高速公路土石方開挖控爆設計

肖以杰

（貴州省公路工程集團有限公司）

0 前言

工程地屬云南省昭通市鹽津縣中和鎮境內，石方開炸工程量集中，工程量大，垂直最大開挖深度50余米。地面橫坡陡峭，右下側為上清河一級電站大壩及導流明渠，主要設施處于K82+320～K82+380右坡角處。路線右側60 m有10 kV高壓線和移動通訊電纜通過。如何避免附近民用結構物受到土石方開挖影響及保證便道通行成為該段施工的關鍵。對該段進行現場勘察、測量，為保證施工的安全及施工進度，該段必須采取嚴格的控制爆破及防護措施。

1 高速公路土石方開挖爆破方案的比較和確定

1.1 初步擬定方案

1.1.1 方案1：采用兩級防護及剝離爆破方法

一級：在路基邊沿右側設立鋼軌排架防護阻擋滾石；二級：電站站房及引水渠采用圓木覆蓋，防止滾石砸壞被保護物；對石方開挖采用手風鉆鉆孔，小爆破由右及左方向逐層爆破開挖，逐步向邊坡推進。

1.1.2 方案2：采用三級防護，淺孔小臺階爆破

用方案1中提到的防護方法對保護物進行防護，同時沿開炸石方地面線加設鋼管排架覆蓋，由坡底至坡頂全防護，阻止滾石向下沖擊路基右側的兩級防護。

利用從上至下開挖方式，采用手風鉆鉆孔，利用淺孔密炮方式進行爆破。

以上方案重點提出對專用便道的保通問題，時間必須2 d施工2 d通行，通行只能在鉆孔的時間內。

1.1.3 方案3：采用三級防護深孔掏槽爆破

用方案2的防護方法；采用淺孔臺階爆破創造大于7 m的工作平臺，利用液壓鉆或潛孔鉆鉆孔，采取毫秒微差爆破方法，由上至下逐層開挖。

1.2 三種方案的比較與選擇

從前期施工情況看，采用兩級防護對于底層開挖有效，但靠左側邊坡將越來越高，滾石的勢能增大，原來的兩級防護將不能有效阻止滾石對被保護物的損壞。采用三級防護后，將能大大削弱滾石的勢能。方案2采用淺孔臺階爆破，每天完成的工作量極少，安全雖可以有保障，但施工進度緩慢，工期將無法保證。采用方案3能保證安全和進度，但由于只有一個工作面，鉆機浪費太大，工程成本較高。

2 土石方開挖爆破防護設計

2.1 一級防護

利用Φ120 cm以上圓木對引水渠和站房側面進行覆蓋和遮擋，防止被飛石和滾石砸損。圓木架排在被保護物上方，利用抓釘和8#鐵絲加固連接。

（1）引水渠防護（見圖1）

圖1 引水渠防護

（2）站房防護（見圖2）

圖2 站房防護

（3）引水隧道口防護（見圖3）

圖3 引水隧道口防護

2.2 二級防護

沿路基右邊沿按3 m間隔架立鋼軌，從K82+320～K82+380 m，總計60 m，加設圓木（直徑大于12 cm）攔阻滾石，圓木用鐵絲固定在鋼軌內側。

2.3 三級防護

沿開挖地面線，架立鋼管排架，在巖體上用手風鉆鉆1.5m深的孔，灌注10#砂漿，打入Φ18螺紋鋼筋，外部螺紋鋼筋應作大于10 cm垂直彎起，鋼管固定在螺紋鋼筋垂直彎起上，排架采取豎向間距1 m，縱向間距1.5 m架設，然后在排架內側加設竹跳板，竹跳板用Φ8鐵絲固定在鋼管排架上。

3 爆破設計

3.1 地震波控制及單響最大藥量

由于水渠、引水隧道、站房、大壩均屬鋼筋混凝土結構，地震波依據中華人民共和國《爆破安全規程》（GB6722－2003）的質點最大允許速度（cm/s）控制，以最保守方式取5 cm/s。

其中：Q為最大單響藥量，kg；R為爆破點至被保護物的最小距離，m；V為質點最大允許速度，取5 cm/s；K、α為巖性地質參數，本路段以保守取法K取250，α取1.8。

經過現場測量，最近的被保護物離爆破點最小距離為19.4 m，按 20 m 計算，Q=160 kg。

3.2 深孔布置及裝藥

（1）淺孔處理臺階按常規施工方法，裝藥不能超過孔深1/2，嚴格控制飛石。

（2）從上邊坡設計線往右側，用手風鉆鉆孔開辟大于7m的工作平臺后進行深孔布孔，沿邊坡按設計坡比鉆斜孔，其它鉆直孔，每孔孔深控制在10m，孔間距4m，排距3m。

（3）裝藥以堵塞大于3.5 m為宜，以控制飛石產生，外側孔堵塞按L1=b+H/i，進行控制，其中H=3.5 m，i為實際地形坡比。

（4）裝藥結構。L1是堵塞長度，L1≥3.5 m，L2是裝藥長度。

（5）起爆網絡。采用孔內高段位，孔外低段位，用孔外毫秒微差控制地震波，以單孔10 m計，每孔L2=L－L1=10－3.5=6.5 m，用散裝銨銻油或乳化炸藥，按常規經驗：6 kg/m，即單孔藥量 q=6.5×6=39 kg，以最大單響藥量160 kg計算，160/39=4.1，即最多4個孔為一單響起爆。

（6）孔網設計。孔內采用10段非電雷管作起爆雷管，孔外利用1段非電串聯，3段和5段進行毫秒微差，見圖4。

圖4 孔網設計

（7）外側剩余石方處理在每次深孔爆破完成后，極可能留下外側三角形根坎，采用手風鉆弱爆破處理，創造下一個工作平臺。

4 特殊情況的應對措施

4.1 不良地質情況處理

本工程卡斯特地形溶洞較多，給爆破裝藥帶來許多麻煩，為此裝藥時遇到溶洞或夾縫可采取以下方式處理，見圖5。

圖5

在溶洞底部裝藥后，加入用10段和1段聯接的起爆雷管，其中1段作為起爆雷管應置入溶洞下方的炸藥內。溶洞上方孔可以加水泥口袋、草或堵塞紙袋封閉后堵塞50 cm左右，再裝炸藥至堵塞L1長度位置，裝10段起爆雷管，然后堵塞，炮孔引出將有兩發或多發10段雷管，全部捆綁在孔外的聯接雷管上，進入孔外孔網實施爆破。若有多個溶洞或裂縫用此方法類推解決。

4.2 鉆機選擇

按本工程地質情況，臺階處理以開山牌手風鉆鉆孔，鉆孔直徑Φ40，深孔宜采用液壓鉆機鉆Φ90孔，控制延米6 kg炸藥。可供選擇的鉆機有英格索蘭、湯普諾克和阿特拉斯鉆機，該幾種機型鉆孔速度快且較穩定。

4.3 爆破出渣

（1）本工程采用縱向開挖，頂部開炸后，石渣用挖掘機縱向翻倒的方法，盡快創造下一個工作平臺。

（2）以本工程開炸長度，進入到第三個臺階時，即下挖20 m時，可用松渣修便道供運輸車運輸。

5 安全注意事項

（1）爆破按照《爆破安全規程》有關要求，警戒距離在250 m以上，電雷管起爆。爆破后，安全員和炮工必須對現場進行檢查，安排清理懸石，確保安全后方能進入下一道工序施工。應經常檢查防護狀況，有松動或破壞時應及時加固處理。

（2）個別飛石安全距離的確定。以保護物所在地質點峰值振動速度作為判斷標準。

V=K（Q1/3/R）α

式中：V為地面質點的峰值振動速度，cm/s；R為觀測點到爆源中心的距離，m；Q為炸藥量，kg；K、α是與爆破條件、巖石特性有關的系數

Rf=20n2wkf

式中：Rf為個別飛散物對人員的安全允許距離，m；n為最大藥包的爆破作用指數；w為最大藥包的最小抵抗線，m；kf為安全系數。

［1］何漢鵬.城市地基石方工程控制爆破［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），1989，（4）.

［2］蔡路軍，馬建軍，葉洲元.高陡邊坡控爆減震技術的探討［A］.湖北省爆破學會第六屆學術會議論文集［C］.2001.

［3］劉高飛，李向國.電氣化復線高路塹拓寬安全快速石方控爆技術［A］.第九屆全國結構工程學術會議論文集第Ⅲ卷［C］.2000.