分臺階爆破施工技術在跨江大橋邊坡爆破施工中的應用

第一作者簡介：李祥嶺（1981-），男，工程師。研究方向為邊坡與基坑工程。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.040

摘" 要：以某跨江大橋邊坡爆破施工為工程背景討論分臺階爆破技術在跨江大橋邊坡爆破中的應用，介紹工程主要內容和水文地質條件，并針對邊坡的特點進行分析，描述技術參數設計和施工方法。爆破設計主要包括淺孔臺階爆破和深孔爆破2種方式，闡述如何根據地質條件選擇不同的開挖方式，以及如何控制爆破振動和飛石?？偨Y分臺階爆破技術的應用效果，以期為類似地質條件下的跨江大橋邊坡爆破施工建設提供參考。

關鍵詞：分臺階爆破；爆破開挖；邊坡；跨江大橋；爆破設計

中圖分類號：TV542" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0167-04

Abstract： Taking the slope blasting construction of a river-crossing bridge as the engineering background， the application of step-by-step blasting technology in the slope blasting of a river-crossing bridge is discussed， the main engineering contents and hydrogeological conditions are introduced， and the characteristics of the slope are analyzed. the design of technical parameters and construction methods are described. Blasting design mainly includes shallow-hole bench blasting and deep-hole blasting. This paper expounds how to choose different excavation methods according to geological conditions and how to control blasting vibration and flying rock. The application effect of step blasting technology is summarized in order to provide reference for the construction of slope blasting of river-crossing bridge under similar geological conditions.

Keywords： bench blasting; blasting excavation; slope; river-crossing bridge; blasting design

在跨江大橋建設領域，對邊坡進行爆破施工是一項常見的挑戰性工程任務[1-3]。國內外許多研究已經對分臺階爆破技術在邊坡爆破中的應用進行了深入探討，聚焦于探討該技術在類似地質條件下對坡體穩定性的影響，尤其是在巖土工程領域[4-5]。陳清運等[6]采用ANSYS/LS-DYNA數值模擬方法，對爆破過程中錦屏一級水電站壩肩高陡邊坡的穩定性進行了研究，提出了相應的減振措施，并在實測中驗證了這些措施的效果。莫蘭英等[7]分析和探討了臨水巖石爆破施工方案和參數設計，采用了在臨水岸巖上進行逐層爆破的臺階微差爆破法，成功地裁彎取直并達到了爆破的預期效果。這些研究為我們更好地理解分臺階爆破技術在跨江大橋工程中的應用提供了寶貴的經驗和借鑒。然而，對于該技術在不同地質條件下的適用性，尤其是在跨江大橋建設中的具體案例，還需要更深入的研究和分析。因此，本文旨在通過對分臺階爆破技術在跨江大橋邊坡爆破中的應用展開探討，為相關工程提供更為科學的技術支持和方法指導。

1" 工程概況

1.1" 工程主要內容

工程位于云南省麗江市境內，工程所涉及邊坡分為錨上邊坡和索塔邊坡。其中，錨上邊坡地形較緩（圖1），地表均為崩塌堆積土層覆蓋，土層厚度較大（5～10 m）且淺表土層結構較松散，下伏基巖為玄武巖，卸荷帶不發育，但淺部巖層風化層強烈而強風化層發育，強風化巖層較破碎、巖體完整性較差。該邊坡主要為土質邊坡，土質成分為碎石土、塊石層，土層結構松散多呈稍-中密狀，邊坡表土易局部坍滑，中上部土質邊坡穩定性差。此外，邊坡底部的順坡向巖層在開挖后，由于形成臨空面，淺部巖層相對較破碎，雨季時順坡向的地下水流不斷軟化及滲透巖層裂隙后，特別是多種外界不利因素（切坡、降雨、加載、震動）作用下，存在切腳后順層巖層坍滑的可能，故應加強邊坡截排水、進行坡腳的固腳措施。

圖1" 邊坡開挖及防護平面布置圖

大橋麗江岸索塔位于上下遂坡間的稍緩臺上，設計上采用摩擦群樁基礎，地形陡，高差大，上邊坡挖方較大，索塔正上方、下方無建筑分布。左索塔位于地勢相對稍高的左側稍凸起小山脊靠沖溝側較陡坡上（橫坡稍大），右索塔位于地形較低洼的凹型沖溝內的陡坡上（橫坡?。?；索塔距離下方陡崖較近（特別是右索塔距離陡崖15 m），自然狀態下周邊環境較簡單、建筑環境良好。值得注意的是：受地形限制，索塔距離上方引橋橋墩、橋臺、施工便道較近，并距離下方陡坡陡崖較近，如施工管理不當，索塔施工與引橋橋墩、橋臺、施工便道，以及下方陡崖之間會產生互相干擾。

1.2" 水文地質條件

工程經過的主要河流為金沙江及其眾多支流水系，工程區水文地質條件相對簡單，含水層相對單一。具體而言，橋址區的含水層主要包括基巖裂隙水含水層，以及局部的第四系松散堆積含水層。根據地下水賦存的介質條件不同，可以分為基巖裂隙水和松散類孔隙水2類地下水類型。裂隙地下水又可分為裂隙上層滯水和裂隙潛水2類。裂隙上層滯水主要分布在飽水帶之上，活動在凝灰巖層上部的地下水；裂隙潛水主要活動在中、微風化巖體中，由于凝灰巖的局部阻隔，地下水有局部曲折。松散巖類孔隙水主要分布在第四系沖積層、洪積層、坡積層中。其流量較小，枯期多消失。

1.3" 工程特點分析

這個項目所在的地區屬于典型的深山峽谷地區，地勢險峻，交通運輸困難。此外，項目所在地的便道常年存在滑坡風險，這給爆破鉆孔設備的進出和民爆器材的運輸帶來了影響；邊坡高陡（最高達56.3 m），屬于高邊坡施工，人員、設備施工組織困難，施工技術要求高，安全風險大；高邊坡下作業，極易發生滾石、滑坡、坍塌等，必須在爆破開挖后及時進行邊坡防護，作業時應有人員進行危險警戒；由于地處山谷陡崖，雨季極易形成泥石流，對工程施工安全造成巨大威脅。

2" 爆破設計

2.1" 淺孔臺階爆破設計

對于高度小于5 m的臺階，采用淺孔爆破方式進行施工。采用梅花形布孔，如圖2所示。設計炮孔孔徑D為40 mm；底盤抵抗線W為1.2 m；孔距a為1.4 m；排距參考底盤抵抗線取1.2 m；超深Lc取0.4 m；根據不同臺階高度，在臺階高度4 m時，孔深取4.4 m；單孔炸藥量根據式（1）進行計算，在臺階高度為4 m時，單孔炸藥量Q取2.35 kg；炸藥單耗k取0.35 kg/m3。具體參數見表1。

Q=k×a×W×H，" " " " "（1）

式中：Q為裝藥量，kg；a為孔距，m；W為底盤抵抗線，m；H為孔深，m；k為炸藥單耗，kg/m3。

（a）" 平面示意圖

（b）" A-A剖面示意圖

圖2" 淺孔臺階爆破布置方案

表1" 淺孔臺階松動爆破參數表

2.2" 深孔爆破參數設計

設計孔徑D在100～200 mm之間取值；考慮到臺階平臺寬度均為2.5 m，頂部階梯的高度不同，因此設計最大的階梯高度H為12 m；底盤抵抗線可根據臺階高度和孔徑大小進行確定，經計算，底盤抵抗線取值范圍為3.5～4.0 m；孔距a取值為2.3～3.0 m；排距b取值為2～2.5 m；超鉆深度h需要依據上層平臺、超鉆情況確定，在本工程中，當H≤10 m時，取h＝1.0～1.2 m，當10 m＜H≤20 m時，取h＝1.5～2.0 m。炮孔布置方式如圖3所示。具體參數見表2。

（a）" 炮孔布置平面示意圖

（b）" 立面示意圖

圖3" 深孔臺階炮孔布置示意圖

2.3" 施工方法及施工工藝

根據巖石類別、風化程度和節理發育程度，確定基坑開挖的施工方法。對于軟石和強風化巖石，可以使用機械進行開挖；對于無法直接使用機械進行開挖的巖石，需要采用爆破法進行開挖。爆破開挖時采用淺孔和深孔相結合的方式。在開挖過程中，先利用挖掘機從上而下清除覆蓋層土，然后使用淺孔爆破將山體坡面形成平臺，平臺形成后再進行深孔爆破。爆破施工工藝流程如圖4所示。

2.4" 爆破振動校核與控制

利用式（2）可以對爆破振動安全條件下最大單響藥量進行計算，爆破施工時應明確爆區周圍的主要保護對象，參照GB 6722—2014《爆破安全規程》[8-9]規定，最大允許單響藥量為163 kg，將爆破振動控制在安全范圍，可以通過監測結果及時調整爆破參數和起爆網絡，進一步降低爆破振動對周邊工程及建（構）建筑物的影響。

Q=R3■■ ，" " "（2）

式中：Q為安全條件下允許的最大單響藥量，kg；R為保護目標距離，m；V為安全振動速度，cm/s；K、α為相關系數，本次設計K取200，α取1.6。

2.5" 爆破飛石計算

使用式（3）對爆破飛石距離[10]進行計算。在本工程中，安全系數取15.7，炮孔直徑D依據炮孔的類別進行選取，淺孔爆破時取4.0 cm，深孔爆破時取10 cm，經過計算淺孔裝藥和深孔裝藥條件下飛石飛散距離分別為63 m和157 m。由計算可知，飛石飛散距離較遠，必須做好淺孔和深孔爆破的安全防護措施。

RFmax=KψD，" " " " " " " " " " " " " " "（3）

式中：RFmax為飛石的飛散距離，m；Kψ為安全系數，取15.7；D為炮孔直徑，cm，淺孔取4.0 cm，深孔取10 cm。

3" 爆破效果

使用分臺階爆破法進行爆破施工，炸藥爆炸后，產生的沖擊波和應力波在巖石和土層中傳播，導致了坡面的崩解和崩落。爆破振動的傳播速度和能量釋放均經過精確計算和控制，使得巖石和土壤能夠以受控的方式分層崩解，爆破碎石和土壤的飛濺范圍得到有效控制，周圍環境受到的影響最小化。爆破施工過程實現了高效且精確的效果，為后續的建設工作提供了良好的基礎。

4" 結束語

本文主要探討了分臺階爆破技術在跨江大橋邊坡爆破中的應用及其技術參數設計、施工方法和爆破效果評述。通過對現有巨大山體和復雜地質環境下的工程情況和實際施工過程的分析，設計了針對性的爆破技術方案，采用了淺孔和深孔相結合的方式進行施工。爆破過程中實現了對巖石和土壤的受控分層崩解，有效控制了爆破碎石和土壤的飛濺范圍，最大限度地減少了對周圍環境的影響。期以為類似地質條件下的跨江大橋建設提供經驗。

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