高速公路土石方开挖控爆设计

肖以杰

（贵州省公路工程集团有限公司）

0 前言

工程地属云南省昭通市盐津县中和镇境内，石方开炸工程量集中，工程量大，垂直最大开挖深度50余米。地面横坡陡峭，右下侧为上清河一级电站大坝及导流明渠，主要设施处于K82+320～K82+380右坡角处。路线右侧60 m有10 kV高压线和移动通讯电缆通过。如何避免附近民用结构物受到土石方开挖影响及保证便道通行成为该段施工的关键。对该段进行现场勘察、测量，为保证施工的安全及施工进度，该段必须采取严格的控制爆破及防护措施。

1 高速公路土石方开挖爆破方案的比较和确定

1.1 初步拟定方案

1.1.1 方案1：采用两级防护及剥离爆破方法

一级：在路基边沿右侧设立钢轨排架防护阻挡滚石；二级：电站站房及引水渠采用圆木覆盖，防止滚石砸坏被保护物；对石方开挖采用手风钻钻孔，小爆破由右及左方向逐层爆破开挖，逐步向边坡推进。

1.1.2 方案2：采用三级防护，浅孔小台阶爆破

用方案1中提到的防护方法对保护物进行防护，同时沿开炸石方地面线加设钢管排架覆盖，由坡底至坡顶全防护，阻止滚石向下冲击路基右侧的两级防护。

利用从上至下开挖方式，采用手风钻钻孔，利用浅孔密炮方式进行爆破。

以上方案重点提出对专用便道的保通问题，时间必须2 d施工2 d通行，通行只能在钻孔的时间内。

1.1.3 方案3：采用三级防护深孔掏槽爆破

用方案2的防护方法；采用浅孔台阶爆破创造大于7 m的工作平台，利用液压钻或潜孔钻钻孔，采取毫秒微差爆破方法，由上至下逐层开挖。

1.2 三种方案的比较与选择

从前期施工情况看，采用两级防护对于底层开挖有效，但靠左侧边坡将越来越高，滚石的势能增大，原来的两级防护将不能有效阻止滚石对被保护物的损坏。采用三级防护后，将能大大削弱滚石的势能。方案2采用浅孔台阶爆破，每天完成的工作量极少，安全虽可以有保障，但施工进度缓慢，工期将无法保证。采用方案3能保证安全和进度，但由于只有一个工作面，钻机浪费太大，工程成本较高。

2 土石方开挖爆破防护设计

2.1 一级防护

利用Φ120 cm以上圆木对引水渠和站房侧面进行覆盖和遮挡，防止被飞石和滚石砸损。圆木架排在被保护物上方，利用抓钉和8#铁丝加固连接。

（1）引水渠防护（见图1）

图1 引水渠防护

（2）站房防护（见图2）

图2 站房防护

（3）引水隧道口防护（见图3）

图3 引水隧道口防护

2.2 二级防护

沿路基右边沿按3 m间隔架立钢轨，从K82+320～K82+380 m，总计60 m，加设圆木（直径大于12 cm）拦阻滚石，圆木用铁丝固定在钢轨内侧。

2.3 三级防护

沿开挖地面线，架立钢管排架，在岩体上用手风钻钻1.5m深的孔，灌注10#砂浆，打入Φ18螺纹钢筋，外部螺纹钢筋应作大于10 cm垂直弯起，钢管固定在螺纹钢筋垂直弯起上，排架采取竖向间距1 m，纵向间距1.5 m架设，然后在排架内侧加设竹跳板，竹跳板用Φ8铁丝固定在钢管排架上。

3 爆破设计

3.1 地震波控制及单响最大药量

由于水渠、引水隧道、站房、大坝均属钢筋混凝土结构，地震波依据中华人民共和国《爆破安全规程》（GB6722－2003）的质点最大允许速度（cm/s）控制，以最保守方式取5 cm/s。

其中：Q为最大单响药量，kg；R为爆破点至被保护物的最小距离，m；V为质点最大允许速度，取5 cm/s；K、α为岩性地质参数，本路段以保守取法K取250，α取1.8。

经过现场测量，最近的被保护物离爆破点最小距离为19.4 m，按 20 m 计算，Q=160 kg。

3.2 深孔布置及装药

（1）浅孔处理台阶按常规施工方法，装药不能超过孔深1/2，严格控制飞石。

（2）从上边坡设计线往右侧，用手风钻钻孔开辟大于7m的工作平台后进行深孔布孔，沿边坡按设计坡比钻斜孔，其它钻直孔，每孔孔深控制在10m，孔间距4m，排距3m。

（3）装药以堵塞大于3.5 m为宜，以控制飞石产生，外侧孔堵塞按L1=b+H/i，进行控制，其中H=3.5 m，i为实际地形坡比。

（4）装药结构。L1是堵塞长度，L1≥3.5 m，L2是装药长度。

（5）起爆网络。采用孔内高段位，孔外低段位，用孔外毫秒微差控制地震波，以单孔10 m计，每孔L2=L－L1=10－3.5=6.5 m，用散装铵锑油或乳化炸药，按常规经验：6 kg/m，即单孔药量 q=6.5×6=39 kg，以最大单响药量160 kg计算，160/39=4.1，即最多4个孔为一单响起爆。

（6）孔网设计。孔内采用10段非电雷管作起爆雷管，孔外利用1段非电串联，3段和5段进行毫秒微差，见图4。

图4 孔网设计

（7）外侧剩余石方处理在每次深孔爆破完成后，极可能留下外侧三角形根坎，采用手风钻弱爆破处理，创造下一个工作平台。

4 特殊情况的应对措施

4.1 不良地质情况处理

本工程卡斯特地形溶洞较多，给爆破装药带来许多麻烦，为此装药时遇到溶洞或夹缝可采取以下方式处理，见图5。

图5

在溶洞底部装药后，加入用10段和1段联接的起爆雷管，其中1段作为起爆雷管应置入溶洞下方的炸药内。溶洞上方孔可以加水泥口袋、草或堵塞纸袋封闭后堵塞50 cm左右，再装炸药至堵塞L1长度位置，装10段起爆雷管，然后堵塞，炮孔引出将有两发或多发10段雷管，全部捆绑在孔外的联接雷管上，进入孔外孔网实施爆破。若有多个溶洞或裂缝用此方法类推解决。

4.2 钻机选择

按本工程地质情况，台阶处理以开山牌手风钻钻孔，钻孔直径Φ40，深孔宜采用液压钻机钻Φ90孔，控制延米6 kg炸药。可供选择的钻机有英格索兰、汤普诺克和阿特拉斯钻机，该几种机型钻孔速度快且较稳定。

4.3 爆破出渣

（1）本工程采用纵向开挖，顶部开炸后，石渣用挖掘机纵向翻倒的方法，尽快创造下一个工作平台。

（2）以本工程开炸长度，进入到第三个台阶时，即下挖20 m时，可用松渣修便道供运输车运输。

5 安全注意事项

（1）爆破按照《爆破安全规程》有关要求，警戒距离在250 m以上，电雷管起爆。爆破后，安全员和炮工必须对现场进行检查，安排清理悬石，确保安全后方能进入下一道工序施工。应经常检查防护状况，有松动或破坏时应及时加固处理。

（2）个别飞石安全距离的确定。以保护物所在地质点峰值振动速度作为判断标准。

V=K（Q1/3/R）α

式中：V为地面质点的峰值振动速度，cm/s；R为观测点到爆源中心的距离，m；Q为炸药量，kg；K、α是与爆破条件、岩石特性有关的系数

Rf=20n2wkf

式中：Rf为个别飞散物对人员的安全允许距离，m；n为最大药包的爆破作用指数；w为最大药包的最小抵抗线，m；kf为安全系数。

［1］何汉鹏.城市地基石方工程控制爆破［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），1989，（4）.

［2］蔡路军，马建军，叶洲元.高陡边坡控爆减震技术的探讨［A］.湖北省爆破学会第六届学术会议论文集［C］.2001.

［3］刘高飞，李向国.电气化复线高路堑拓宽安全快速石方控爆技术［A］.第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷［C］.2000.