中铁上海工程局集团第二工程有限公司 上海 200436
摘要：我国地大物博，地理环境复杂多样，因此在复杂环境下进行公路、铁路建设，必须结合实际的地理环境情况，采用合适的施工技术。本文就探讨在高边坡复杂环境下对石方道路施工的控制爆破技术环节，给出具体的施工方案，探讨石方爆破工程的进度控制与振动控制，并加以案例说明。
关键词：石方控制爆破；施工技术；高边坡；进度控制；振动控制
在我国，高速公路或铁路存在诸多复线建设情况，此时不但要保证周边建筑物或既有运营线路安全，还要保证在高边坡、深路堑、窄线距条件下施工安全，所以施工技术一定要保证高质量，例如高边坡石方控制爆破施工技术就能做到高精度和施工方法合理化。
一、高边坡石方控制爆破施工技术的基本要求与实施方法
（一）基本要求
高速公路施工项目常常在复杂环境中进行，例如高边坡条件下公路线距小、工点边坡相对陡峭、场地狭窄、开挖厚度偏小，这样的公路地质相对来讲岩石节理发育不良，岩性变化偏大，这为施工带来了巨大困难，基本无法采用大规模施工方法进行。为了保证高边坡石方爆破技术不影响周边的环境安全，维持交通或电力运输运营正常，爆破过程中岩石可以松动甚至预裂，但绝对不能松散、滑塌或坍塌，另外还要杜绝中断交通、输送线路的问题发生。
在爆破实施后，要检查已破碎岩石的块度，看其是否适合车辆装运，同时还要满足路基回填尺寸要求，保证爆破以后高边坡平顺整齐，维持其长期稳定，即使在雨后也不会出现塌方或滑坡问题。
（二）实施方法
在施工过程中始终要保证爆破安全，结合工程特点来选取具有小规模、小孔距、多循环、浅孔松动特点的爆破方案，其基本的打孔原则就是密布孔、少装药、强覆盖、同时保证间隔微差，最后实施逐排逐层的爆破剥离。一般来说，针对不同的爆破部位，其所选取的爆破参数与装药结构也有不同，可以将爆破破碎标准设置为裂缝、松动和分散三个等级，要让岩石发生位移但宁裂勿散。严格来讲，在高边坡这样的复杂道路环境中是存在不同方向的抵抗线的，所以也要合理结合起爆顺序控制岩石的位移方向，通常情况会利用爆体覆盖配合钢管防护排架的方法共同控制爆破飞石与滚石。最后可采用机械开挖形式清理现场场地，保证作业面完整。
在复杂环境中进行爆破应该结合台阶法展开施工过程，该方法自上而下逐层展开，考察高边坡岩层的松动情况，根据其松动程度来有效控制爆破开挖技术过程。一般情况下每一级台阶高度要控制在10~15m左右，控制开挖厚度在2m以上然后再实施石方控制爆破方案。
在布孔方面，应该采用台阶形式，这种形式与高边坡平行，且采用了预裂爆破形式，专门在设计边坡位置上布设了一排顺坡预裂炮孔，并保证每一个炮孔孔台都能按照台阶垂直线路方向布设，平均每一排要布设至少两个炮孔，且要求爆破方向与线路方向相互平行。布孔后采用起爆网路明确安排起爆顺序，利用导爆管结合非电起爆系统，实施雷管微差起爆。详细来讲，每一排岸坡空的延迟起爆时间大约控制在50ms左右，同一台阶的前排先爆时差则控制在40ms以内，配合炮孔与所对应同排主炮实施同段同排起爆。如果有孤石、大石块等则要利用机械凿除或静态破碎剂进行预先处理。
最后要做好相应的防护措施，例如对爆体覆盖方法的合理应用。可选择在爆破之前就进行爆破覆盖。具体做法是在爆体上铺上一层草袋，并在上方压上一层钢筋网，再在钢筋网上间隔压上一层土袋，在土袋上的最上方覆盖一层安全网结构。整个覆盖过程至少要覆盖4层，利用钢筋网进行搭接，确保爆体、爆孔绝对安全。而对爆破后所产生的大量石块则要进行有效防护，比如钢管排架防护就能起到不错的防护效果，爆破后要通过搬运、运输清理现场石块[1]。
二、高边坡石方控制爆破施工案例分析
K215+160断面线高压塔与开挖位置图
（一）工程项目施工概况
以某地区一段高速公路为例，它属于石质挖方路段，地质岩层均为石灰岩配合少量石英砂岩，其节理裂隙部位发育正常，整体岩石强度可以达到50~75MPa，属中等硬岩。该高速路公路为高边坡设计，边坡坡度在1：0.3左右，需要爆破的最大岩石高度高达96.0m。相距开挖边线最近距离只有26米就是一条800KV的高压输电线路，施工环境极其恶劣复杂，详见图-1《800KV超高压线路与道路线路位置图》。为了保证施工及超高压输电线路安全，尽量将爆破安全警戒距离控制在200m以外。
（二）施工流程
该工程主要施工方法为中、深孔微差爆破分层开挖，分层高度基本控制在15m左右，主要爆破方法有三种：1、中深孔微差松动爆破；2浅孔微差松动爆破；3、光面爆破。配合履带式液压钻车进行多排布孔开挖，保证边坡呈现多排、梅花形布孔，同时在边坡部位做到倾斜钻孔，具体施工步骤如下：
测量放样→技术交底与布孔→钻孔→成孔质量验收→装药堵塞→覆盖安全网→起爆网络连接→正式起爆→炮孔排查→石方开挖与台阶清理
结合上述流程，确定该段路基石方施工中的爆破参数与爆破工程量，主要是结合现场工程设计内容与现场的全面勘察复测成果对拟爆破段石方量进行计算预估，此次爆破的石方量为31.3万m³。按以上三种爆破方法结合具体开挖段落，精确得出实际的炸药使用量[3]。
1、中深孔微差松动爆破
爆破高度：中深孔部分原则上每次爆破高度h=15m，因地表有一定坡度，表层爆破时适当调整爆破高度h=5～19m；
炮孔直径：d=75mm；
炮孔倾角：垂直打眼；
最小抵抗线：W＝（25～40）d＝（25～40）×0.075=1.875～3m，取W=2.5m；
炮孔间距：a=（1～1.5）W=（1～1.5）×2.5=2.5～3.75m，取a=2.5m；
炮孔排距：b=0.866a=2.2m；
炮孔超钻深度：L′＝（0.15～0.35）W＝（0.15～0.35）×2.5＝0.3～0.7m，取L′＝0.5m；
炮孔深度：L= L′+h =0.5+15=15.5m（表层爆破为5.5～19.5m。）；
单位耗药量q=0.33kg/m3（表层爆破取0.23～0.35kg/m3，取值随炮孔深度增加而增加。）；
单孔装药量Q=qaWh=0.33×2.5×2.5×15=31kg（表层爆破取7～42kg，取值根据炮孔深度增加而增加。）；
堵塞长度L1≥0.75 W=1.875m，实际取2.7m；
则装药长度L2= L－L1＝12.8m；（表层爆破取2.8～16.8m，取值根据炮孔深度增加而增加。）
因部分爆破段临近高压线塔，为了减小爆破震动，中深孔每次爆破同段炮孔数不超过2个，如需增加每次爆破总孔数，可适当分段起爆，即可采用毫秒1、3、5等段别的电雷管进行分段起爆。每次爆破总孔数不超过6个。（当高度大于15m部分爆破时，可适当降低同段孔数，以控制同段起爆药量，确保不超过62kg。
总装药量Q总= Q×6=186kg；
同段起爆的最大药量Q同= Q×2=62kg。
2、浅孔微差松动爆破
浅孔爆破部分每次爆破高度控制在3m左右，因地表有一定坡度，表层爆破时适当调整爆破高度。
爆破高度：h=3m；
炮孔直径：d=40mm；
炮孔倾角：垂直打眼；
最小抵抗线：W＝（25～40）d＝（25～40）×0.04=1.0～1.6m，取W=1.2m；
炮孔间距：a=（1～1.5）W=（1～1.5）×1.2=1.2～1.8m，取a=1.2m；
炮孔排距：b=0.866a=1.0m；
炮孔超钻深度：L′＝（0.15～0.35）W＝（0.15～0.35）×1.2＝0.18～0.42m，取L′＝0.2m；
炮孔深度：L= L′+h =0.2+3=3.2m；
单位耗药量q=0.35kg/m3；
单孔装药量Q=qaWh=0.35×1.2×1.2×3=1.5kg；
堵塞长度L1≥0.75 W=0.9m，实际取1.7m；
则装药长度L2= L－L1＝1.5m；
浅孔每次爆破同段炮孔数控制在12个以内（即每次爆破同段装药量不超过18kg），如需增加每次爆破总孔数，可适当分段起爆，即可采用毫秒1、3、5等段别的电雷管进行分段起爆。每次爆破总孔数不超过60个。
总装药量Q总= Q×60=90kg；
同段起爆的最大药量Q同= Q×12=18kg。
3、光面爆破
爆破高度：h=15m，最上一台阶适当调整爆破高度；
不耦合系数：K=2.5；
炮孔直径：d=75mm；
药卷直径：d0= d /K=75÷2.5=30mm（实际取32mm）；
炮孔倾角：路堑坡率1：0.3，则β′=artan（1：0.3）=73°，路堑坡率1：0.5，则β′=artan（1：0.5）=63°；
最小抵抗线：因一般部分爆破后仅留1m进行光面爆破，则W= 1.0m；
炮孔间距：a=（0.8～1.0）W=（0.8～1.0）×1.0=0.8～1.0m，取a=0.9m；
炮孔超钻深度：L′＝（0.15～0.35）W＝（0.15～0.35）×1＝0.15～0.35m，取L′＝0.3m；
炮孔深度：L光= L′+h/Sinβ=0.3+15/Sin73°=17m；
堵塞长度L1≥0.75 W=0.75m，实际取1.0m；
装药长度L2= L光－L1＝16m；
线装药密度q′取0.5kg/m；
单孔装药量Q= q′L光=0.5×16=8kg；
为了使炸药能均匀分布于炮孔内，将炸药间隔绑扎在竹片上，间隔距离为0.2m，即绑扎一节小药卷，再间隔0.2m，然后再绑扎一节小药卷，直至装完8kg炸药。（炮孔深度变化时，适当调整装药量，装药方式与15m炮孔一样采用间隔装药。）
光面爆破孔内由底部至顶部均采用导爆索连接起爆。
当在高压线塔26～40m范围进行光面爆破时，每次的光面爆破孔数不超过2个，当距离高压线塔大于40m后，每次爆破孔数可随着距离的增加适当增加，但每次爆破孔数控制在15个炮孔以内。
光面爆破采用导爆索起爆。
同段起爆的最大药量Q同= Q×2 =16kg。
该工程中的单位炸药消耗量取平均值q=0.33kg/m³，所以此次炸药的使用量应该为：31.3x0.33=103.3t
（三）炮孔布置
K215～200断面为双壁路堑开挖爆破，因其南面边坡临近高压线塔，在距离高压线塔26m范围内的边坡禁止采用爆破开挖，只能用机械破碎开挖，遇到少量机械无法开挖的坚固岩石，可采用静态膨胀剂破碎清除，在距离高压线塔26～40m范围内采用浅孔爆破，超过40m部分采用中深孔爆破。具体炮孔布置如图-2所示。
炮孔布置剖面图
（四）起爆网络
爆破为导爆管起爆，采用并联方式联接，每10～15发为一束，再用2发瞬发导爆管连接，最后再采用击发枪击发[4]。
（五）爆破安全验算
1、爆破震动
高压线塔基础为大体积混凝土结构、塔身为钢架结构，其允许振动速度一般大于5 cm/s；一般民房的允许振动速度为3 cm/s。
爆破地震波安全距离采用萨道夫斯基判据公式[5]。：
式中：R—爆破地震波允许的安全距离，m
V—介质质点允许振动速度，cm/s；
Q＇—同段装药量，kg；
α—地震波衰减系数，1.5；
K—介质性质系数，150。
临近高压线塔附近爆破时，计算得爆破地震波安全距离见表-1
表-1 建筑物距离高压线允许安全距离表
由表1可知，临近高压线塔时按设计爆破，产生的震动不会对其造成伤害。爆破开挖路段周围无民房等需保护的建筑物，因此爆破也不会对周围造成伤害。
三、复杂环境下的高边坡石方控制爆破施工中的进度控制与振动控制
（一）进度控制
首先要做好石方爆破工程的进度控制，在基础上保证爆破实施区域范围内的所有建筑物、输电线路等都不会受到破坏。考虑到高边坡复杂地理环境下展开石方控制爆破施工，还需要结合进度控制细化相应管理措施。
在实施爆破施工作业过程中，需要对现场清运方与爆破施工方进行相互协调，在爆破作业开展阶段避免出现爆破区域内的杂物过多问题，要做好爆破前清理。然后从技术角度明确爆破参数与爆破效果可能对现场及现场周围所产生的实际影响，将这些影响转化为实际数据结果进行评估，主要结合现场地质地形与施工技术条件对爆破参数进行合理设置，以便于最终选择科学合理的爆破方式。
为了验证上述情况，就要进行现场试爆，考察爆破参数设计的合理性，明确爆破效果。一般可先针对少孔小药量区域进行试爆，结合爆破效果展开现场爆破效果优化，调整爆破参数，保证爆破合理性。
（二）振动控制
所谓振动控制是指对石方的振动控制，一般来说，石方爆破的振动频率应该控制在0.35cm/s左右，但具体的参数还应该结合实际工况思考。一般会考虑采用缓冲爆破减振模式或毫秒减振爆破模式。在振动控制过程中还要对最大爆破用药量、振动主频率、地震波作用等等进行科学分析与控制，以便于制定更为科学的爆破方案。在爆破施工前，业主方面还应该与施工监理方、施工方等等商讨爆破工程方案，争取做到最大化消除爆破振动所带来的施工现场及周边环境隐患，提高施工安全系数。
最后在边坡爆破控制阶段应该选用预裂爆破技术，结合边坡开挖面的完整性来初步实现减振技术，对炸药用量与爆破参数进行针对性设置，并做好对现场勘测结果的有效预期，然后再开展现场试爆作业，并明确在爆破过程中爆破控制单耗的技术合理性。总体来讲，就是要结合爆破作业合理运用振动监测技术，再运用爆破振动规律实施全过程检测，对爆破检测结果参数进行分析与科学调整，全面提升石方爆破施工控制的技术合理性与安全性[6]。
总结
综上所述，在高边坡这种复杂环境下为道路实施石方控制爆破具有一定技术难度与施工不确定性，因此需要结合实际情况来提出针对性技术内容，确保爆破任务安全实施，提高施工整体效率。
参考文献：
[1]王国强.谈复杂环境下高边坡石方控制爆破施工技术[J].山西建筑，2016（21）：106-107.
[2]《民用爆破物品安全管理条例》
[3]《公路工程施工安全技术规程》
[4]《爆破安全规程》（GB6722-2011）
[5] 程琳.山区公路路基精细化爆破及综合成本分析[D].安徽理工大学，2017.
[6] 王桂元.铁路复线高边坡、深路堑石方控制爆破安全施工技术[J].建筑安全，2000（1）：22-23.
论文作者:吴礼兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/12
标签：药量论文; 高压线论文; 光面论文; 高度论文; 距离论文; 现场论文; 深度论文; 《基层建设》2018年第23期论文;