预裂爆破技术在高边坡路堑开挖工程中的应用

任 江，王 潇

(中北大学化工与环境学院， 山西太原 030051)

预裂爆破技术在高边坡路堑开挖工程中的应用

任 江，王 潇

(中北大学化工与环境学院， 山西太原 030051)

中云台山路堑开挖工程位于蓑衣山和推磨顶山之间的鞍部，路堑边坡高度达184 m。为了确保该高边坡坡面稳定、减少工程成本，采用了预裂爆破技术。介绍了该工程预裂爆破参数的设计和安全防范措施。

路堑开挖;高边坡;预裂爆破;爆破参数;防范措施

中云台山路堑开挖工程是连云港港东部疏港道路的分项工程，位于连云港市中云台山中段，蓑衣山和推磨顶山之间的鞍部。开挖区岩石为二长浅粒岩，岩石致密坚硬，极限抗压强度平均为198 MPa。岩体完整性较好，大多块状结构。山体基岩片理、层里面总体倾向为SE，倾角为20°～30°。

路堑开挖区总体走向为SW，整个开挖区底长1100 m，底宽46 m，路堑顶宽约400 m，开挖标高+192．5～+7．55 m。边坡高度平均为184 m。将开挖区分为18个台阶来开挖，每个梯段高度为10 m。路堑边坡倾角为60°。

1 预裂爆破的参数确定［1，2］

1．1 炮孔直径

炮孔直径的选择直接关系到爆破施工的效率与成本，是确定预裂爆破抵抗线和炮孔间距的重要依据。由工程实践经验可知，梯段高度或开挖深度小于6 m时，选用38～45 mm直径的炮孔，大直径炮孔不能达到预期的预裂爆破效果;当露天梯段高度或开挖深度小于12 m时，采用60～140 mm的直径，效果较好。该路堑开挖梯段高度为10 m，选用炮孔直径D=115 mm。

1．2 炮孔间距

预裂爆破的目的是在边坡设计面的预裂炮孔之间产生贯通裂缝，形成平整的断裂面，从而阻止主炮孔爆破产生的应力波和爆生气体对边坡围岩的损坏。孔距过大，爆破后孔与孔之间不能形成平整坡面，同时导致裂缝难以贯通。孔距太小，会增加整个爆破工程的成本。由经验公式可知炮孔间距为炮孔直径的8～12倍，但是考虑到岩石硬度大，根据硬岩孔距大、软岩孔距小的原则，选择10．5倍的孔径作为炮孔间距，即a=1．2 m。

1．3 不耦合系数

不耦合系数n=D/d，式中d为所用药卷的直径。本工程爆破采用Φ32 mm的2号岩石乳化炸药，不耦合系数n=3．593，而工程实践表明，不耦合系数在2～4之间为宜，所以n=3．593可满足工程需要。

1．4 装药密度

本工程线装药密度的计算采用了2种方法。

(1)根据岩石的抗压强度来计算，经验公式为:

式中:q线——线装药密度，kg/m;

σ压——岩石的极限抗压强度，MPa;

a——预裂孔间距，m;

取 σ压=198 MPa，a=1．2 m，所以 q线=1．075 kg/m。

(2)由炸药密度和不耦合系数来计算，公式为:

式中:D——预裂孔直径，mm，取115 mm;

n——不耦合系数，取 3．593;

ρ——炸药密度，为 1．2 g/cm3。

计算得出 q线=0．965 kg/m。

综合以上公式的计算结果，并根据现场实验，取二者平均值作为该工程线装药密度，q线=1 kg/m。

该工程预裂爆破孔比较深，所以底部的夹制力比较大，孔底2～2．5 m范围线装药密度应该增大。同时为了减少对孔口处围岩的破坏，孔口线装药密度应减少。

1．5 孔深L与超深h

式中:α——台阶坡面角，°;

H——台阶高度，m;

h——超深，m。

本工程设计时选取坡面角α=55°，台阶高度为H=10 m，根据经验选取 h=(10～20)D，取 h=1．2 m。所以L平均为13．4 m。

2 炮孔布置与起爆顺序［3］

采用预裂孔、辅助孔、缓冲孔和主炮孔相结合的布孔方式，如图1所示。同时为了防止边坡滑坡对高速公路的影响，对于边坡进行锚喷支护。设计预裂孔时，孔倾角比边坡设计要求小5°，即55°。辅助孔、缓冲孔和主炮孔在55°的基础上依次增加5°，这样可减少爆破后底根的产生。

图1 炮孔布置

又由图2可知，b1为预裂孔与辅助孔的排距，其值应大于爆破时裂缝朝辅助孔贯通的距离，所以b1＞a，一般取(1/0．7 ～1/0．8)a，本工程取值为 1．5 m;a1为辅助孔间距，取值为2 m;b2为辅助孔与缓冲孔的间距，为2．5 m;a2为缓冲孔的间距为3 m;b3和a3为主炮孔的排距与间距，其值分别为3．5 m和5 m。

图2 起爆顺序

起爆顺序为:预裂孔→主炮孔→缓冲孔→辅助孔。预裂孔的起爆时间至少提前最近的主炮孔100 ms，起爆顺序见图2。预裂孔由导爆索连接，并由两发MS1导爆管雷管引爆。其余孔实行空内延期起爆，其段别分别为 MS2、MS4、MS6、MS8、MS10。

3 装药方式与堵塞长度［4，5］

将炸药和导爆索捆绑在竹片上，然后推进炮孔内，见图3。前期工程试验时，由于孔底的药量不够，在坡底2～2．5 m的地方形成了底根，影响了坡面平整。针对这种情况，在孔2～2．5 m底范围内，取 q底=2．5q线=2．5 kg/m，需要 Φ32 mm 的乳化炸药28卷，每4卷1捆，每捆间隔0．15 m，用胶带将其与导爆索一起绑在竹片上。对于孔中间4～5 m范围内，q线为1．0 kg/m，需要Φ32 mm炸药20卷，每2卷1捆，每捆间隔0．3 m，与导爆索一起捆绑在竹片上。孔口下4～5 m处q口=0．5 kg/m，需要Φ32 mm炸药10卷，每1卷1捆，中间间隔0．4 m。

图3 装药结构

适当的孔口堵塞是保持高压爆炸气体所必须的。堵塞过短，会造成孔口形成漏斗，而堵塞过长则难以使顶部形成完整的裂缝。通过工程试验，取堵塞长度为13倍的炮孔直径，即1．5 m。

4 爆破安全措施

靠路堑西边500 m地方有云门市水库和村庄，同时山场上工作人员、车辆、钻机和挖机很多，针对这种情况，采取了以下措施:

(1)布孔时一定要选择好最小抵抗线，装药时抵抗线小的地方一定要控制好药量，防止飞石和爆破震动对水库和村庄的破坏;

(2)山场上配备专职的车辆管理人员，每人一部对讲机，协调好山上车辆运输，保证道路的畅通，爆破前1 h，禁止车辆进入山场，爆破前0．5 h，将未装料的车辆撤离到安全的区域;

(3)配备专职的调度人员，每人也配备对讲机，爆破前0．5 h，通知工作人员将挖机和钻机撤离到安全位置;

(4)爆破区域要做好爆破警示，禁止车辆和非工作人员进入爆区，爆破前0．5 h，通知山场所有人员撤离山场，同时通知附近居民撤离到安全地方。

5 总结

本路堑开挖边坡高度很高，所以对每一工序都进行了精心设计，对炮孔的角度和深度均用相应的仪器进行了定位和测量。药量根据情况适时的调整，严格控制孔网参数。

施工后，本工程高边坡开挖爆破效果良好。炮孔残留率达到85%以上，坡面也较平整，为边坡的支护提供了良好的条件。该工程实践证明，采用预裂爆破技术不但顺利完成了高边坡的施工，而且还保证了边坡工程的质量。

［1］ 刘天生，陈爱武，王凤英．近代爆破技术［M］．北京:兵器工业出版社，2007．

［2］ 李爱国．预裂爆破技术在公路边坡工程中的应用［J］．爆破，2002，19(4):24 －26．

［3］ 黄 宁，谢建林，熊新宇，等．银盘水电站二期开挖爆破试验成果分析及应用［J］．爆破，2010，27(1):41 －43．

［4］ 何天贵，马建军．组合爆破在湟倒一级公路高边坡刷坡中的设计与应用［J］．爆破，2005，22(1):52 －55．

［5］ 葛克水．济泰高速公路预裂爆破设计［J］．铁道建筑技术，2000，(4):50 －51．

2010－10－23)

任 江(1985－)，男，四川绵阳人，硕士研究生，从事现代爆破技术研究，Email:woshirenjiang112@163．com。