摘要：石方路基开挖多以爆破方式为主，但爆破开挖的飞石极易破坏林区的植被，对周边生态保护的影响较大。本文将爆破开挖和机械破碎开挖两种方式进行比较，通过对比及积累的施工经验、成果对林区高陡边坡石方路基开挖进行总结，供类似工程参考借鉴。
关键词：林区、高陡边坡、石方路基、爆破开挖、机械破碎开挖
1 项目背景资料
本文以江苏句容抽水蓄能电站上下库连接道路B段的石方路基开挖为研究对象，对爆破开挖和机械破碎开挖两种方式进行比较，进行对比分析、总结。
江苏句容抽水蓄能电站上下库连接道路B段位于江苏句容林场，道路呈“之”字形盘山而上，上下层道路高差10~20m，自然边坡陡峭，坡度20~30°，边坡范围内的树木多为数十年的成材，价值较高。
石方路基开始施工时采用的是控制爆破开挖，但由于开挖边坡高陡，爆破产生的飞石及爆破冲击波震动的块石不可避免地滚落至红线外的山坡，砸坏林区的树木，并对周边的生态环境影响较大。为了保护林区植被及周边生态环境，技术人员针对此工程进行了试验，通过试验的成果，选择最佳施工方案。
2 爆破开挖试验
2.1 试验段选择
试验段选择在上下库连接道路B段，具备典型性的地段，桩号K1+486~K1+520，边坡总长度34m。山坡地形较完整，冲沟不发育，无大型冲沟分布，山坡较陡，自然山坡坡度一般为20~30°，局部35°，基岩大范围出露，道路沿线植被茂密，多为杉树。
2.2 爆破设计
2.2.1 相关技术要求：
（1）采用弱爆破技术控制爆破药量及爆破飞石，避免对爆破区域附近植被树木的破坏。
（2）优化预裂爆破参数，预裂爆破效果满足规范要求。
（3）优化爆破参数，减少爆破后石块的大块率。
2.2.2 采取的相应技术措施：
（1）预裂孔间距控制在80cm以内，孔径不超过90mm，线装药密度控制在350~400g/m。
（2）采用弱爆破技术，炸药单耗控制在0.38kg/m3左右。
（3）控制爆破抛掷方向，使爆破临空面面向路面两侧；
（4）减小孔距排距，控制单孔药量，排距不超过2.5m，孔距不超过3m。
（5）控制缓冲孔间排距及装药量，减少缓冲孔爆破时后拉破坏作用，缓冲孔距预裂面1.0m，间距为2.5m。
（6）下库进场路K2+858~K2+910段爆破效果较好，因此上下库连接路B段爆破设计参照下库进场路K2+858~K2+910段爆破设计参数进行设计。
（7）清表后不进行覆盖层开挖，利用覆盖层进行压重，控制爆破飞石。
（8）在施工过程中，根据岩石情况及时对爆破参数进行调整。
2.2.3 爆破参数选择
（1）预裂爆破设计
爆区台阶高度H=10m，台阶坡面角为53.12°，孔径d=90mm，超深h=0.65m，孔深L=H/cosβ+h=14m。
预裂孔线装药密度取400g/m，炮孔底部0.3m范围内采用3倍加强装药。
预裂爆破采用导爆索起爆，炸药采用Ф32mm药卷，间隔不偶合装药。装药时先将药卷按设计要求用胶布绑扎在竹片上，然后放入孔内并用纸团放置在药卷顶部，最后利用炮泥封堵孔口并密实。钻爆设计参数见表1：
表1 预裂爆破钻爆设计参数表
（2）梯段爆破
爆区台阶高度H=5m，台阶坡面角为53.12°，孔径d=90mm，单耗取q=0.36kg/m3，超深h=0.65m，孔深L=（H）/cosβ+h=14m，钻孔邻近密集系数m取1.9。
底盘抵抗线计算：Wd=（20~40）×0.09=2.6m
孔距：a=mW =1.9×W=3m
填塞长度：Lp=4m
单孔装药量：
第一排孔：Q1=qaWH
算得：Q1=0.36×3×1.6×5=8kg
第二排孔：Q2 =kqabH（k取0.7）
Q2 =0.7×0.36×3×2.1×5=8kg
缓冲孔装药量：Q3=13.5kg
梯段爆破采用CM351履带式潜孔钻钻孔。炮孔按梅花型布孔，采用乳化炸药爆破，炸药采用Ф70mm药卷。为防止爆破对设计边坡的振动破坏，在靠近预裂面的一排炮孔的装药量设置，距预裂面1.0m布孔，孔距2.5m。梯段爆破钻爆设计参数见表2，装药结构见下图。
（3）联网爆破网络设计
梯段爆破采用微差起爆方案，爆破松动方向控制为路基外侧方向。
最大单响药量为13.5×11=148.5kg，未超过爆破论证报告最大单响药量240kg的要求。
单耗计算:此次爆破总方量为2160m3，炸药总量为632.9kg，炸药单耗为0.3kg/m3。
2.2.4 附加措施
为了防止爆破冲击波产生的块石滚落，试验方案中在爆破边坡的坡脚处增设挡渣墙。
（1）在准备进行爆破的边坡下侧沿已打通的临时毛路外侧边线1m内布置Φ48钢管桩框架，立杆长度2~2.5m，间距2m，埋入地下0.5~1.0m。如遇回填土地段需将此地段采用反铲整平后，立式夯机夯实，立杆采用人工利用大锤打入，打入时一人立杆，另一人应站立在高度为1.0m的马凳上将钢管钉入回填土内，打入深度为0.8~1.0m，马凳应固定牢固后方可上去作业；如遇岩基路段需采用手风钻进行钻孔，孔深为0.5m，钻完后将钢管打入孔内。纵向布置三根横杆，两根横杆按照间距0.5m布置，底部横杆距离地面0.5m，横杆应装在立杆内侧，采用十字卡扣连接。
（2）钢管框架施工完成后，将（长2m×高1.5m）的防护挡板采用10#铁线绑扎固定在钢管框架上；防护挡板采用竹片编织而成，具有较好的韧性。
（3）贴竹片编织防护挡板侧布置挡排土袋，为保证挡排土袋的稳定，断面型式采用直角梯形（上底0.8m,下底1.0m,高1.5m），详见下图1。由于现场基岩裸露，且毛路狭窄，取土只能通过人工利用铁锹、镐进行挖装并搬运至挡排作业段人工进行砌筑；对于现场没有土体的路段，采用1.6m3反铲装20t自卸汽车从上库弃渣场取土运至B段路基已开挖完成的地段，人工装土并搬运至土工砂袋砌筑现场进行人工砌筑。
土袋挡排断面图（图1）
2.3 爆破试验效果总结
飞石量明显减少，爆破后的块石受爆破冲击波和自身重力影响，仍会向下部边坡滚落，滚落至挡渣墙处。其中，体积较大的块石冲击力较大，突破了挡渣墙的阻挡，自身继续向下滚落的同时，将挡渣墙冲出缺口，导致其他块石顺缺口滚落。试验方案虽起到了一定的效果，但受自然条件的限制，无法完全避免块石的滚落。
3 机械破碎开挖试验
鉴于采用爆破方式无法实现既定目标，技术人员又选取了桩号K1+630~K1+680试验了预裂爆破结合机械破碎的施工方案。
3.1 施工顺序
预裂爆破→485液压破碎锤（配195炮头）破碎→1.6m3反铲将破碎的石渣装车运走→外露大块石后继续破碎→反铲出渣→反复循环至直出渣完成。
3.2 预裂爆破设计
预裂孔采用履带式液压潜孔钻机进行钻孔，预裂孔径为90mm，间距为80cm。预裂边坡较高且较陡，需修筑宽3.5m临时道路及预裂平台供钻机至边坡预裂平台，临时道路修筑采用液压破碎锤进行破碎。
预裂孔线装药密度参照已开挖部位装药量取300g/m，炮孔底部0.3m范围内采用3倍加强装药。
预裂爆破采用导爆索起爆，炸药采用Ф32mm药卷，间隔不偶合装药。装药时先将药卷按设计要求用胶布绑扎在竹片上，然后放入孔内并用纸团放置在药卷顶部，最后利用炮泥封堵孔口并密实。钻爆设计参数见表4：
注：上表中的孔深和有关爆破参数须根据现场实际情况适当调整。
3.3 机械破碎开挖
（1）根据预裂爆破后的开挖轮廓线，采用挖机进行清除表土，将所要破碎的石方露出，由于机械破碎的方式为自上而下分层开挖，因此首先根据实际地形需修出第一级施工平台，以方便施工机具的摆放。
（2）现场安排施工人员根据实际地形采用布点的方式予以标注，布点间距应适合破碎机械的功效，并方便作业。机械施工时，将炮头压在岩石的布点处，并保持一定压力后开动破碎锤，利用破碎锤的冲击力，将岩石破碎。
（3）机械破碎时挖机配合清除破碎岩体，并将已破碎的岩体装车，运输车辆采用自卸车，运至指定地点，直至该段路基坡面成型并且路基标高达到设计要求。
3.4 机械破碎开挖试验效果总结
通过实践，机械破碎开挖方式适用于各种岩层，机动性能高，但效率不稳定（坚硬整体的岩石效率约10m³/h，破碎较软的岩石效率约25m³/h）。试验过程中，采用机械破碎开挖可以避免块石的滚落，起到保护边坡植被的作用，但设备投入成本较大，且施工工期不能得到有效的保证。
4 结语
通过试验结论的对比，在林区等高陡边坡区域内进行石方开挖，为了保护植被及周边环境，机械破碎开挖更能满足要求，但机械开挖的成本及工期远远要超出爆破开挖方式。因此，在选取施工方案时要对成本、工期进行详细的分析，与植被保护的价值进行对比，选择经济效益最佳的施工方案。
论文作者:邹云肖,翟宇佳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
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