護壁爆破技術在公路邊坡開挖中的應用

摘要：本文通過護壁爆破在某公路邊坡開挖中的應用，分析其爆破效果。結果表明護壁爆破可以減少邊坡的爆破損傷，有效地減少邊坡開挖及支護費用。

關鍵詞：護壁爆破;邊坡開挖;爆破參數;裝藥結構

引言

現代巖土工程中，爆破技術被廣泛應用于巖體邊坡的開挖以及巷（隧）道掘進工程，這種工程爆破均會形成爆破開挖邊界，即形成露天邊坡保留巖體或巷（隧）道圍巖。為了邊坡防護和圍巖支護的方便，要求巖體沿著預定方向形成平整光滑的開裂面；為了保持其長期的穩定性，又要求邊坡保留巖體或巷（隧）道圍巖不受或少受爆破損傷。自上個世紀50年代以來，國內外專家學者致力于巖土控制爆破技術的發展，先后出現了光面爆破技術及定向斷裂控制爆破技術，但是這兩種爆破技術都不能很好的滿足現代巖土工程的需要。光面爆破技術雖然可以比傳統的爆破技術減少超欠挖，但是裂紋的開裂方向存在不確定性，且對邊坡保留巖體或巷（隧）道圍巖的損傷破壞較嚴重；定向斷裂控制爆破技術雖然較好地解決了光面爆破的裂紋開裂方向不確定的問題，但是仍然沒有很好地解決爆炸產物對孔壁保留巖體或圍巖的損傷破壞問題。為此，筆者及其所在課題組提出一種護壁爆破技術，通過加護層來保護爆破保留巖體，同時可以控制裂紋開裂的方向。

本文以護壁爆破在某石油運輸專用公路邊坡開挖中的應用為例，分析護壁爆破的效果。

1護壁爆破原理

護壁爆破技術是在需要保護一側或兩側巖體藥包外側安裝一層或多層護壁套管(如圖1)，利用套管控制爆炸應力場的分布，達到裂紋按預定方向起裂形成平整光滑開裂面、保護保留巖壁免受損傷破壞、破碎臨空面方向巖石的一種爆破新技術，也稱套管護壁爆破技術。

藥包爆炸時，在無外殼一側，高能量密度的氣體流不存在任何阻擋直接沖擊巖壁，造成爆炸氣流能量的大量匯集，使得這個區域內炮孔巖壁的巖體首先受到最大壓力，從而使得無外殼藥包一側的壓力差進一步增大，首先在該孔壁上形成延伸很短的剪切破壞面。當巖體受到的初始爆炸所激起的應力狀態或動態應力場很快消失時，后期的準靜壓作用下形成新的靜態應力場，對孔壁剪切破壞面產生尖劈和推力作用，使巖體破裂和拋擲。另一方面，在靠近保護炮孔巖壁這一側，由于藥包外殼阻礙了爆生氣體對孔壁的直接作用，尤其是“滲透”和“楔入”作用，從而保護了孔壁巖石。而且外殼的存在減少了透射和反射而產生能量的損失，減弱了對孔壁巖石的作用[2]。

2工程概況

在某石油運輸專用公路上有一長約100m的高邊坡，由于巖層主要為石灰巖，巖體堅硬（f=10~12），采用機械開挖法需要較長的時間。由于該公路作用的特殊性，要求工期較短，采用傳統的爆破方式雖然可以加快開挖速度，但是邊坡支護仍需較長的時間且要花費較大的費用，因此在此次施工過程中采用了護壁爆破技術。

3爆破參數

3.1 護壁材料及炸藥

護壁材料采用半圓pvc-u管，直徑為25mm,厚度為2.5mm；炸藥采用4#粉狀銨油炸藥。

3.2 爆破參數

由于邊坡開挖一方面要求保留巖體完整，保證邊坡的穩定，節約邊坡支護費用；另一方面有要求臨空面巖體破碎，以便于運輸，節約運輸費用。因此，本次施工過程中采用單側護壁爆破。爆破參數如下：

孔距：500mm；孔深：1.85m(2m長的鉆桿)；抵抗線：800mm；每孔裝藥量：225克；藥柱直徑：20mm；炮孔直徑：38～40mm；空氣柱間隔裝藥：每孔裝藥3段,每段長250mm；間隔2段空氣柱,每段長150～200mm；堵塞長度：700～800mm。

4爆破效果分析及效益評價

爆破效果如圖2所示，開挖邊坡壁面半邊孔痕保留完整，坡面光潔平整，無超欠挖。

采用爆破方法，加快了開挖速度，降低了開挖成本；由于PVC-U管的導向作用，在炮孔壁產生的裂紋數較少，坡面光潔平整，有效地減少了支護費用及時間；由于開挖坡面穩定，在開挖的過程中增大了公路內側坡度，減少了開挖量，從而減少了運輸棄石的費用。

實踐證明護壁爆破用于邊坡的開挖可以減少邊坡的爆破損傷，有效地減少邊坡開挖及支護費用。

參考文獻：

[1]郭學彬,張志呈,蒲傳金,史瑾瑾,馮德潤.護壁爆破基本原理與爆破效果的聲波評價[J].爆破,2006,4(23):9～14.

[2]張志呈,魏有貴.光面護壁爆破在清平磷礦開拓巷道中的應用[J].化工礦物與加工,2008(10):28～31.

基金項目：綿陽市科技局資助項目