林冠宏1 李冠华2
1广西建设职业技术学院 南宁 530007;2中交路桥建设有限公司 北京 100000
摘要：贵都高速六标段蒙鼓冲路段石质路基采用控制爆破施工技术，以中深孔爆破为主，浅眼爆破为辅进行石方爆破，中深孔爆破主要采用孔外微差进行爆破，能够有效控制爆破震动对铁路及周围环境造成的影响。
关键词：控制爆破；石质路基；孔外微差；
1引言
石质路基控制爆破技术要求比较高，特别是周围建筑比较多的情况下，必须重视震动以及飞石等对建筑、庄稼、人、畜等带来的伤害以及影响，故做好整个石质路基爆破的分析以及控制对于路基的开挖影响尤为重要。
2爆破地段周围环境和地质分析
在进行石质路基施工前，对施工路段的周边环境进行充分了解，可以比较有效地控制爆破时产生的飞石，而震动则相对难以控制，很多爆破技术人员容易忽视震动产生的不利影响。因此，施工前调查清楚施工地段的建筑所在、建筑结构、建筑年限以及周围庄稼等，调查数据能够作为有效的参考来进行爆破方式的选择以及爆破设计时的药量控制。以夏蓉高速中贵阳至都匀路段高速公路第六标段蒙鼓冲隧道出口至蒙鼓冲2#高架桥中间路段为例，路基地形如图1所示。
从地形图中可知，挖方13万方的山头到隧道口仅有100米的距离，施工中需对该山头进行爆破，如果爆破方法选择不当，爆破设计考虑不全面，就有可能产生飞石，影响隧道正常施工，甚至可能对隧道施工人员安全构成很大的威胁；而挖方43万方山头山脚下即为已经通车的黔桂线铁路，火车平均每10分钟通车一趟，此处山头不光飞石会对铁路构成很大的影响，甚至连震动都有可能引起大块孤石滚落，对铁路带来很严重的影响。在山的另外一侧则是村里的庄稼，石头滚落势必会对村民庄稼造成经济损失。经以上分析可知，该路段石方挖方方量大，地势集中，线路密集，村落沿边，开挖难度大，爆破技术要求高，只有选择正确的爆破方法，做好爆破控制设计，才能顺利开展施工作业。
图1 蒙鼓冲隧道出口至蒙鼓冲2#高架桥路段路基地形图
根据实地勘察，六标蒙鼓冲隧道出口段路基位于溶蚀峰丛地貌单元，表层为残破积亚粘土，层厚10.0m；基岩为二叠系中风化角砾状灰岩和灰岩，其中：角砾状灰岩为浅灰色，角砾结构，中厚层状结构，角砾主要成分为灰岩，节理裂隙较发育，节理面见铁锰质浸染，岩体破碎，岩芯多呈柱状、短柱状，少量碎块状；灰岩为浅灰色，隐晶质结构，中厚层状结构，主要矿物成分为方解石，节理裂隙发育，方解石脉填充，裂隙面见铁锰质浸染，岩体破碎，岩芯呈柱状、短柱状、少量碎块状，岩质较硬，锤击声脆。整个爆破地段石质较硬，节理发育，溶岩发育，岩层中的溶洞对于控制爆破相当不利，轻则放炮效果出不来，浪费炸药；重则造成大炮冲天，飞石满天，炸药能量甚至可能从溶洞里冲出，带出来的飞石对周围的建筑和人畜造成很大的伤害。
3爆破方式和施工方案的选择
六标蒙鼓冲隧道出口段路基以石方为主，土石方方量集中，大约1000米的地段集中有62万方的挖方。沿边有已经建成通车的黔桂铁路以及蒙鼓冲村庄，且山体上松动的大孤石比较多，震动过大或者飞石都会对铁路造成灾难性的影响。经过反复考察研究，选定采用中深孔爆破为主，浅眼爆破为辅进行石方爆破。中深孔爆破采用孔外微差或孔内微差进行爆破，能够有效控制爆破震动对铁路造成的影响，在山体表层或者离铁路边缘危险地带采用浅眼爆破进行松动爆破进行平台扩展。
石方爆破施工方案的选择非常重要，石质挖方山头施工中，从修便道，到施做平台，分层爆破以及选择临空面，这些工序环环相扣，相互影响，如有选择不当，将影响到整个生产进度。石方爆破方案中的便道用于出渣使用，要求便道平整，坡度的大小以下雨天气载重汽车能爬上去为准。平台的搭建、石质山头采用几层进行爆破，如何选用临空面，都是为了配合下一个平台的搭建，以便挖机上去翻料，进而不影响生产进度的情况下进行下一轮爆破。蒙鼓冲隧道出口段路基爆破方案如图2所示。
图2 蒙鼓冲隧道出口段路基爆破方案
山的背面比较平缓，且松土较多，方案是安排挖机从山的背面开挖便道上去，从而在山头上进行浅眼爆破，把潜孔钻平台打出来，然后再从正面一排一排爆下来，每排孔孔深10m，每隔10m设置一个平台，爆破产生的松渣利用汽车从山脚下直接运走，既直接又不影响出渣，还能加快施工进度，缩短施工工期。
4爆破设计
4.1 中深孔爆破设计
为了使中深孔爆破达到预期效果，需合理确定布孔方式，空网参数、装药结构、起爆模式和炸药单耗等参数。
4.1.1潜孔钻的选择
根据市场常用的潜孔钻，最后选定开山斧的105履带式潜孔钻和90自架式潜孔钻配合使用，履带式潜孔钻适用于比较平坦的宽阔平台上使用，钻眼效率高，实际使用中能达到0.25m/分钟。自架式潜孔钻场地限制相对要小一点，需要操作工人多（每一台需要3人），实际使用中能达到0.125m/分钟。
4.1.2开挖台阶H的确定
路基中挖机斗容量为1.2m³-1.6m³，自卸车装载量为16m³，考虑到在山区里施工，便道条件差等特点，结合实际施工，把开挖台阶高度定为H=10m-15m比较合适。采用90钻孔时，取低限值爆破效果比较理想。
4.1.3超深h的确定
为了克服台阶底板岩石的夹制作用，使爆破后不残留根坎，开挖后形成平整的底部平面，一般都要考虑超深h。根据实际经验，超深h可用下列公式确定：
垂直孔： h=（0.15-0.35）W1
倾斜孔： h=（0.30-0.50）W
在进行验证时，参考下列计算公式：
垂直孔： h=（0.05-0.25）H
倾斜孔： h=（8-12）D
式中：h—超深深度，m；
W1—底盘抵抗线，m；
W—倾斜钻孔抵抗线（长柱药包中心到台阶坡面的垂直距离），m；
Ｈ—台阶高度，ｍ；
Ｄ—钻孔直径，ｍ；
4.1.4抵抗线Ｗ的确定
底盘抵抗线是影响爆破效果的很重要的一个因素，过大的底盘抵抗线会造成根坎多，大块石块多，后冲作用大。路基爆破一般采用多排爆破，如果其中一排爆不出来，会造成后面几排丧失了临空面，导致后面几排炮冲天，飞石满天，对附近建筑和人畜造成很大的安全威胁。如果底盘抵抗线过小，则会增加钻孔工作量，增加炸药使用量，而且容易产生飞石危害。影响底盘抵抗线的因素很多，很难用数字公式表示，实际中往往根据经验公式来确定，然后在实践中加以调整，以达到最佳效果。参考以下几个公式：
（1）根据钻孔作业的安全条件：
W1≤Hctgα+B
式中：W1——底盘抵抗线，m；
Ｈ—台阶高度，ｍ；
α—台阶坡面角，一般为60°-75°；
B—从钻孔中心至坡顶线的安全距离，B≥2.0m；
（2）按台阶高度：
W1=（0.6-0.9）H
（3）按炮孔孔径倍数确定底盘抵抗线：
W1=（20-50）D
式中：Ｄ—钻孔直径，ｍ；
4.1.5孔距和排距的确定
孔距a是指同一排深孔中相邻两钻孔中心线间的距离。值得注意的是，为了降低中深孔爆破中产生的大块石头，不应过分缩小孔距，一般取a≥W1。一般情况下，孔距a的确定采用下面经验公式：
a=（1.2-1.3）W1
排距b是指多排孔爆破时，相邻两排钻孔间的距离，即第一排孔以后的各排孔的底盘抵抗线。因此确定排距的方法，应按确定最小抵抗线的原则考虑。在采用梅花形布置时，则用以下公式确定排距
b=asin60°=0.886a
式中：b—排距，m；a—孔距，m。
4.1.6堵孔长度L2的确定
确定合理的堵塞长度和保证堵孔质量，对改善爆破效果、确保安全和提高炸药能量利用率都具有重要作用。堵塞材料一般选用钻孔岩粉或砂与土的混合物。一般堵塞长度可按以下经验公式确定：
L2≥0.75 W1或L2=（20-40）D
4.1.7爆破网路
在多排网络起爆的情况下，一般考虑采用非电毫秒雷管进行微差起爆的方法进行起爆。微差爆破分为孔内微差和孔外微差两种。孔内全部采用微差毫秒雷管，孔外采用瞬发电雷管一次性联结起爆即可实现孔内微差，此方法比较简单，操作工人容易掌握，但是一旦毫秒雷管放错了，就会造成早爆或晚爆现象，会出现冲天等情况，严重的话会影响整个爆破效果，即使在爆破前检查出来也不好处理。孔外微差能比较好地控制爆破顺序，好的起爆网路能够有效地减少震动和飞石，但是孔外微差要求联线技术性高，操作工人不容易掌握。如图3所示：
图3 孔外微差联线布置图
孔内全部采用9段非电毫秒雷管，在孔外采用3段、5段非电毫秒雷管进行微差，最后实现微差起爆，这种方法爆破效果比较好，微差时间可以通过设计、计算进行合理联结。但是这种方法必须要注意一点，孔内毫秒雷管要尽量选用高段别雷管，这样能实现孔外网路全部起爆完毕后孔内微差起爆，以防止孔内爆破把孔外雷管炸断。
4.2浅眼爆破设计
表1 浅眼爆破参考值
序号名称单位参数
1孔径m0.040
2孔深m2
3超深m0.3
4底盘抵抗线m1.25
5孔距m1.5
6排距m1.35
7堵塞长度m0.94
8单位炸药消耗量Kg/m30.45
9每孔装药量Kg1.68、1.82
10装药长度m1.12
11每米钻孔装药量Kg/m1.5、1.62
12每孔爆破岩石量m33.75
由于浅眼爆破炮孔深度浅，最小抵抗线小，爆破飞石的危险性比较大，因此其爆破参数的设计值需参考表1的爆破参数，还根据施工现场的具体条件和类似的经验选取，并通过实践检验修正，以取得最佳参数值。
（1）最小抵抗线W:W=(0.4-1.0)H；
（2）孔距a：a=（1.0-2.0）W或a=（0.5-1.0）L；
（3）排距b：b=（0.8-1.0）a；
（4）孔深L：L=H+△h；
（5）炮孔超深△h：△h=（0.1-0.15）H；
（6）堵塞长度L2：L2≥W；
（7）炸药单耗量q：q=（0.3-0.8）kg/m³
4.3安全防护与爆破效果
根据爆破周边环境和条件，石质路基爆破主要是飞石防护。因此确保爆破安全防护措施为加强填塞和近体覆盖，以确保无飞石溢出，严格控制单段起爆药量，做好微差起爆网络，确保爆破震动符合设计要求，施工方案采用炮孔填塞要使用细纱和黄泥拌合成的填塞材料填塞，堵孔不小于最小抵抗线。覆盖时采取废旧橡胶输送带与装土编织袋相结合的方式进行覆盖。首先在炮孔口上覆盖废旧橡胶输送带，覆盖时要横、竖交叉进行，然后用装土编织袋压住，如图4所示。
图4 炮孔覆盖图
对保护对象的防护，必要时可在重点保护对象方向及飞散物抛出主要方向上局部设置近体防护，以防止从覆盖防护的边缘空隙冲出个别飞散物。屏障的高度和长度应能完全挡住飞散碎块。本工程采用搭设防护排架的近体防护措施。防护排架采用钢管脚手架搭设，搭设高度不低于6米，脚手架两侧挂毛竹片编织板，毛竹编织板与脚手架间用铁丝扎紧，中间填塞稻草。该防护网由于较高，搭设时一定要注意安全，为满足防护排架的稳定性，在钢管的四周拉上揽风绳，防止被风吹倒，并要再四周挂上危险警告标志。如图5所示：
图5 局部防护架示意图
贵都高速六标段蒙鼓冲路段石质路基经过多次放炮，最大使用药量为1960kg，15个孔，孔径105，孔深15m。经过爆破设计结合实际经验，爆破中产生飞石甚少，尤其是靠近铁路出42万方山头，已经进行了的接近20次的中深孔爆破中，产生飞石甚少，震动控制得也不错，仅有一次使用孔内微差，齐爆药量过大，震落附近村民民房的几个瓦片。爆破出来的石头大块率不高，不影响出渣。爆破岩堆松散，比较容易出渣；爆破后炮孔底部不留根坎，板底平坦。
5结语
在六标路基爆破施工方案实施过程中，操作工人严格按照施工技术交底操作，整体爆破效果良好。总结有两点经验：
（1）导爆管的搭接，非电雷管中，导爆管的尾端是机械咬合封闭，一般情况下，需要尾端留出至少300mm进行搭接，如图6所示，这样即使尾端漏气，也能够安全起爆，不会出现哑炮等现象。电雷管的连接也很重要，如果联结不好，导致起爆不成功，重新校检的话相当复杂，存在一定危险性。若采用导爆索起爆，导爆索和电雷管的绑扎应特别注意，雷管的尾端有一个聚能穴，聚能穴必须要朝起爆方向摆放，防止传爆不成功。而非电雷管与非电雷管的联结中，聚能穴要冲着导爆管的尾端，也就是说和导爆索中的位置刚好相反，这样是防止雷管爆炸后冲断导爆管，引起哑炮，绑接方式。
图6 导爆管的尾端
（2）实践证明，在中深孔爆破中，若炸药从孔的底端起爆，爆出来的石块大小均匀，块度适合，容易装车；而如果从顶部起爆，则会出现上部石块过大，底部石块变粉碎的情况，这样下来还要进行二次孤石爆破，浪费人工、炸药，影响出渣。如果从顶部起爆，减少堵孔长度固然能减少大块石块的产生，但是也容易造成飞石，容易造成安全事故。
参考文献:
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论文作者:林冠宏1,李冠华2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：路基论文; 飞石论文; 雷管论文; 钻孔论文; 炸药论文; 底盘论文; 柱状论文; 《防护工程》2018年第32期论文;