邻近高速公路高陡石墙定向控制爆破技术

俞建屏

1 概述

青菱—郑店高速公路2标段位于湖北省武汉市境内,本工程中,江夏区郑店和金口街道办事处内有一处天然陡立石方岩石墙(地处青郑高速公路B,C,D匝道与京珠高速公路相交处)。该天然石墙爆破高度22m,长约150m,岩石主要为强～微风化泥质砂岩、灰岩、泥岩,节理裂隙较为发育。此墙南临京珠高速公路,距离约80m。其他方向为村庄与农田,距离村庄的距离均不小于300m。施工方案决定采用定向倾倒爆破,机械开挖清除。

2 建立定向倾倒爆破计算模型

经受力计算分析,石方岩石墙底部如果形成宽为2/3石方底宽的爆破硐室或爆破切口,石方岩墙在自重力的作用下失稳,即可向前倾倒,达到预定倾倒的爆破效果。石方岩石墙定向倾倒爆破时,一切爆破作业均在石方岩石墙内实施。为确保石方岩石墙能够按预定方向倾倒,需要确定合理的炮孔形式与装药结构,从而保证爆破中形成符合上述计算模型的爆破切口或贯通硐室,利于达到所需的定向倾倒爆破效果。

3 定向倾倒爆破原理

石方岩石墙定向倾倒爆破时,爆破作业需要在瞬间同时起爆,使其同一时间形成爆破贯通硐室或爆破切口。爆破贯通硐室或爆破切口形成后,石方岩石墙可在自重力的作用下克服根部阻力达到倾倒坍塌的目的。

4 药壶定向倾倒爆破方案

结合地形地质条件,天然石墙所处的地理位置及周围的环境为:石墙北面为岩壁陡峭的深坑并常年积水,水深达五六米,水面较宽阔,不能满足爆破施工作业场地要求。岩石墙南面场地较好,可采用机械回填土石方创造作业面。为了保证石墙按照远离公路的方向倾倒,方案决定采用南面钻孔,通过分次扩壶,在距离北墙面1/3墙底宽处形成药壶,串联瞬发爆破使北侧的岩石被爆出形成切口,达到向反向定向倾倒的效果(见图1)。这样控制了爆破飞石远离公路抛掷,既有很好的操作性,又能保证邻近公路的交通安全。

5 爆破方案设计

5.1 石方岩石墙爆破贯通硐室参数的确定

爆破形成的贯通硐室拟定高度:h=2.5m。爆破形成的贯通硐室拟定宽度:W=3.2m。炸药消耗:K=110kg/孔。

5.2 爆破参数的选择

1)炮孔形式:石方岩石墙底部宽度较窄,一般浅孔爆破无法形成预定的爆破贯通切口或硐室。为实现爆破效果,采取药壶炮孔形式,增大集中装药量,确保形成预定爆破硐室,使其满足定向倾倒的条件。2)炮孔尺寸:钻机钻孔,并按照爆破操作规程分次装药扩壶,使其炮孔底部形成规定直径的药壶。炮孔深度 L=11m,确定药壶直径D=0.4m。3)孔距 a:天然石方岩石墙定向倾倒爆破方案,采用单排药壶爆破形式:单排炮孔间距a=3.0m。4)堵塞长度的选择。合理的堵塞长度是控制飞石产生和京珠高速公路行车安全的保证,必须认真进行选择。为满足石方岩石墙倾倒的要求,炮孔堵塞长度略大于1/3石方岩石墙底宽(堵塞长度确定为5.5 m),可满足爆破效果。5)炸药及雷管选择。考虑施工风钻用水和地下水,扩孔时采用猛度较大且防水性能较好的乳化炸药,药卷规格为200g,直径为32 mm,长度为200mm。扩孔后正式装填采用2号岩石硝铵炸药,药卷规格为150g,直径为32 mm,长度为200mm;炮孔内选用延期非电导爆管雷管,雷管段分别为1,5,7,9段,雷管脚线长度为10m;起爆雷管用电雷管。6)单孔装药量计算。装药量 V=药壶装药量+炮孔装药量=110kg。

6 爆破实施

6.1 施工步骤

场地准备→钻孔→装药→爆破→挖装运填。

6.2 爆破施工

1)平整钻机作业场地。修建施工便道和钻机作业平台。作业面的平整度以保障钻机移动方便和钻孔时安全为标准。2)布孔与钻孔。按设计的孔距、排距布孔。钻孔直径均为100mm;对岩石墙面的钻孔,要特别注意钻孔深度的控制,钻孔深度控制在2/3墙体厚度,并根据测量数据随时调整,要使钻孔有向下5°的倾斜,钻孔结束必须吹净炮孔内的残渣,并做好炮孔的保护工作和雨季炮孔的保护工作。钻机选用QZ-100型三角架自动潜孔钻机,成孔直径100mm。钻机钻孔成型后便进行烘膛扩孔,用乳化炸药和瞬发导爆管雷管,把钻孔底部扩成药室。3)装药。装药结构采用连续集中装药,人工装药,用竹、木杆将炸药装入孔底捣实,并注意不要用力过猛。保证堵塞质量是确保爆破效果和爆破安全的重要保证。本工地必须保证不产生飞石危及京珠高速公路的行车安全,搞好堵塞更为重要。堵塞质量包括:堵塞长度L2≥30D或L2≥1.2W,我们选用堵塞长度5.5 m;堵塞材料:钻孔岩粉和黏土;堵塞方法:分层捣固密实。4)起爆网路。起爆网路是爆破成败的关键。起爆网路应确保每个雷管均能按设计的起爆时间、起爆顺序全部准爆。本次爆破采用排间瞬发电雷管及爆孔内微差爆破(见图2)。为保证爆破网路可靠均使用双保险。

7 爆破效果

从爆破后的效果来看,基本上是按照预想的情况爆破成型的,完成了岩石墙体一次性倾倒。从爆破飞石方面看,北侧也就是主爆方向,飞石飞散距离在100m左右,南侧即朝向京珠高速方向,此方向没有飞石抛掷,对京珠高速公路未造成任何影响。

岩石墙倾倒后,墙体岩石掉入北侧的采石场采掘后形成的大坑内,岩石墙体在刚开始倾倒过程中保持的比较完整,到倾斜大约30°后,岩石墙开始解体,最后到现场看,石块大小不均,最大的约7 m长4 m宽,经二次解小处理即可。

8 爆破安全防护

为了确保爆破安全进行,爆破施工设立了安全组织机构,成立了领导组、爆破技术组、爆破施工组、安全保卫组、应急组等机构,各机构各负其责。

9 结语

天然石方岩石墙定向倾倒爆破经过全过程施工监控,取得了良好的预期爆破效果。经验证,施工中建立的爆破计算模型科学合理,优化后的爆破设计方案使经济性与安全性有机的结合起来,并通过完善定向爆破设计,确定技术合理的钻孔形式与爆破网路连接方法。

通过爆破施工,积累了石方岩石墙定向倾倒爆破方面的施工经验,极大丰富了石方岩石墙定向倾倒爆破的施工案例,可有效促进基建单位在大体积石方爆破施工中推广石方岩石墙定向倾倒爆破工艺。

[1]周永兴,何兆益.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]庙延钢,栾龙发.爆破工程与安全技术[M].北京:化学工业出版社,2007.