巖溶地區(qū)高邊坡預裂爆破技術及應用

劉國生 ，毛益松 ，陳志陽 ，紀國清

(1.中鐵隧道集團四處有限公司， 廣西 南寧 530003；2.國防科學技術大學九院， 湖南 長沙 410003)

1 工程概況

湖南省龍(山)永(順)高速公路第四合同段路基(K17+800～k17+890)位于龍山縣洗洛鄉(xiāng)小井村。路基寬26.6 m，長90 m，單面邊坡高度30～50 m，邊坡比為1∶0.3或1∶0.5。山體巖石為弱風化至微風化的石灰石，中厚層構造狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較堅硬，巖體較完整。單軸抗壓強度為37.7～77.0 MPa。

爆破周圍環(huán)境復雜：東側為山體，沒有建筑物；西南側是小井村居民樓，爆破路基邊線距離最近處房屋28 m，邊坡頂距民房68 m；西北側與G209國道相距40 m，過往行人車輛多。

該高邊坡爆破工程位于居民樓和G209國道旁(見圖1)，山高坡陡，是龍永高速4標路基必須穿越之地。如何做好高邊坡爆破開挖成了本工程的難點。不僅要創(chuàng)造美觀漂亮的邊坡，而且要減少后期錨桿加掛網(wǎng)支護施工費用，克服高邊坡易滑坡的隱患，為此，決定采用預裂控制爆破技術。

2 邊坡預裂爆破施工存在風險及方案確定

2.1 邊坡預裂爆破存在的風險

針對本工程的巖石特性及施工過程中彰顯的各種矛盾進行了分析，存在以下爆破風險：

(1) 爆破飛石影響G209國道車輛通行和行人風險。爆破點地處G209國道東側，最近處不到40 m，因此巖石爆破確保交通和人員安全是重中之重。

(2) 爆破振動影響周圍房屋風險。小井村居民樓幾乎緊挨著爆破區(qū)域，墻體是磚結構空心墻結構，有的沒有構造柱和圈梁，抗震強度低，墻體已經(jīng)出現(xiàn)風化、裂縫，處于地勢較低，漲水季節(jié)經(jīng)常被淹浸泡，基礎不牢。

圖1 工程周邊環(huán)境

(3) 巖石爆破處在巖溶地區(qū)，溶洞、溶溝、溶縫以及石芽、石筍、探頭石多，裂隙發(fā)育，存在著鉆孔裝藥困難及邊坡不容易形成。

2.2 高邊坡預裂爆破技術方案

為使邊坡開挖面符合施工圖紙所示的開挖線，保持開挖后邊坡基巖的完整性和開挖面的平整度，邊坡開挖采用深孔預裂控制爆破技術，配合機械施工，確保邊坡穩(wěn)定。預裂爆破邊坡開挖面的不平整度應嚴格控制在5 cm內(nèi)，局部區(qū)域不得超過10 cm；邊坡面應符合業(yè)主提供的施工圖紙的要求；邊坡開挖應自上而下進行，高度較大的邊坡，應分梯段開挖，梯段高度一般不大于8 m。隨著開挖高程下降，應及時對坡面進行測量檢查以防止偏離設計開挖線，避免在形成高邊坡后再進行處理。

3 預裂爆破參數(shù)的確定

3.1 炮孔直徑

本工程主體開挖爆破穿孔設備為Φ90 mm潛孔鉆機，炮孔直徑為Φ100 mm，即d=100 mm。

3.2 炮孔間距

本工程預裂爆破炮孔間距主要參照瑞典蘭格弗爾斯給出的公式確定，即：a=(8～12)d(d≥60 mm)，式中，a為預裂爆破炮孔間距，cm；d為預裂炮孔直徑，cm；對軟巖或結構破碎的巖石，取小值，對硬巖或完整性好的巖石取大值。實踐中，預裂孔間距為100 cm，即a=100 cm。

3.3 平均線裝藥量

預裂爆破只要求形成貫通預裂縫，而不是大量崩落巖石，也不能損傷圍巖，因此不宜采用過大的裝藥量。本工程采用長江科學院經(jīng)驗公式計算裝藥量

q線=0.034[σ壓]0.063a0.67

式中，q線為預裂炮孔每米裝藥量，kg/m；σ壓為巖石極限抗壓強度，MPa，據(jù)地質(zhì)報告資料，取σ壓=60 MPa；a為預裂孔間距，a=1.0 m，那么q線=0.448 kg/m。

在以上計算的基礎上，經(jīng)考察現(xiàn)場試爆效果，將預裂孔平均線裝藥量確定為[1]：一般地段q線=500 g/m、中硬巖體q線=350 g/m。

3.4 孔底線裝藥量qd線和孔口線裝藥量qc線

由于預裂炮孔深，底部夾制力大，將孔底2m范圍內(nèi)的線裝藥量增大一倍，即qd線=1000 g/m。同樣，為避免預裂爆破形成爆破漏斗，減小孔口處圍巖破壞，孔口堵塞段以下1 m段的線裝藥量減小一半，即qc線=200 g/m。

3.5 不偶合系數(shù) m

本工程預裂孔采用Φ32 mm卷狀巖石乳化炸藥，其不偶合系數(shù)為m= 3.125。

4 預裂孔起爆施工工藝

4.1 預裂孔鉆孔方法

由于履帶式潛孔鉆機的不宜行走，故用架子鉆傾斜鉆孔(見圖2)。預裂面一般就是最終的邊界開挖面，因此，預裂縫的位置必須準確，對于傾斜的孔，特別是預裂面是呈某種曲折面的斜孔，放樣就要復雜得多。這是因為斜孔的孔口與孔底并不在同一個座標位置上，而是隨該孔的傾斜度以及地面的起伏而變化。地面比較平整時，它可以通過計算來確定孔口的位置。在實際中，地面的起伏狀況往往是無規(guī)則的，想要精確地定出孔口的位置比較困難，為此，采用整體排架很方便。

圖2 單機排架鉆預裂孔

4.2 裝藥材料準備及裝藥結構

為減小預裂孔間起爆時差，保證孔內(nèi)所有藥卷爆轟效果，邊坡預裂孔采用導爆索沿預裂孔軸向全長敷設、將Φ32 mm炸藥卷按設計計算值分配串綁于導爆索的裝藥結構(見圖3)，具體方法如下。

圖3 預裂孔裝藥結構(單位：m)

(1) 孔底2 m長范圍：qd線=1000 g/m，Qd=2.0 kg，需Φ32 mm巖石乳化炸藥10卷，那么炸藥首尾相接，組成連續(xù)柱狀藥柱，用膠布將其與導爆索綁固；

(2) 孔中間范圍：q線=500 g/m，每1 m孔需Φ32 mm乳化炸藥0.5 kg，那么每卷炸藥間隔20 cm分別與導爆索綁捆；

(3) 孔口堵塞段下1 m長范圍：qc線=200 g/m，Qc=0.2 kg，需用Φ32 mm乳化炸藥1卷，將其分為5個半卷，在此段導爆索上每隔30 cm捆綁上半卷藥。

為方便現(xiàn)場裝藥施工，并阻減爆炸沖擊波對邊坡圍巖孔壁的作用，在炸藥卷串導爆索一側墊鋪一條竹片，具體實施裝藥時，將竹片側靠于邊坡圍巖側，而使炸藥卷朝向開挖側。

4.3 起爆網(wǎng)路

臺階布置2～3排主爆孔和一排沿邊坡面的預裂孔。以第四層(頂層)臺階為例，如圖4所示，預裂孔孔內(nèi)用導爆索支線起爆炸藥與地面一股導爆索并聯(lián)搭接，導爆索由2發(fā)MS3段導爆管雷管引爆；第1、2排主爆孔孔內(nèi)裝相同高段別導爆管雷管起爆炸藥，分別用MS11段、MS13段導爆管雷管，孔外用1發(fā)MS3段導爆管雷管逐孔延期起爆孔內(nèi)雷管。3排孔的導爆管雷管組成的起爆網(wǎng)路一次起爆。

圖4 第1層(頂層)炮孔布置及網(wǎng)路(單位：m)

5 爆破效果及體會

(1) 在地質(zhì)條件較好的第1、3、4臺階，采用預裂爆破技術形成的邊坡，清晰地顯示出人工“雕琢”的痕跡：一排排殘留的半壁孔，見圖5，經(jīng)清渣后統(tǒng)計，邊坡圍巖上的殘留半孔率達80%以上，邊坡面不平整度小于20 cm；

(2) 在比較風化或破碎的第2層臺階，雖然沒能保留下預裂孔孔痕，但邊坡壁面也較平整，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的巖石片落現(xiàn)象；

(3) 通過TC-4850爆破測震儀監(jiān)測，其最大振動速度為1.25 cm/s，爆破振動感覺不明顯，小于《爆破安全規(guī)程》(6722-2003)要求。

圖5 四層臺階爆破效果(照片)

參考文獻：

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[2]李愛國．預裂爆破技術在公路邊坡工程中的應用[J].爆破，2002,12(4):24-25.

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[4]葛 勇，汪旭光．逐孔起爆在高速公路路塹開挖中的應用[J].工程爆破，2008,3(1):35-38.

[5]GB6722-2003.爆破安全規(guī)程[S]..