山脊地形硐室松动控制爆破技术
万元林 陈寿峰 王顺雨 刘殿书 王树仁
(中国矿业大学北京校区，北京。100083)
摘 要 介绍了运城至三门峡K16+840～K17+600段山脊地形深路堑硐室松动爆破控制边
坡破坏范围和爆破破碎效果等方面的设计与施工经验。
关键词 松动爆破，山脊地形，破坏范围，技术
1 工程概况
国道209线运城至三门峡高速公路K16+840～K17+600段为石质深路堑边坡，需要进行路基爆破开挖。本工程段由沟壑天然分成三个爆破开挖区，即R1区K16+900～K16+995，R2区K17+060～K17+220，R3区K17+280～K17+450，爆破开挖方量约23万m2。三个区域均为山脊地形，R2区附带一段斜坡。路基开挖净宽度12.6m，开挖高度一般在10～48m。边坡高度较大，最大高度都在30m以上。施工工期较紧，必须采用大爆破法进行石质破碎，否则工期无法保证。同时又要求切实保护边坡，尽可能减小对边坡的扰动，确保边坡自身的稳定性。
本路段山体陡峻，坡度大，地形崎岖破碎，地层错综复杂，岩性杂乱，易产生坍塌、滑塌，不稳定。爆区周围除了施工临时驻地外，无任何需要保护的建筑物和设施。
2 爆破方案和参数设计
2.1 爆破方案
爆破方案是在综合考虑现场球探篮球比分_球探体育app下载-直播|官网量，工期要求，地形、地质及环境基础上拟定的。爆破设计必须满足边坡稳定性要求，采用先进爆破技术和工艺，减小由于爆破对边坡的损伤，减少不稳定因素；同时满足工程甲方对工程总进度的工期要求，使爆破清方及相应工序和相邻工点施工合理衔接，尽量减少爆破对其它工序的影响。
由于本段路基爆破方量大、工期紧，且方量集中，适宜采用硐室松动控制爆破。为了保证边坡及路基的稳定，设计中必须严格控制边坡保护层厚度及爆破破碎范围。为满足运三高速公路施工的进度要求，本设计对地形和挖深满足硐室松动爆破条件和边坡保护层预留厚度地段均按硐室松动爆破设计。在导峒药室设计中，考虑地质条件变化可能需要对药阻位置进行调整；开挖过程中，进行岩体地质的详细勘察，根据岩石地质情况，调整爆破参数和边坡保护层厚度，并对掘进药室进行调整。
2.2 参数设计
参照在北京八达岭高速公路、山西太旧高速公路的硐室松动球探篮球比分_球探体育app下载-直播|官网经验，确定本次硐室控制松动爆破的标准单耗K=1.5kg／m3，风化严重时适当减小。抛掷爆破时使用爆破作用指数和综合爆破作用指数计算药量均可以，而在松动爆破中，爆破作用指数n的意义不明确，直接用综合爆破作用指数Kn进行药量计算。为保证清渣工作的顺利进行，Kn不宜取得太小。为了控制爆破对边坡的损坏，结合实际地形条件，最大爆破抵抗线控制在15～20m内。由于爆破时，山壑间的涵洞尚未修建，所以必须控制渣土向山壑间的的抛掷和塌落。
主要爆破参数计算公式如下。
集中药包药量 Q=KnW3
条形药包药量 Q= KnW2L
压缩圈半径 R1=0.62(µKnW3/△)1/3
边坡保护层厚度 B=0.62(µKnW3／△)1/3+0.7B
下破裂半径 R=1.4W
上破裂半径 R’=w[1+βn2]1/2 (n≥0.75)
式中：µ为压缩(破碎)系数，µ=20；Q为装药量kg；△为装药密度，△=850kg／m3；w为最小抵抗线，m;β为破裂系数，按照次坚石计算β=l+0.04(a／10)3；α为地形坡度，度。
这里压缩圈统一按照集中药包压缩圈半径计算公式进行计算，便于设计。由于对松动爆破破裂范围尚没有统一的计算公式，目前一般还是沿用抛掷爆破计算公式，但从概念上讲是不合适的。这里为了保证边坡的安全性，当爆破作用指数n小于0.75时，按照n=0.75
来计算上下破裂线，以控制破坏范围，计算可以得到α=30，R’=1.5W；α=40，R’=1.7W；α=50，R’=2.1w供设计直接使用。同时注意检查破裂线地表露头位置与设计边界轮廓线之间有足够的安全距离；当破裂线较陡时，按照65度的破裂角检验破裂线露头的水平安全距离不小于边坡保护层厚度。对于条状药包端部压缩圈半径按照端部集中药包计算，这样计算的边坡保护层厚度有利于边坡的安全。
2.3 硐室及药包布置
K16+900～K16+995段岩石风化。公路基本垂直山脊两侧穿过。采用单层药包，沿路基中线走向布置导硐。药室垂直于导硐，布置五排条形药室。为了加快掘进进度，从山脊两侧同时开两条导硐R11和R12，R11连接两排药室，R12连接三排药室。
K17+060～K17+220段地表岩石完整性较好，强度高。最大边坡高度达43m。采用双层药包。下层药包采用类似K16+900～K16+995的布置方案布置五排药室。上层在边坡线附近沿走向布置一条形药室，根据抵抗线大小间隔装药。两层药包之间垂直距离等于下层药包的排距(即抵抗)。局部斜坡地形布置一条形药室即可。
K17+280～K17+450段采用单层药包，布置六排药室爆破。整个导硐及药室布置见
图1，药包参数计算见表1。
图1 导硐及药室布置平面示意图
Fig.1 Sketch of chamber layout
表1 药包有关爆破参数
Table 1 Relative Parameters of the Charges
|
药室编号 |
桩号 |
最小抵抗线/m |
上部埋深/m |
综合作用指数Kn |
装药长度/m |
计算药量/kg |
上破裂半径/m |
下破裂半径/m |
|
R111 |
K16+976 |
13.6 |
17 |
0.6 |
8 |
1509 |
24.5 |
19.0 |
|
R112 |
|
14.4 |
17 |
0.6 |
8 |
1792 |
26.0 |
20.2 |
|
R113 |
K16+962 |
11 |
23 |
1.1 |
8 |
1464 |
19.8 |
15.4 |
|
R114 |
|
12 |
23 |
1.1 |
8 |
1901 |
19.8 |
16.8 |
|
R11硐室药量小计6666kg（实际装药7000kg） | ||||||||
|
R121 |
K16+920 |
10.5 |
12 |
1.0 |
6 |
1158 |
18.9 |
14.7 |
|
R122 |
K16+932 |
12.4 |
14.5 |
0.8 |
8 |
1525 |
22.3 |
17.3 |
|
R123 |
|
11 |
16 |
1.0 |
8 |
1200 |
19.8 |
15.4 |
|
R124 |
K16+947 |
14 |
24.5 |
1.1 |
8 |
3018 |
25.2 |
19.6 |
|
R125 |
|
14 |
23 |
1.1 |
8 |
3018 |
25.2 |
19.6 |
|
R12硐室药量小计9919（实际装药10040kg） | ||||||||
|
R211 |
K17+080 |
10.4 |
13 |
0.7 |
6 |
857 |
18.7 |
14.6 |
|
R212 |
|
6.6 |
9 |
0.65 |
3 |
187 |
11.9 |
9.2 |
|
R213 |
K17+098 |
16 |
9 |
0.8 |
8C |
3277 |
28.8 |
22.4 |
|
R214 |
|
11.4 |
17 |
0.7 |
8 |
1037 |
20.5 |
16.0 |
|
R215 |
K17+11 |
416 |
17 |
1.1 |
8 |
4506 |
27.0 |
22.4 |
|
R216 |
|
16 |
21 |
1.1 |
8 |
4506 |
27.0 |
22.4 |
|
R217 |
K17+130 |
16 |
21 |
1.0 |
8 |
4096 |
27.0 |
22.4 |
|
R218 |
|
16 |
23 |
1.0 |
8 |
4096 |
27.0 |
22.4 |
|
R219 |
K17+146 |
16 |
26 |
1.0 |
8 |
4096 |
28.8 |
22.4 |
|
R2110 |
|
16 |
20 |
0.8 |
8 |
3277 |
28.8 |
22.4 |
|
R21硐室药量小计29935（实际装药30240kg） | ||||||||
|
R211 |
+160-166 |
11 |
16 |
1.2 |
6 |
1597 |
19.8 |
15.4 |
|
R222 |
+170-176 |
12 |
16 |
1.2 |
6 |
2074 |
22.2 |
16.8 |
|
R223 |
+180-188 |
14 |
19 |
1.2 |
8 |
3293 |
25.9 |
19.6 |
|
R22硐室药量小计6964kg（实际装药7224kg） | ||||||||
|
R231 |
+140-135 |
12 |
15 |
1.0 |
5 |
1728 |
21.6 |
16.8 |
|
R232 |
+128-116 |
15 |
18 |
1.0 |
12 |
3375 |
27.0 |
21.0 |
|
R233 |
+110-105 |
11.5 |
14 |
1.0 |
5 |
1521 |
20.7 |
16.1 |
|
R23硐室药量小计6624kg（实际装药）6664kg | ||||||||
|
R311 |
K17+300 |
13 |
15 |
0.8 |
8 |
1757 |
19.5 |
18.2 |
|
R312 |
|
16 |
18 |
0.8 |
8 |
3277 |
22.4 |
22.4 |
|
R313 |
K17+316 |
16 |
28 |
0.8 |
8 |
4506 |
22.4 |
22.4 |
|
R314 |
|
16 |
24 |
1.0 |
8 |
4096 |
22.4 |
22.4 |
|
R315 |
K17+332 |
16 |
30 |
1.2 |
8 |
4915 |
22.4 |
22.4 |
|
R316 |
|
16 |
26 |
1.1 |
8 |
4506 |
22.4 |
22.4 |
|
R317 |
K17+348 |
16 |
27 |
1.1 |
8 |
4506 |
22.4 |
22.4 |
|
R318 |
|
16 |
26 |
1.0 |
8 |
4096 |
22.4 |
22.4 |
|
R319 |
K17+346 |
16 |
26 |
1.0 |
8 |
4096 |
22.4 |
22.4 |
|
R3110 |
|
16 |
23 |
1.0 |
8 |
4096 |
22.4 |
22.4 |
|
R3111 |
K17+380 |
16.8 |
22 |
0.8 |
8 |
793 |
30.5 |
23.5 |
|
R3112 |
|
15 |
19 |
0.8 |
8 |
2700 |
21.0 |
21.0 |
|
R31硐室药量小计46344kg（实际装药47700kg） | ||||||||
3 硐室掘进、硐室验收与地质调查、装药与堵塞
3.1 硐室掘进
为了确保爆破效果，保证爆破安全，硐室掘进应严格按照设计进行施工。遇到特殊情况，需要进行设计变动时，必须征得设计人员同意，由设计人员提出修改设计后，方可进行施工。测量小组应定时对硐室掘进位置进行测量标定，包括高程，方位和距离，发现问题及时解决。
3.2 硐室验收和地质调查
在导硐及药室开挖完备后，测量小组应进行复测，并将测量结果标定到1:500地形图上,内容包括平面位置和高程。设计小组应进行地质情况调查，根据硐室掘进观察到的地质状况，调整炸药标准单耗和装药结构。
3.3 装药量与装药结构调整
设计人员根据以上的复测和调查结果，校核各药包的最小抵抗线，根据岩体实际情况调整相关系数及装药量。
3.4 装药和堵塞
装药前，应根据调整后的装药量和装药结构，将装药与堵塞位置在硐室中清楚地标出，并将装药量，起爆雷管段别标在装药位置的硐室壁上。在硐口准备好一定的堵塞材料，保证堵塞过程忙而不乱。炸药到达现场后，按照修正后的实际药量，将各硐室的药量一次运达硐口并码放整齐。爆破员要做好雷管和网路的实验和检测工作，并准备必要的工具。严格按照设计进行硐室的装药与堵塞，严防因装药量出入或堵塞质量不高造成冲炮等责任事故。爆破员应做好检查监督工作。
4 爆破效果
边坡地表破坏范围基本控制在设计边界轮廓线以内，设计轮廓线外仅在个别地带有细微裂纹，达到了预期的目的。爆破后进行路基机械开挖，对边界线附近岩土采用机械开挖，局部硬岩辅以浅眼爆破。
开挖后发现了一些值得注意的问题。①压缩圈附近的破坏情况与岩石的充填与否有较大的关系。R1区尽管岩石风化，裂隙发育，岩块比较小且强度不高，但由于有泥质充填，药包附近的边坡岩石稳定性较好，无明显扰动破坏；R3区岩石除个别地带风化破碎外，岩体未风化，但裂隙发育，裂隙无充填，岩块强度高。爆破开挖后发现裂隙张开，根据锚孔钻进情况。估计扰动影响范围可能达7～8m。尽管尚不能证明岩层内部破裂完全是由爆破引起；但表面岩石的破坏情况，至少可以说明爆破对该段岩层造成了明显的影响。所以在裂隙发育无充填岩石中进行松动爆破必须充分考虑爆生气体的破坏作用，为此应适当减小抵抗线和增大边坡保护层厚度。②一年内尽管有降雨，未出现地表坍塌，说明达到了控制地表爆破破坏范围的目的。③R2区爆破开挖后，发现山体下部岩石风化严重，多呈散体颗粒状，与地表岩石完全不同。尽管在硐室掘进中发现岩石风化并调整了参数，但边坡岩体稳定性差，锚索钻孔不能自稳。当然后来经过设计院考察，修改了该区的边坡设计。
以上爆破效果表明了在边坡稳定性中起主要作用的还是岩体自身的状况，只要采用合适的爆破参数，爆破对岩体边坡的扰动可以控制在较小的范围内。采用硐室松动爆破进行路堑爆破是可行的。
5 结论
只要合理选择硐室松动爆破参数，可以减小爆破对边坡的扰动。在今后应不断加强对松动爆破地表破坏范围和爆生气体对裂隙发育岩体破坏作用的研究，不断总结爆破经验，提高设计水平，扬长避短，充分发挥硐室松动爆破在国家建设中的作用。
参考文献
1 国家标准局．爆破安全规程(GB6722-86)．1986．8
2 何广沂．大量石方松动控制爆破新技术．中国铁道出版社．1995