光面爆破技術在龍華口水庫上壩公路開挖中的應用

張銳杰

(山西省水利建筑工程局)

1 工程簡介

龍華口水庫為碾壓混凝土大壩，位于盂縣下社鄉會里村龍華河上游約0.5 km處，214省道石陽公路穿越壩址。施工時結合214省道主干交通道路規劃永久上壩公路，從壩上游右岸214省道接線，沿右岸山坡修一條至右岸壩頂的道路，起點高程約550 m，終點高程575 m，長約450 m，路面寬度8 m，最大縱坡約10%，邊坡開挖高度約10 m左右。開挖巖石主要為黑色斜長片麻巖，堅固系數等級(f)為4－6級。

2 開挖方案

爆破對巖石邊坡穩定性的影響主要表現在開挖形成新的坡面，改變了原始地形對坡腳的約束條件，爆破應力波與地震波的動力作用削弱了巖體結構的抗剪能力，改變了結構面的力學性質，對邊坡穩定產生不利影響。上壩公路邊坡石方開挖采用光面爆破與深孔爆破相互結合的微差控制爆破技術，有效地維護了邊坡的長期穩定性，減少了爆破對邊坡的破壞程度。在開挖中深度控制在10 m左右，邊坡采用光面爆破，主炮孔與周邊光面孔均采用潛孔鉆按設計坡度進行鉆孔。

3 爆破設計

爆破設計主要為爆破參數選擇，包括臺階高度、孔距、排距及單位裝藥量、裝藥結構、網路形式等，根據現場地形、地質條件來確定施工爆破參數，滿足公路邊坡開挖設計要求。初步擬定爆破參數如下。

3.1 深孔爆破參數的選擇

(1)鑿孔。依據工程情況，鑿孔采用 QZJ－100B型潛孔鉆，孔徑D=90 mm。

(2)孔距與排距。為降低爆破振動效應，減少大塊率，達到良好的破碎效果，選擇孔距a=3.0 m，排距b=2.5 m，矩形或梅花形布置。

(3)底盤抵抗線W的確定。底盤抵抗線是緊臨臨空面第一排爆孔根部到臨空面的距離，取W1=

2.0 m。

(4)鉆孔傾角α。根據實際，取1∶0.3。

(5)梯段高度H。合理確定梯段高度，可以有效保證鉆孔準確率，提高鉆孔工效。依據邊坡高度、鉆孔機械的鉆孔能力和操作人員的施工技術水平，合理確定梯段高度。根據設計邊坡，取H=10 m。

(6)超鉆孔深h。h=10·D=0.9 m。

(7)鉆孔深度L。按公式計算:L=(H+h)/sinα。

(8)堵塞長度L2。L2=(20－30)D，取L2=25D=2.2m。

(9)單位耗藥量q。巖石的爆破性能與巖石物理力學性質和結構特征有關，巖石越硬、越完整，風化程度越弱，單耗越高;使用的炸藥威力越小，單耗越高。根據地質資料，巖石的堅硬度系數為f=4－6，選取 q=(0.40 －0.50)kg/m3。

(10)單孔裝藥量Q計算。第一排孔的每孔裝藥量為:Q=qaW1H;從第二排起，以后各排孔的每孔裝藥量為:Q=kqabH(式中k為克服前排孔巖石阻力的增加系數，一般取1.1－1.2)。

3.2 光面爆破參數確定

(1)最小抵抗線W光。光面爆破W光選擇好壞，直接關系光爆效果和邊坡的穩定性。W光過大，爆破后大塊多，底盤處形成石坎，需進行手風鉆二次處理;W光過小，則光爆效果差，殘孔率小，巖面平整度較差，甚至影響邊坡的穩定。

采用公式計算:W光=KD

式中:K—計算系數，一般K=15－25，本工程取K=20;

D—鉆孔孔徑，D=90 mm。

代入上式計算得:W光=1.8 m。

(2)光爆孔距a。采用經驗公式計算:a=mW光

式中:m—比例系數，取m=0.6－0.8。

計算得:a=(0.6－0.8)×1.8=1.08－1.44。通過爆破試驗，選取a=1.0m。

(3)光面爆破線裝藥密度q光。根據巖石的堅硬程度和地質情況確定光爆孔的線裝藥密度，一般q光=200－300 g/m。通過爆破試驗，確定 q光=250g/m。

(4)起爆時間間隔。光面爆破要遲于主爆孔起爆，一般間隔為Δt=50－100 ms。

(5)底部加強藥長度。為了保證底部爆破效果，一般的光爆孔在底部設加強藥量:H≥10 m時，應在底部1－2 m范圍內增加3－5倍的線裝藥密度，為750 g/m。

4 光面爆破施工

4.1 鉆孔

首先測量人員按設計邊坡準確放出開口邊線，根據不同地形對每個鉆孔進行定位編號，測出孔口高程，根據鉆孔傾角，計算出鉆孔深度。鉆孔作業人員嚴格控制鉆孔深度和角度，作業過程中要隨時檢查鉆孔傾角，以符合設計邊坡坡度。

4.2 裝藥與堵塞

鉆孔作業完成后，由技術人員對每個鉆孔進行檢查驗收，給出鉆孔成果圖，然后根據爆破設計及實際鉆孔情況計算出每孔的實際裝藥量，按照設計裝藥結構進行裝藥。

(1)裝藥結構。周邊光爆孔的裝藥應采取不偶合間隔裝藥，以保護保留巖體不受破壞。一般爆破孔采用偶合間隔裝藥。不偶合間隔裝藥與偶合間隔裝藥見圖1。

(2)裝藥與堵塞。裝藥時先將孔內的粉渣及積水用風管吹沖干凈，按設計裝藥量進行裝藥。根據光爆孔線裝藥密度，將炸藥均勻間隔綁扎在竹片上，連導爆索一起緩慢送入孔內。光爆孔堵塞長度L2為1.0－1.5 m，堵塞材料為鉆孔巖粉或粘土，堵塞前先用紙團封住藥口，防止巖粉漏入下部空間。

(3)起爆網絡。起爆網路設計為非電毫秒雷管孔外延時微差控制爆破，采用導爆索配合非電毫秒雷管接力網路，嚴格控制單響藥量，保證邊坡穩定。

圖1 間隔不偶合與偶合裝藥結構示意圖

5 安全距離控制

5.1 飛石安全距離RF

按公式計算:RF=20n2WKF

式中:RF—安全距離，m;

n—爆破作用指數;

W—最小抵抗線;

KF—安全系數，通常取1.0－1.5，當風速大而又順風方向時取1.5－2.0。

定向拋擲爆破、單側松動爆破、抵抗線較大的藥包爆破以及土中爆破等，用上述公式計算出的安全距離往往偏大。根據上式計算，飛石安全距離為RF=225 m，根據爆破安全規程，取300 m。

5.2 爆破安全震動

在野外進行爆破施工作業，作業區500 m范圍內沒有重要建筑物與文物，最大震動速度控制在《爆破安全規程》規定的允許范圍。

6 爆破效果分析

本工程共進行了6次大規模光面爆破，鉆孔總進尺4 000余m。光爆后邊坡壁上留下的殘孔率達80%以上，整個工程沒有發生由于爆破處理不當而使邊坡巖石受到損傷，殘留孔壁上沒有產生爆破裂紋，爆破所形成的邊坡平整、美觀，有效維護了邊坡的穩定。

7 結束語

光面爆破和預裂爆破均是保證邊坡穩定，做到邊坡平整、美觀的重要技術措施。光面爆破在龍華口上壩公路石方邊坡開挖中取得了良好的爆破效果，可在水利、公路等石方邊坡施工中廣泛應用。