护壁爆破技术在公路边坡开挖中的应用

摘要：本文通过护壁爆破在某公路边坡开挖中的应用，分析其爆破效果。结果表明护壁爆破可以减少边坡的爆破损伤，有效地减少边坡开挖及支护费用。

关键词：护壁爆破;边坡开挖;爆破参数;装药结构

引言

现代岩土工程中，爆破技术被广泛应用于岩体边坡的开挖以及巷（隧）道掘进工程，这种工程爆破均会形成爆破开挖边界，即形成露天边坡保留岩体或巷（隧）道围岩。为了边坡防护和围岩支护的方便，要求岩体沿着预定方向形成平整光滑的开裂面；为了保持其长期的稳定性，又要求边坡保留岩体或巷（隧）道围岩不受或少受爆破损伤。自上个世纪50年代以来，国内外专家学者致力于岩土控制爆破技术的发展，先后出现了光面爆破技术及定向断裂控制爆破技术，但是这两种爆破技术都不能很好的满足现代岩土工程的需要。光面爆破技术虽然可以比传统的爆破技术减少超欠挖，但是裂纹的开裂方向存在不确定性，且对边坡保留岩体或巷（隧）道围岩的损伤破坏较严重；定向断裂控制爆破技术虽然较好地解决了光面爆破的裂纹开裂方向不确定的问题，但是仍然没有很好地解决爆炸产物对孔壁保留岩体或围岩的损伤破坏问题。为此，笔者及其所在课题组提出一种护壁爆破技术，通过加护层来保护爆破保留岩体，同时可以控制裂纹开裂的方向。

本文以护壁爆破在某石油运输专用公路边坡开挖中的应用为例，分析护壁爆破的效果。

1护壁爆破原理

护壁爆破技术是在需要保护一侧或两侧岩体药包外侧安装一层或多层护壁套管(如图1)，利用套管控制爆炸应力场的分布，达到裂纹按预定方向起裂形成平整光滑开裂面、保护保留岩壁免受损伤破坏、破碎临空面方向岩石的一种爆破新技术，也称套管护壁爆破技术。

药包爆炸时，在无外壳一侧，高能量密度的气体流不存在任何阻挡直接冲击岩壁，造成爆炸气流能量的大量汇集，使得这个区域内炮孔岩壁的岩体首先受到最大压力，从而使得无外壳药包一侧的压力差进一步增大，首先在该孔壁上形成延伸很短的剪切破坏面。当岩体受到的初始爆炸所激起的应力状态或动态应力场很快消失时，后期的准静压作用下形成新的静态应力场，对孔壁剪切破坏面产生尖劈和推力作用，使岩体破裂和抛掷。另一方面，在靠近保护炮孔岩壁这一侧，由于药包外壳阻碍了爆生气体对孔壁的直接作用，尤其是“渗透”和“楔入”作用，从而保护了孔壁岩石。而且外壳的存在减少了透射和反射而产生能量的损失，减弱了对孔壁岩石的作用[2]。

2工程概况

在某石油运输专用公路上有一长约100m的高边坡，由于岩层主要为石灰岩，岩体坚硬（f=10~12），采用机械开挖法需要较长的时间。由于该公路作用的特殊性，要求工期较短，采用传统的爆破方式虽然可以加快开挖速度，但是边坡支护仍需较长的时间且要花费较大的费用，因此在此次施工过程中采用了护壁爆破技术。

3爆破参数

3.1 护壁材料及炸药

护壁材料采用半圆pvc-u管，直径为25mm,厚度为2.5mm；炸药采用4#粉状铵油炸药。

3.2 爆破参数

由于边坡开挖一方面要求保留岩体完整，保证边坡的稳定，节约边坡支护费用；另一方面有要求临空面岩体破碎，以便于运输，节约运输费用。因此，本次施工过程中采用单侧护壁爆破。爆破参数如下：

孔距：500mm；孔深：1.85m(2m长的钻杆)；抵抗线：800mm；每孔装药量：225克；药柱直径：20mm；炮孔直径：38～40mm；空气柱间隔装药：每孔装药3段,每段长250mm；间隔2段空气柱,每段长150～200mm；堵塞长度：700～800mm。

4爆破效果分析及效益评价

爆破效果如图2所示，开挖边坡壁面半边孔痕保留完整，坡面光洁平整，无超欠挖。

采用爆破方法，加快了开挖速度，降低了开挖成本；由于PVC-U管的导向作用，在炮孔壁产生的裂纹数较少，坡面光洁平整，有效地减少了支护费用及时间；由于开挖坡面稳定，在开挖的过程中增大了公路内侧坡度，减少了开挖量，从而减少了运输弃石的费用。

实践证明护壁爆破用于边坡的开挖可以减少边坡的爆破损伤，有效地减少边坡开挖及支护费用。

参考文献：

[1]郭学彬,张志呈,蒲传金,史瑾瑾,冯德润.护壁爆破基本原理与爆破效果的声波评价[J].爆破,2006,4(23):9～14.

[2]张志呈,魏有贵.光面护壁爆破在清平磷矿开拓巷道中的应用[J].化工矿物与加工,2008(10):28～31.

基金项目：绵阳市科技局资助项目