大孔徑寬孔距淺孔控制爆破拆除巖墻技術

孟海利

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 概述

隨著鐵路建設的快速發展，許多鐵路石方爆破工程面臨的環境越來越復雜。尤其是在運營鐵路增建第二線的建設中，通常會遇到大量既有線石方擴塹工程，待挖石方一般與既有線的距離多在20 m之內，必須采用控制爆破技術進行施工。從20世紀80年代衡(陽)廣(州)鐵路繁忙段的復線施工，到90年代寶(雞)成(都)、株(州)六(盤水)既有電氣化鐵路增建二線工程［1］，再到本世紀前十年的膠濟客運專線、渝涪鐵路增建二線工程等，石方開挖爆破均成為鐵路復線建設的主要技術難關之一。

在一側具有重要保護對象的爆破條件下，一般采用預留巖墻的爆破施工方法［2］，即在靠近保護對象一側預留一定厚度的巖墻，巖墻內側的巖體采用常規深孔臺階控制爆破法施工。當巖墻內側巖體爆破時，巖墻作為天然的屏障可以防止其爆堆的側向逸出，同時巖墻又能保持相對穩定，避免坡面巖塊受損剝離滾落，進而利用預留巖墻的屏蔽作用減少主要方量爆破施工時的難度和對周圍環境的危害，而將整個工程的安全控制點放在預留巖墻的處理上面。巖墻的施工方法成為確保爆區臨近保護對象安全的關鍵。

目前，在爆破拆除預留巖墻工程中，主要采用以下兩種方法。

1)小臺階淺孔爆破法［3-4］。為控制巖墻爆破時不發生大量石塊滾落，巖墻采用手持式鑿巖機人工鉆孔、小臺階爆破方法施工，以減少每次爆破的破巖量，然后再用加強防護措施來保證安全。這種施工方法大大增加了巖墻的爆破次數和防護工作量，同時，由于手持式鑿巖機的臺階高度遠小于常規深孔爆破的臺階高度，巖墻爆破后爆堆的機械開挖難度加大，開挖效率低，施工成本高。

2)深孔控制爆破法［5-7］。該方法采用潛孔鉆機在巖墻上鉆鑿深孔，對靠近既有邊坡的一排炮孔減少裝藥，并配以加強防護措施進行施工。該方法實施過程中，往往會存在以下問題:①深孔爆破每次裝藥量大，爆破時釋放的能量較多，對巖體破壞程度大，爆破巖墻時參數較難選取，且對爆破效果難以控制，稍有不慎就可能造成較大的事故;②炮孔上部巖體容易出現順坡滾落的現象，且靠近邊坡的巖體爆后大塊多，對機械開挖要求高，開挖工程量巨大;③容易留下二次巖墻，處理二次巖墻的危險性加大，且處理困難。

由以上分析可以看出:采用淺孔爆破技術開挖復線石方，施工進度慢，效率低，成本高，已不能滿足現代鐵路建設進度的要求;深孔爆破技術難度大，技術水平要求高，施工風險大。因此，必須尋找新的復線石方爆破技術，在保證緊鄰既有線爆破施工安全的前提下，提高爆破效率，降低施工風險和成本。

2 大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術

2.1 基本思想

基于淺孔、深孔兩種爆破方式的優缺點，提出了一種介于這兩種爆破之間的方式，即大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術。該技術采用的孔徑和孔網參數與深孔爆破基本相同，但孔深卻大大減小，相應的單孔裝藥量也顯著減少。這樣，由于單孔和總裝藥量少，爆破對巖體的破壞程度小，爆破效果容易控制，二次巖墻也不易出現;且由于采用了大孔徑、寬孔距，爆破效率比淺孔爆破明顯提高。

2.2 技術要點

1)鉆機的選型

巖墻爆破采用的是一體化液壓潛孔鉆機，該鉆機的顯著特點是:①鉆機、柴油風冷空壓機、柴油機—液壓泵組、人機工程設計司機室四位一體，自動化程度高;履帶行走，移動方便。②單桿鉆進深度大，一般為3.5～4.0 m，鉆淺孔時不用換鉆桿。③鉆進速度快，效率高，可迅速完成大面積炮孔的鉆鑿。預留巖墻實施大孔徑寬孔距淺孔控制爆破時，每個炮孔只鉆鑿一條鉆桿的深度，幾分鐘就能完成一個炮孔的鉆鑿，這為該技術的實施提供了基礎條件。

2)爆破參數

鉆孔孔徑為76 mm，臺階高度3.0～3.5 m，鉆孔深度3.5～4.0 m，孔距和排距2.0～2.5 m，采用梅花形或長方形布孔，垂直鉆孔，炮孔排數一般為5～6排。

3)最后一排炮孔的布置

由于最后一排炮孔緊鄰既有線的邊坡，其與邊坡坡面的距離是保證不出現滾石的關鍵。巖墻爆破的最佳效果是后排孔與邊坡面之間的巖體裂而不散，因此，后排孔爆炸后，應力波到達邊坡面時，其強度不應大于巖體的抗壓強度［8］。這樣，最后一排炮孔到邊坡的水平距離不應小于1.5倍最小抵抗線。

4)最后一排炮孔的裝藥量

大孔徑寬孔距控制爆破除最后一排炮孔外按松動爆破進行裝藥，裝散狀炸藥或乳化炸藥。最后一排炮孔裝乳化炸藥，采用不耦合間隔裝藥結構，裝藥量約為前排炮孔的1/2。

5)起爆網路

采用排間起爆網路，由前排向后排依次傳爆。起爆網路的設計滿足爆破振動的要求即可。

6)邊坡巖體的開挖

由于巖墻的最后一排孔采用的是松動爆破，爆堆開挖的難點主要集中在這一側。巖墻控制爆破要使在坡面一側的巖體裂而不散，而后掀開布魯克網并用大功率的挖掘機械進行開挖。高邊坡面開挖時必須加強現場指揮和安全警戒，防止開挖時出現滾石。

2.3 防護措施

由于爆區緊鄰既有鐵路，爆破時不允許出現任何飛石、滾石和爆破振動等危及鐵路安全的情況，因此，爆破時需采用多種防護措施，構成立體防護體系。主要措施包括:

1)在既有坡面上鋪設布魯克網，以防止爆破松動孤石順坡滾落，發生侵線。布魯克網通過錨桿固定在巖墻上，按臺階高度進行錨固，以防止上層巖石爆破后布魯克網順坡脫落。

2)在既有邊坡坡腳外3 m處架設被動防護網，被動防護網是由鋼絲繩網、高強度鋼絲格柵網、錨桿、工字鋼柱、上下拉錨繩、消能環、底座及上下支撐繩等部件構成，系統由鋼柱和鋼繩網聯結組合構成一個整體，可阻擋個別下墜巖體翻滾侵線。

3)在保證堵塞質量的前提下，炮孔表面進行覆蓋防護以防止個別飛石的產生。防護方法為在炮孔孔口處覆蓋用廢舊膠皮帶做的炮被和砂包。

4)對接觸網支柱進行專項防護，即在接觸網支柱臨近爆區一側埋設I16工字鋼墻，中間焊接橫撐和斜撐，再在正對爆區側碼設砂包。

5)在接觸網支柱、軌道等被保護對象處安裝振動傳感器，監測各點的爆破振動，同時將測試結果及時反饋，以指導爆破參數的合理選取與安全施工。

3 工程實例

3.1 工程概況

重慶某復線鐵路石方需要爆破開挖，該段路塹位于既有線左側，與既有線之間的距離為10 m，最大挖深約20 m，開挖方量約為10萬m3。既有邊坡坡面坡度為1∶0.75，且有噴漿護面。待挖路塹巖石為硬質砂巖，巖石較完整，表層有覆蓋土，地下水較為豐富。爆區與既有線的關系如圖1所示。既有鐵路是一條客貨兩用鐵路，每天車流密集，給施工帶來較大難度。

圖1 爆區與既有線的位置關系

3.2 爆破方案及實施情況

為防止滾石的發生，采用預留巖墻松動控制爆破方案，自上而下分層開挖。即將爆區分為內外兩部分，內部主體石方采用深孔爆破，外部巖墻采用大孔徑寬孔距淺孔松動爆破。

巖墻爆破的主要參數為:鉆孔孔徑76 mm，臺階高度3.5 m，垂直鉆孔，鉆孔深度3.7 m，前排鉆孔底板抵抗線2.2 m，孔距2.5 m，排距2.2 m，采用梅花形或長方形布孔，炮孔排數為5排。

本工程中既有邊坡坡比為1∶0.75，最后一排炮孔布置在距坡頂線0.8 m處(圖2)，炮孔底部至邊坡面的距離為3.5 m，約為最小抵抗線的1.6倍。

圖2 最后一排炮孔的位置

巖墻爆破時前幾排炮孔的單孔裝藥量為6.5 kg，最后一排炮孔裝藥頂部與坡面之間的距離為2.9～3.0 m，約為最小抵抗線的1.3～1.4倍，裝乳化炸藥，采用不耦合間隔裝藥結構，不耦合系數為1.2，單孔裝藥量為2.4～3.2 kg，約為前排炮孔的一半。該裝藥方式可使巖體炸開，但不滾，也不會在邊坡處出現巖坎。

為防止爆破滾石、飛石侵害鐵路，采用了表面柔性覆蓋防護、邊坡巖體錨固防護、特殊對象專項防護和爆破振動監測的多元立體防護體系。

施爆后，爆堆隆起，頂部有部分大塊，用破碎錘破碎，便于挖裝。靠近邊坡坡面一側的巖體裂而不散，掀開布魯克網可用大功率的挖掘機械開挖，未出現滾石，施工十分安全。

4 結語

在復線路塹巖墻爆破中采用大孔徑寬孔距淺孔控制爆破技術，具有以下優點:

1)效率高。由于采用了大孔徑、寬孔距的爆破參數，其爆破效率遠高于傳統意義上的淺孔爆破。在鉆孔過程中，無需接換鉆桿，鉆進效率高且施工工藝相對簡單，這使得該技術施工效率較高。

2)安全可靠。與深孔爆破相比，由于大大減小了鉆孔深度，單孔裝藥量以及總裝藥量都明顯減少，爆破對巖石的破壞作用較小，爆破效果容易控制。

3)爆破效果好。靠近邊坡處的巖體爆后裂而不散，不易出現滾石，可采用大功率挖機將巖墻挖除，底部不會出現二次根坎。

［1］張志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］楊琳，史雅語，梁錫武.預留巖墻的深孔控制爆破開挖技術［J］.工程爆破，2010，16(4):30-32.

［3］汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等.爆破手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2010.

［4］劉運通，高文學，劉宏剛.現代公路工程爆破［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］劉慧，張志毅，鄧志勇，等.敏感地區大量石方爆破的安全控制技術［C］//中國爆破新技術.北京:冶金工業出版社，2004:263-267.

［6］顧毅成，史雅語，金驥良.工程爆破安全［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2009.

［7］章征成，唐紅平，余飛翔，等.復雜環境下高邊坡控制爆破［J］.工程爆破，2014(1):22-25.

［8］于亞倫.工程爆破理論與技術［M］.北京:冶金工業出版社，2004.