復雜環境特殊地質條件下高梯段深孔光面爆破

完成時間：1996～1997年

工程地點：廣西柳州市柳(州)石(垅)路雞山石方

完成單位：廣西公路橋梁工程總公司柳州公司、柳州鐵路局工程處、鐵道部第三工程局科技處、鐵道科學研究院鐵建所、西南交大科技開發部

項目主持人及參加人員：孫學軍、葉宗毅、劉宏剛、劉文軒、陳  凱

撰稿人：葉宗毅

1   工程概況

柳石路雞山石方工程位于柳石路K₁+585～K₁+772段，全長187m，邊坡開挖高度47．6m，開挖石方13．4萬m³，路塹邊坡5000m²以上。巖石為白云質灰巖，地形起伏變化大，坡度較陡，地質條件差，表面孤石凸起，巖石中間有夾泥層，且大小溶洞較多。

雞山石方周圍環境復雜，開挖爆破區右側柳州端30m處有蓮花加油站，石垅端50m處有柳州市食品罐頭廠廠房和樓房，15m處有1萬V高壓輸電線，軍用通訊光纜及照明線各一條，尤其是柳石路緊貼爆破山腳下通過，有多路公交車經過，來往車流量大，晝夜通過車輛高達1．5萬輛次，要求爆破不得中斷行車(見圖1)。

2    雞山石方光面爆破設計與施工

2.1    雞山石方光面爆破的工程特點

(1)周圍環境復雜，建筑物均位于光爆飛石方向，且均在光爆飛石影響范圍之內。

(2)地形地質條件特殊多變，巖石上下不同，且有大小不同溶洞及夾層不規律分布在邊坡的坡面上。

(3)邊坡高，隨主體開挖分三個臺階進行光面爆破施工，梯段高度大于15m，屬高梯段光面爆破。

2.2    設計原則

(1)根據工程特點，雞山石方邊坡決定采用三個臺階進行光面爆破施工，梯段高度H₁=17．6m，H₂=15m，H₃=15m，邊坡坡度為：1：0．2～l：0．25，臺階寬度不小于1．5m(見圖2)。

(2)采用預留光爆層和留準光爆層相結合方法進行光面爆破施工，預留光爆層厚度不小于2．0m，準光爆層厚度3．0m，以便試驗控制飛石的光爆參數和光爆方法。

(3)采用φ100mm型j腳架鉆機鉆孔，頂部孔距1．2m，底層孔距1．0m，要保證鉆孔定位、方向和角度準確性，以保證鉆孔精度，控制光面爆破飛石產生。

2．3光面爆破施工方案的確定

根據雞山石方工程特點及現有機械配備情況，確定主體石方和光面爆破從上到下分層分臺階進行爆破的施工方案。

2．4光面爆破的參數選定

2．4．1炮孔直徑D

光面爆破炮孔孔徑大小，直接關系到光爆施工的效率和成本。本工點主要根據現場已配備的鉆機及鉆頭實際情況，取炮孔孔徑D=100～105mm。

2．4．2梯段高度H

雞山石方工程采用QZ-100型三腳架式潛孔鉆機，主體石方梯段不小于15m，邊坡高47．6m，確定光面爆破分三個臺階進行，梯段高度分別為：H₁=17．6m，H₂=15m，H₃=15m。

2．4．3抵抗線W_光

計算公式：  W_光=K×D

式中  K—計算系數，一般取K=15～25，本工點從安全角度考慮，取K≥20；

D—鉆孔直徑，取D=100mm。

根據上式得：W_光=2.0m。

2．4．4孔距a

炮孔間距是光面爆破能否成功的關鍵。通過計算分析，結合我們的經驗，確定：

上部臺階：a=1．2m

底部臺階：a=1．0m

2．4．5  孔深L與超鉆深度h

孔深：

式中 a—鉆孔角度。

超鉆深度h=1.0m,上層取h=1．0m，底層取h=1．5m。

2．4．6  光面爆破的線裝藥密度q光和單孔裝藥Q_光

計算公式：

q_光=K_光×a_光×W

Q_光=q_光×L+Q_底

式中 K_光—光面爆破的單位耗藥量，g／m³：

預留光爆層時：取K_光=75g／m³，

有準光爆層時：取K_光=90g／m³；

Q_底—光面爆破底部加強裝藥量：

預留光爆層時：取Q_底=(3～5)q_光，

有準光爆層時：取Q_底=(5～8)q_光。

本工程取q_光=O．2kg／m。

2．4．7起爆時間

光面爆破可以和準光爆層一起起爆，其滯后時間△t=100～150ms為宜。本工地取△t=150ms。

3     光面爆破施工工藝

3.1  鉆機平臺的修建

由于采用三腳架式鉆機鉆孔，鉆機定位、鉆孔方向和鉆孔角度的控制將直接影響鉆孔精度，因此鉆機在架設過程中需要一定寬度的平臺。鉆機平臺應盡量做到橫向平整，縱向平緩。本工點取平臺寬2．0m。

3.2   邊坡測量放線

邊坡測量是保證邊坡按設計輪廓線開挖的重要保證。邊坡測量應分兩次進行：第一次給平臺定位；第二次為邊坡定位測量。

3．3    鉆孔技術

鉆孔是保證光面爆破效果的關鍵，必須做到：

(1)鉆機對位要準而牢。

(2)鉆孔方向要正。

(3)鉆機鉆孔角度要精。

(4)提高鉆孔技術水平，保證鉆孔準確性。

通過采取以上措施，使三腳架式鉆機在雞山石方光面爆破施工中發揮了重要作用，圓滿完成了鉆孔作業。

3．4    裝藥與填塞

3.4.1  裝藥結構

裝藥采用不耦合間隔裝藥結構。

使用炸藥為φ35mm、長度為200mm、重量200g的管狀露天2號巖石硝銨炸藥，等間距間隔(一米一層)。裝藥不耦合系數K取3

3.4.2  裝藥

采用人工裝藥，三人一組按設計藥量和設計裝藥結構，將炸藥捆在導爆索和竹片上，慢慢放入孔內。

3.4.3   填塞

填塞長度L為1．5～1．8m，填塞材料為鉆孔石粉或黏土，填塞方法是先用紙團或草團填塞至上部藥卷處，再填石粉并逐層搗固至孔口。

3．5  起爆網路

采用導爆索起爆網路，當有準光爆孔時，光爆孔滯后時間為150ms左右，起爆網路見圖3。

4    復雜環境下高梯段光面爆破的飛石控制

光面爆破和一般控制爆破區別在于其臨空面及光爆層厚度無法改變，為保證光爆臨空面方向上重要建筑和設施不受飛石危害，采取以下技術措施。

4.1   預留一排準光爆孔(或主炮孔)與光爆孔同批起爆

這是防止光爆飛石最簡單易行且行之有效的措施。其關鍵是選擇光爆孔和準光爆孔之間合理的起爆時差。本工地取150ms。

4.2  控制光面爆破抵抗線大小是控制飛石距離最好辦法

在復雜環境工地，盡可能地加大光爆抵抗線也可以有效地抑制飛石。在實際施工中，一般很難保證實際抵抗線滿足設計要求，因此，要防止飛石就必須仔細檢查抵抗線的變化，在薄弱地帶應削減  裝藥量或做其他處理，抵抗線發生變化有以下原因。

4.2.1  地形地質的影響

當光爆層坡面不平順時，坡面內凹處一般抵抗線較小，形成光爆的薄弱帶，留下飛石的隱患。當鉆孔通過不良地質段時，如軟硬巖石處、裂縫處、溶洞處等，最易造成偏幫溜眼，從而改變了鉆孔角度和鉆孔方向，造成抵抗線的變化。此種變化對抵抗線影響幅度很難確定。

4．2．2鉆孔技術的影響

鉆孔技術水平是影響鉆孔精度的關鍵，鉆孔精度一般指鉆孔角度和鉆孔方向。

因此，在鉆孔中不僅要做到“對位準、方向正、角度精”，而且要不斷提高鉆孔技術水平，在鉆孔過程中，經常檢查鉆機架設牢固性、鉆孔角度和方向的準確性。同時要根據巖石不同情況，按“孔口要完整，孔壁要光滑，軟巖慢打，硬巖快打”的操作要領進行鉆孔工作，以保證鉆孔精度。

4．3   控制裝藥量將光爆飛石控制在允許范圍之內

根據光爆的特點，炮孔底部裝藥設計原則就是要克服巖石夾制作用，局部加大裝藥量，它是光爆產生飛石的主要來源。處理好光爆層底部拋擲是一種弱拋擲，其目的是破壞炮孔底部巖石，給光爆層提供一個下塌的空間，所以底部加藥量不大，控制得當，不會產生較遠的飛石。

一般情況下，底部加藥量為線裝藥密度的5～8倍，本工地取3～5倍，獲得良好效果，飛石控制在30cm以內。

4.4  保證孔口填塞長度和填塞質量

這是防止爆破沖孔控制光爆飛石的重要環節。

5    光面爆破實爆情況

5.1  光面爆破實際情況

光面爆破共進行4次，鉆孔292個，鉆孔長4380延長米，開挖邊坡5000m²。

實際光面爆破情況統計見表1。

5.2  光面爆破成果分析

5.2.1 完成了課題提出的各項研究任務

獲得了穩定、平整、光滑、美觀的光面邊坡(略)�？刂屏孙w石距離，保證了對面重要建筑設施的安全。復雜環境下高梯段光面爆破技術水平達到了國際先進水平。

5.2.2  光面爆破質量評估

(1)光面爆破后邊坡壁面上半孔殘留率達95％以上。

(2)邊坡圍巖穩定，沒有產生圍巖破壞現象，做到了穩定、平整、光滑、美觀。

(3)孔壁沒有產生爆破裂紋。

(4)中間平臺比較平整。

 摘自《中國典型爆破工程與技術》