鄰近高速公路高陡石墻定向控制爆破技術

俞建屏

1 概述

青菱—鄭店高速公路2標段位于湖北省武漢市境內,本工程中,江夏區鄭店和金口街道辦事處內有一處天然陡立石方巖石墻(地處青鄭高速公路B,C,D匝道與京珠高速公路相交處)。該天然石墻爆破高度22m,長約150m,巖石主要為強～微風化泥質砂巖、灰巖、泥巖,節理裂隙較為發育。此墻南臨京珠高速公路,距離約80m。其他方向為村莊與農田,距離村莊的距離均不小于300m。施工方案決定采用定向傾倒爆破,機械開挖清除。

2 建立定向傾倒爆破計算模型

經受力計算分析,石方巖石墻底部如果形成寬為2/3石方底寬的爆破硐室或爆破切口,石方巖墻在自重力的作用下失穩,即可向前傾倒,達到預定傾倒的爆破效果。石方巖石墻定向傾倒爆破時,一切爆破作業均在石方巖石墻內實施。為確保石方巖石墻能夠按預定方向傾倒,需要確定合理的炮孔形式與裝藥結構,從而保證爆破中形成符合上述計算模型的爆破切口或貫通硐室,利于達到所需的定向傾倒爆破效果。

3 定向傾倒爆破原理

石方巖石墻定向傾倒爆破時,爆破作業需要在瞬間同時起爆,使其同一時間形成爆破貫通硐室或爆破切口。爆破貫通硐室或爆破切口形成后,石方巖石墻可在自重力的作用下克服根部阻力達到傾倒坍塌的目的。

4 藥壺定向傾倒爆破方案

結合地形地質條件,天然石墻所處的地理位置及周圍的環境為:石墻北面為巖壁陡峭的深坑并常年積水,水深達五六米,水面較寬闊,不能滿足爆破施工作業場地要求。巖石墻南面場地較好,可采用機械回填土石方創造作業面。為了保證石墻按照遠離公路的方向傾倒,方案決定采用南面鉆孔,通過分次擴壺,在距離北墻面1/3墻底寬處形成藥壺,串聯瞬發爆破使北側的巖石被爆出形成切口,達到向反向定向傾倒的效果(見圖1)。這樣控制了爆破飛石遠離公路拋擲,既有很好的操作性,又能保證鄰近公路的交通安全。

5 爆破方案設計

5.1 石方巖石墻爆破貫通硐室參數的確定

爆破形成的貫通硐室擬定高度:h=2.5m。爆破形成的貫通硐室擬定寬度:W=3.2m。炸藥消耗:K=110kg/孔。

5.2 爆破參數的選擇

1)炮孔形式:石方巖石墻底部寬度較窄,一般淺孔爆破無法形成預定的爆破貫通切口或硐室。為實現爆破效果,采取藥壺炮孔形式,增大集中裝藥量,確保形成預定爆破硐室,使其滿足定向傾倒的條件。2)炮孔尺寸:鉆機鉆孔,并按照爆破操作規程分次裝藥擴壺,使其炮孔底部形成規定直徑的藥壺。炮孔深度 L=11m,確定藥壺直徑D=0.4m。3)孔距 a:天然石方巖石墻定向傾倒爆破方案,采用單排藥壺爆破形式:單排炮孔間距a=3.0m。4)堵塞長度的選擇。合理的堵塞長度是控制飛石產生和京珠高速公路行車安全的保證,必須認真進行選擇。為滿足石方巖石墻傾倒的要求,炮孔堵塞長度略大于1/3石方巖石墻底寬(堵塞長度確定為5.5 m),可滿足爆破效果。5)炸藥及雷管選擇?？紤]施工風鉆用水和地下水,擴孔時采用猛度較大且防水性能較好的乳化炸藥,藥卷規格為200g,直徑為32 mm,長度為200mm。擴孔后正式裝填采用2號巖石硝銨炸藥,藥卷規格為150g,直徑為32 mm,長度為200mm;炮孔內選用延期非電導爆管雷管,雷管段分別為1,5,7,9段,雷管腳線長度為10m;起爆雷管用電雷管。6)單孔裝藥量計算。裝藥量 V=藥壺裝藥量+炮孔裝藥量=110kg。

6 爆破實施

6.1 施工步驟

場地準備→鉆孔→裝藥→爆破→挖裝運填。

6.2 爆破施工

1)平整鉆機作業場地。修建施工便道和鉆機作業平臺。作業面的平整度以保障鉆機移動方便和鉆孔時安全為標準。2)布孔與鉆孔。按設計的孔距、排距布孔。鉆孔直徑均為100mm;對巖石墻面的鉆孔,要特別注意鉆孔深度的控制,鉆孔深度控制在2/3墻體厚度,并根據測量數據隨時調整,要使鉆孔有向下5°的傾斜,鉆孔結束必須吹凈炮孔內的殘渣,并做好炮孔的保護工作和雨季炮孔的保護工作。鉆機選用QZ-100型三角架自動潛孔鉆機,成孔直徑100mm。鉆機鉆孔成型后便進行烘膛擴孔,用乳化炸藥和瞬發導爆管雷管,把鉆孔底部擴成藥室。3)裝藥。裝藥結構采用連續集中裝藥,人工裝藥,用竹、木桿將炸藥裝入孔底搗實,并注意不要用力過猛。保證堵塞質量是確保爆破效果和爆破安全的重要保證。本工地必須保證不產生飛石危及京珠高速公路的行車安全,搞好堵塞更為重要。堵塞質量包括:堵塞長度L2≥30D或L2≥1.2W,我們選用堵塞長度5.5 m;堵塞材料:鉆孔巖粉和黏土;堵塞方法:分層搗固密實。4)起爆網路。起爆網路是爆破成敗的關鍵。起爆網路應確保每個雷管均能按設計的起爆時間、起爆順序全部準爆。本次爆破采用排間瞬發電雷管及爆孔內微差爆破(見圖2)。為保證爆破網路可靠均使用雙保險。

7 爆破效果

從爆破后的效果來看,基本上是按照預想的情況爆破成型的,完成了巖石墻體一次性傾倒。從爆破飛石方面看,北側也就是主爆方向,飛石飛散距離在100m左右,南側即朝向京珠高速方向,此方向沒有飛石拋擲,對京珠高速公路未造成任何影響。

巖石墻傾倒后,墻體巖石掉入北側的采石場采掘后形成的大坑內,巖石墻體在剛開始傾倒過程中保持的比較完整,到傾斜大約30°后,巖石墻開始解體,最后到現場看,石塊大小不均,最大的約7 m長4 m寬,經二次解小處理即可。

8 爆破安全防護

為了確保爆破安全進行,爆破施工設立了安全組織機構,成立了領導組、爆破技術組、爆破施工組、安全保衛組、應急組等機構,各機構各負其責。

9 結語

天然石方巖石墻定向傾倒爆破經過全過程施工監控,取得了良好的預期爆破效果。經驗證,施工中建立的爆破計算模型科學合理,優化后的爆破設計方案使經濟性與安全性有機的結合起來,并通過完善定向爆破設計,確定技術合理的鉆孔形式與爆破網路連接方法。

通過爆破施工,積累了石方巖石墻定向傾倒爆破方面的施工經驗,極大豐富了石方巖石墻定向傾倒爆破的施工案例,可有效促進基建單位在大體積石方爆破施工中推廣石方巖石墻定向傾倒爆破工藝。

[1]周永興,何兆益.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]廟延鋼,欒龍發.爆破工程與安全技術[M].北京:化學工業出版社,2007.