以放寬對開挖區爆破規模的限制，提高功效。

1 工程實例

以某路基工程為例，該路段巖石以花崗巖為主，上層為全風化～強風化花崗巖，屬軟弱層，下層為中風化～弱風化花崗巖，屬堅硬巖石層；按設計要求，石方路塹邊坡全部采用預裂(光面)爆破，邊坡率在1：0.6～1：0.9之間，坡面平整度要求在±20cm以內，坡面半壁孔痕率要求軟巖50％，硬巖80％。

施工前，經過經濟分析比較，若在上層軟巖中實施預裂爆破，工程費用能增大1倍以上。根據以往的施工經驗，對松軟巖石，不進行預裂爆破，也可以達到預期目的。

1．1確定技術參數

(1)孔深L 設計開挖邊坡坡度為1：0.6，分級臺階高度為8.0 m，為了保證分級平臺的完整性，預裂孔不能超深，故孔深取9.3米。

(2)孔徑D

選用支架式或自行式潛孔鉆，鉆孔直徑100mm。

(3)孔距a

采用a=8～12m，根據風化程度，上層風化較嚴重的取小值，風化較輕的取最大值。

(4)線裝藥密度Q線

采用計算公式：

式中：Q線－炮孔的線裝藥密度，/m

Q壓－巖石的極限抗壓強度

a－炮孔間距，m

(5)確定裝藥結構

①計算不耦合系數：采用中32巖石硝銨炸藥孔徑D=100mm，則不耦合系數為：100/32=3.1

②堵塞長度B：取B=12－20m

③確定同一炮孔藥卷中心間距：采用間隔裝藥，底部1.0m線裝藥密度采用3倍的平均線裝藥密度，頂部1.0m線裝藥密度取平均線裝藥密度的1/2。選用中32巖石硝銨炸藥，每卷20.15Kg，預裂孔深L=9.3m，堵塞長度取13=1.3m，設其平均線裝藥密度為0.25Kg/m，則：

該孔總裝藥量應為Q頂=0.25×9.3=2.325(kg)

底部1.0m裝藥量應為Q總=0.25×3×1.0=0.75(kg)

頂部1.0m裝藥量應為Q底=0.25×0.5×1.0=0.125(kg)

中間6.0m正常裝藥段量

則：Q中=Q總－Q底－Q頂=1.75(kg)

中間正常裝藥段的線裝藥密度為1.45/6=0.242 Kg/m

其藥卷間距為0.15/0.242=0.62(m)

頂部0.125Kg炸藥可分為兩份，其間距為0.5m即可

底部可將5卷炸藥一卷接一卷固定好，其裝藥結構詳見圖(1)。

光面爆破的有關技術參數的選擇與計算與預裂爆破基本相同，只是要考慮光爆層的厚度，即根據光爆層的厚度確定光爆孔的間距，光爆孔的間距一般取光爆層厚度的0.8倍，由于光爆孔的間距不能無限度地增大(一般不宜超過1.8m)，而光爆層的厚度有時過大，一般超過3.0m，就需要在光爆孔前打一排平行于光爆孔的輔助孔，輔助孔和光爆孔的間距宜取(1.2～1.5)a，輔助孔的間距a根據其裝藥的最小抵抗線w來確定，一般取a=(1.2～1.5)w，輔助孔采用間隔耦合裝藥，整個輔助孔可用一根導爆索起爆，輔助孔段比光爆孔提前起爆，提前起爆時間間隔不低于100ms，輔助孔每輔助藥包都按一個單獨的集中藥包來考慮，布孔時要考慮預留邊坡保護層，認真核算每一個藥包的最小抵抗線，按標準松動爆破的標準逐一計算每一個藥包的裝藥量，這樣既可以達到將光爆層巖石充分破碎，克服光爆層過厚，保證光爆層崩落的目的，又可以保證爆破時不產生飛石，保證施工安全。輔助孔的布孔方式見圖(2)，圖中輔助孔的藥包最小抵抗線W1、W2、W4、W3等應認真量測，謹慎計算其裝藥量Q輔，遵循寧少勿多的原則，達到松動的目的即可。輔助孔藥包之間上下距可取最小抵抗線的1.5～2.0倍。

1．2爆破實施階段。

首先，按設計要求測放開挖線，然后用挖掘機沿開挖線修一條5.0～6.0m寬貫通整個挖方段的施工便道，并標定每個斷面點的準確位置，同時將每個斷面點處的開挖深度測出來，根據設計坡率將鉆孔深度推算出來，并用標簽標好。

潛孔鉆鉆孔前，要事先在相鄰兩個標準開挖點設置坡度板，將設計坡面的準確位置標示出來，再調整潛孔鉆鉆桿的角度，使其鉆桿的軸線和設在標準開挖點上的坡度板的斜邊在同一平面上(即三線共面)，才可以開始鉆孔。鉆孔過程中，操作人員要隨時檢查潛孔鉆鉆桿的角度是否發生變化，一旦有誤，應立即糾正，若無法糾正，則將該孔廢棄不用，變換位置，重新鉆孔。因為保證鉆孔角度準確無誤，是最基本的要求，若鉆孔角度出現偏差，爆破出來的坡面就無法符合設計要求。 在實施大規模爆破之前，應先進行試驗爆破。按前面爆破設計所取數據進行布孔、裝藥，試驗段預裂孔和主爆孔及其他輔助孔的鉆孔工作同時進行。鉆孔工作完成后，裝藥、起爆。

2 分析

通過試驗爆破發現，堵塞深度低于1.2m時會產生漏斗坑，為避免這一現象發生，將堵塞長度加大至1.3～1.5m，離村莊最近處預裂堵塞長度增加至1.8m。同時，導爆索爆破露出地面，產生爆破噪音很大，距村舍較近處空氣沖擊波的作用很可能危及村舍或其他設施的安全。因此，起爆網路采用導爆索網路和電爆網路相結合，即每個預列孔內采用導爆索將藥卷串起來，導爆索頂端綁扎瞬發電雷管，堵塞時將導爆索埋入地下約0.6～0.8m，再用連接線將各孔電雷管串聯。這樣，避免了空氣沖擊波的危害，也不會在孔口出現漏斗坑，從而施工安全和施工質量就可以得到保證。

隨著工程的進展，發現邊坡預裂爆破速度遠低于主體爆破速度，這時就需要預留光爆層，實施光面爆破。主體爆破布孔時應留足光爆層，一般主藥包距坡面的距離不應低于0.5W(w為靠近邊坡主藥包的最小抵抗線)，光爆層的厚度保留在3.0～5.0m光爆層厚度低于3.0m時，只采用光爆孔進行光面爆破，超過3.0m時，可加輔助孔，確保巖石的破碎效果和光爆層的完全塌落。

進行光面爆破時，若光爆層厚度較薄且光爆層上下厚度較均勻(2.0m左右)，則可以取消底部加強藥段，只是頂部1.0m仍應采用減弱裝藥，其余部分線裝藥密度相等。如果施工條件允許，光面爆破的線裝藥密度取值可以稍大于預裂爆破的取值，將前者增大至后者的1.1～1.2倍，光爆破效果會更好些。

3 結語

實踐證明，預裂爆破和光面爆破在石方路塹開挖工程中有很高的實用價值，通過預裂(光面)爆破，可以保持石方邊坡的穩定性，保證工程質量，提高勞動效率，降低工程成本。但在某種條件下不宜采用預裂爆破和光面爆破。

對上層松軟巖石，主體爆破采用淺孔藥壺法，靠近邊坡布孔時應注意留足邊坡保護層，藥包距設計坡面的水平距離不低于其最小抵抗線的一半。同時，在靠近邊坡的主炮孔和開挖線之間布一至兩排小孔徑(40左右)的淺孔，先于靠近邊坡的主爆孔起爆，單獨提前起爆也可，采用微差起爆也可，比主爆提前起爆的時間間隔不低于100ms。其布孔方式見圖(3)。

利用上述爆破方法爆破后，大面積開挖時，可于邊坡處預留1.0～2.0m厚度巖石不挖，待作業面展開后，用大功率挖掘機將坡面上多余巖石一次性挖除，若仍有個別突起部分，可于突起部分打幾個淺孔爆破后再挖。在K44+800－K45+120段第三、四級坡采用這種方法，第二級坡采用光面爆破，雖然都達到了設計要求，但第三、四級坡平整度達到±10以內，比第二級坡更加光潔、平整。

可見，并不是所有巖石都適合采用預裂(光面)爆破，在追求爆破質量和爆破效果的同時，還要考慮到經濟方面的問題，也要兼顧施工方案的可行性。