大孔径宽孔距浅孔控制爆破拆除岩墙技术

孟海利

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

1 概述

随着铁路建设的快速发展，许多铁路石方爆破工程面临的环境越来越复杂。尤其是在运营铁路增建第二线的建设中，通常会遇到大量既有线石方扩堑工程，待挖石方一般与既有线的距离多在20 m之内，必须采用控制爆破技术进行施工。从20世纪80年代衡(阳)广(州)铁路繁忙段的复线施工，到90年代宝(鸡)成(都)、株(州)六(盘水)既有电气化铁路增建二线工程［1］，再到本世纪前十年的胶济客运专线、渝涪铁路增建二线工程等，石方开挖爆破均成为铁路复线建设的主要技术难关之一。

在一侧具有重要保护对象的爆破条件下，一般采用预留岩墙的爆破施工方法［2］，即在靠近保护对象一侧预留一定厚度的岩墙，岩墙内侧的岩体采用常规深孔台阶控制爆破法施工。当岩墙内侧岩体爆破时，岩墙作为天然的屏障可以防止其爆堆的侧向逸出，同时岩墙又能保持相对稳定，避免坡面岩块受损剥离滚落，进而利用预留岩墙的屏蔽作用减少主要方量爆破施工时的难度和对周围环境的危害，而将整个工程的安全控制点放在预留岩墙的处理上面。岩墙的施工方法成为确保爆区临近保护对象安全的关键。

目前，在爆破拆除预留岩墙工程中，主要采用以下两种方法。

1)小台阶浅孔爆破法［3-4］。为控制岩墙爆破时不发生大量石块滚落，岩墙采用手持式凿岩机人工钻孔、小台阶爆破方法施工，以减少每次爆破的破岩量，然后再用加强防护措施来保证安全。这种施工方法大大增加了岩墙的爆破次数和防护工作量，同时，由于手持式凿岩机的台阶高度远小于常规深孔爆破的台阶高度，岩墙爆破后爆堆的机械开挖难度加大，开挖效率低，施工成本高。

2)深孔控制爆破法［5-7］。该方法采用潜孔钻机在岩墙上钻凿深孔，对靠近既有边坡的一排炮孔减少装药，并配以加强防护措施进行施工。该方法实施过程中，往往会存在以下问题:①深孔爆破每次装药量大，爆破时释放的能量较多，对岩体破坏程度大，爆破岩墙时参数较难选取，且对爆破效果难以控制，稍有不慎就可能造成较大的事故;②炮孔上部岩体容易出现顺坡滚落的现象，且靠近边坡的岩体爆后大块多，对机械开挖要求高，开挖工程量巨大;③容易留下二次岩墙，处理二次岩墙的危险性加大，且处理困难。

由以上分析可以看出:采用浅孔爆破技术开挖复线石方，施工进度慢，效率低，成本高，已不能满足现代铁路建设进度的要求;深孔爆破技术难度大，技术水平要求高，施工风险大。因此，必须寻找新的复线石方爆破技术，在保证紧邻既有线爆破施工安全的前提下，提高爆破效率，降低施工风险和成本。

2 大孔径宽孔距浅孔控制爆破技术

2.1 基本思想

基于浅孔、深孔两种爆破方式的优缺点，提出了一种介于这两种爆破之间的方式，即大孔径宽孔距浅孔控制爆破技术。该技术采用的孔径和孔网参数与深孔爆破基本相同，但孔深却大大减小，相应的单孔装药量也显著减少。这样，由于单孔和总装药量少，爆破对岩体的破坏程度小，爆破效果容易控制，二次岩墙也不易出现;且由于采用了大孔径、宽孔距，爆破效率比浅孔爆破明显提高。

2.2 技术要点

1)钻机的选型

岩墙爆破采用的是一体化液压潜孔钻机，该钻机的显著特点是:①钻机、柴油风冷空压机、柴油机—液压泵组、人机工程设计司机室四位一体，自动化程度高;履带行走，移动方便。②单杆钻进深度大，一般为3.5～4.0 m，钻浅孔时不用换钻杆。③钻进速度快，效率高，可迅速完成大面积炮孔的钻凿。预留岩墙实施大孔径宽孔距浅孔控制爆破时，每个炮孔只钻凿一条钻杆的深度，几分钟就能完成一个炮孔的钻凿，这为该技术的实施提供了基础条件。

2)爆破参数

钻孔孔径为76 mm，台阶高度3.0～3.5 m，钻孔深度3.5～4.0 m，孔距和排距2.0～2.5 m，采用梅花形或长方形布孔，垂直钻孔，炮孔排数一般为5～6排。

3)最后一排炮孔的布置

由于最后一排炮孔紧邻既有线的边坡，其与边坡坡面的距离是保证不出现滚石的关键。岩墙爆破的最佳效果是后排孔与边坡面之间的岩体裂而不散，因此，后排孔爆炸后，应力波到达边坡面时，其强度不应大于岩体的抗压强度［8］。这样，最后一排炮孔到边坡的水平距离不应小于1.5倍最小抵抗线。

4)最后一排炮孔的装药量

大孔径宽孔距控制爆破除最后一排炮孔外按松动爆破进行装药，装散状炸药或乳化炸药。最后一排炮孔装乳化炸药，采用不耦合间隔装药结构，装药量约为前排炮孔的1/2。

5)起爆网路

采用排间起爆网路，由前排向后排依次传爆。起爆网路的设计满足爆破振动的要求即可。

6)边坡岩体的开挖

由于岩墙的最后一排孔采用的是松动爆破，爆堆开挖的难点主要集中在这一侧。岩墙控制爆破要使在坡面一侧的岩体裂而不散，而后掀开布鲁克网并用大功率的挖掘机械进行开挖。高边坡面开挖时必须加强现场指挥和安全警戒，防止开挖时出现滚石。

2.3 防护措施

由于爆区紧邻既有铁路，爆破时不允许出现任何飞石、滚石和爆破振动等危及铁路安全的情况，因此，爆破时需采用多种防护措施，构成立体防护体系。主要措施包括:

1)在既有坡面上铺设布鲁克网，以防止爆破松动孤石顺坡滚落，发生侵线。布鲁克网通过锚杆固定在岩墙上，按台阶高度进行锚固，以防止上层岩石爆破后布鲁克网顺坡脱落。

2)在既有边坡坡脚外3 m处架设被动防护网，被动防护网是由钢丝绳网、高强度钢丝格栅网、锚杆、工字钢柱、上下拉锚绳、消能环、底座及上下支撑绳等部件构成，系统由钢柱和钢绳网联结组合构成一个整体，可阻挡个别下坠岩体翻滚侵线。

3)在保证堵塞质量的前提下，炮孔表面进行覆盖防护以防止个别飞石的产生。防护方法为在炮孔孔口处覆盖用废旧胶皮带做的炮被和砂包。

4)对接触网支柱进行专项防护，即在接触网支柱临近爆区一侧埋设I16工字钢墙，中间焊接横撑和斜撑，再在正对爆区侧码设砂包。

5)在接触网支柱、轨道等被保护对象处安装振动传感器，监测各点的爆破振动，同时将测试结果及时反馈，以指导爆破参数的合理选取与安全施工。

3 工程实例

3.1 工程概况

重庆某复线铁路石方需要爆破开挖，该段路堑位于既有线左侧，与既有线之间的距离为10 m，最大挖深约20 m，开挖方量约为10万m3。既有边坡坡面坡度为1∶0.75，且有喷浆护面。待挖路堑岩石为硬质砂岩，岩石较完整，表层有覆盖土，地下水较为丰富。爆区与既有线的关系如图1所示。既有铁路是一条客货两用铁路，每天车流密集，给施工带来较大难度。

图1 爆区与既有线的位置关系

3.2 爆破方案及实施情况

为防止滚石的发生，采用预留岩墙松动控制爆破方案，自上而下分层开挖。即将爆区分为内外两部分，内部主体石方采用深孔爆破，外部岩墙采用大孔径宽孔距浅孔松动爆破。

岩墙爆破的主要参数为:钻孔孔径76 mm，台阶高度3.5 m，垂直钻孔，钻孔深度3.7 m，前排钻孔底板抵抗线2.2 m，孔距2.5 m，排距2.2 m，采用梅花形或长方形布孔，炮孔排数为5排。

本工程中既有边坡坡比为1∶0.75，最后一排炮孔布置在距坡顶线0.8 m处(图2)，炮孔底部至边坡面的距离为3.5 m，约为最小抵抗线的1.6倍。

图2 最后一排炮孔的位置

岩墙爆破时前几排炮孔的单孔装药量为6.5 kg，最后一排炮孔装药顶部与坡面之间的距离为2.9～3.0 m，约为最小抵抗线的1.3～1.4倍，装乳化炸药，采用不耦合间隔装药结构，不耦合系数为1.2，单孔装药量为2.4～3.2 kg，约为前排炮孔的一半。该装药方式可使岩体炸开，但不滚，也不会在边坡处出现岩坎。

为防止爆破滚石、飞石侵害铁路，采用了表面柔性覆盖防护、边坡岩体锚固防护、特殊对象专项防护和爆破振动监测的多元立体防护体系。

施爆后，爆堆隆起，顶部有部分大块，用破碎锤破碎，便于挖装。靠近边坡坡面一侧的岩体裂而不散，掀开布鲁克网可用大功率的挖掘机械开挖，未出现滚石，施工十分安全。

4 结语

在复线路堑岩墙爆破中采用大孔径宽孔距浅孔控制爆破技术，具有以下优点:

1)效率高。由于采用了大孔径、宽孔距的爆破参数，其爆破效率远高于传统意义上的浅孔爆破。在钻孔过程中，无需接换钻杆，钻进效率高且施工工艺相对简单，这使得该技术施工效率较高。

2)安全可靠。与深孔爆破相比，由于大大减小了钻孔深度，单孔装药量以及总装药量都明显减少，爆破对岩石的破坏作用较小，爆破效果容易控制。

3)爆破效果好。靠近边坡处的岩体爆后裂而不散，不易出现滚石，可采用大功率挖机将岩墙挖除，底部不会出现二次根坎。

［1］张志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程师手册［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］杨琳，史雅语，梁锡武.预留岩墙的深孔控制爆破开挖技术［J］.工程爆破，2010，16(4):30-32.

［3］汪旭光，郑炳旭，张正忠，等.爆破手册［M］.北京:冶金工业出版社，2010.

［4］刘运通，高文学，刘宏刚.现代公路工程爆破［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］刘慧，张志毅，邓志勇，等.敏感地区大量石方爆破的安全控制技术［C］//中国爆破新技术.北京:冶金工业出版社，2004:263-267.

［6］顾毅成，史雅语，金骥良.工程爆破安全［M］.合肥:中国科学技术大学出版社，2009.

［7］章征成，唐红平，余飞翔，等.复杂环境下高边坡控制爆破［J］.工程爆破，2014(1):22-25.

［8］于亚伦.工程爆破理论与技术［M］.北京:冶金工业出版社，2004.