光面爆破控制边坡稳定技术探讨

宫相君　张春峰

摘要：文章介绍了在临近边坡和沟堑、基坑基槽的中深孔爆破中如何进行边坡保护的方法，在设计断面的轮廓线上布置光爆孔，采用光面爆破技术方案，通过控制孔网参数、不耦合装药系数、线装药密度、起爆顺序，实现了开挖边界上的岩体完整及稳定性，对类似工程的开挖爆破设计具有一定的参考价值。

关键词：边坡开挖；光面爆破；岩体完整；边坡稳定；深孔爆破 文献标识码：A

中图分类号：TD235 文章编号：1009-2374（2016）16-0107-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.052

1 概述

当炸药在炮孔内爆炸时，产生的强大冲击波和高压气体猛烈地冲击炮孔四周的岩体，使得周围岩体破碎或开裂，即使采取多段微差爆破，限制一次起爆药量，破坏区的范围也是很大的。许多工程往往要求留下一个完整的永久边坡，因此要求爆破作业尽量减少对边坡岩石的破坏，同时铁路路堑施工中，如果不能保证边坡的稳定性则容易出现滑坡及岩体失稳，会造成危石滚石，危及铁路列车的安全。矿山剥岩中，边坡的稳定性直接影响后续生产的安全和经济效益。为了使爆破开挖的边界尽量与设计轮廓线相符，不出现超挖和欠挖现象，同时也使开挖边界上的岩体尽量保持完整，保持其强度及稳定性，降低爆破地震的危害范围和破坏程度，在临近边坡和沟堑、基坑基槽的中深孔爆破中常用光面控制爆破方法实施边坡保护。影响光面爆破效果的因素很多，包括炮孔间距、直径、岩石的物理力学性质、地质构造、炸药性质、装药结构和不耦合系数等，众多爆破工作者曾对光面爆破技术进行了许多实验研究，但试验与应用还有相当大的差距，光面爆破理论还有不成熟的地方，许多参数的确定有困难，因此该技术必须在实践中去总结。

2 工程概况

新建鞍钢鲅鱼圈钢铁项目铁路专用线范屯编组站路基开挖工程，开挖范围为DK3+940～DK5+320，长1380m，总石方量114525m3，该线路经过地段为低山丘陵区，地形地伏较大，现主要为果园，植被发育，线路中心最大挖深为29.4m，最大堑坡高为34.8m。

地层岩性：（1）粉质黏土：黄褐色，棕红色，坚硬-硬塑状；（2）中细粒黑云母花岗岩，表层为全风化，厚0～5.5m，其下为强风化层，厚0～12m，下伏为弱风化岩体。

工程措施：路堑边坡坡度为1∶0.5～0.75，最上级边坡坡度为1∶1.25。DK4+238～DK5+225路段左右两侧路堑边坡采用光面爆破刷坡，坡脚2m范围内要进行清石整平。其他部位边坡按设计图纸进行开挖。

3 施工方案的选择

根据该区域的地形、地质条件，综合考虑工期、块度、边坡光滑平整稳定性以及爆破飞石、震动对周围环境的影响，确定如下方案：（1）分层开挖，由上至下，分层分台阶由中间向两边。中间采用中深孔爆破开挖，边坡预留缓冲层、光爆层；（2）为了确保边坡的稳定、美观、平整，根据设计要求在特定地段边坡采用光面爆破技术进行开挖；（3）主要设备为CM351钻机和ROCD7钻机。

4 爆破参数设计

4.1 光爆参数设计

4.1.1 炮孔直径D：光面爆破炮孔直径的确定直接关系到光爆施工的效率与成本，是决定光面爆破抵抗线和炮孔间距的依据，综合考虑工程岩石特性、现场机械设备及工程具体要求等实际情况取炮孔直径D=90mm。

4.1.2 光面爆破抵抗线W光光面爆破抵抗线是指光爆层厚度。

W光=KD

式中：

K——计算系数，取K=15～25

W光=1.8～2.0m

4.1.3 孔距a：

a=mW光

式中：

m——炮孔密集系数，取m=0.5～0.8

a=1～1.2m

4.1.4 超深△h=（10～20）D，取△h=1m

4.1.5 线装药密度q：装药密度过大，会破坏炮孔的孔壁，线装药密度过小，炮孔间裂隙不贯通，岩壁表面留下岩坎难以开挖，坡面不平整造成欠挖。取q光=0.7kg/m并根据试炮结果进行调整。为了克服炮孔底部的夹制作用，底部必须加大装药量。q底=（1.2～2.0）q光，在光爆孔底部1.5m为加强装药q底=1.1kg/m。

4.1.6 装药直径Φ=32，不耦合系数2.8。

4.1.7 填塞长度△L=1.5m

4.2 主爆孔爆破参数

孔径D=90mm

孔距a=3.0～3.5m

超深△h=（10～20）D，取1m

排距b=2.5～3.0m

单耗q=0.4～0.5kg/m3，并根据试炮结果进行调整

4.3 缓冲孔爆破参数

W底=2.0m

孔距a=2.5m

排距b=2.0m

超深△h=1m

药量较主爆孔减少40%～60%。

5 装药结构设计

炸药品种可以用2#岩石炸药、乳化炸药和粉状乳化炸药。

5.1 主爆孔装药结构

可根据炮孔深度采用连续装药和分层装药，采用分层装药时，层间隔为1.0～1.5m。单孔药量计算Q=q·a·b·L。

5.2 光爆孔装药结构

装药采用直径32mm的岩石炸药或乳化炸药，按照线装药密度均匀地绑在竹片上，然后用导爆索拉直，紧靠药卷绑牢，竹片要长于孔深至少30cm。

5.3 缓冲孔装药结构

采用Φ70mm药卷，分三层装药，从下至上依次减少数量。

5.4 填塞

合理的堵塞长度和良好的堵塞质量，对改善爆破效果和提高炸药利用率具有重要作用，合理的堵塞长度能降低爆破气体能量损失和尽可能增加钻孔装药量，堵塞长度△L=（20～40）D，分段装药时，间隔填塞长度为1.5～2.0m。填塞料一般用钻屑粗砂，有水时可有细石子。光爆孔的填塞先用纸团送入孔内，防止回填物下落至光爆孔内，然后用钻屑回填，并分层捣实，填塞高度1.5m。

6 起爆网络设计

选择电容式起爆器，主爆孔和缓冲孔采用塑料导爆管非电雷管，孔内外结合的毫秒延时网路，孔内用10段雷管，孔外用3段雷管连接。光爆孔采用导爆索非电起爆系统同时起爆。起爆顺序依次为主爆孔、缓冲孔、光爆孔。光爆孔滞后主爆孔起爆，按所处位置计算安全允许起爆间隔时间不小于75ms。

7 爆破安全计算

7.1 最大一段齐爆药量

最大一段齐爆药量Qmax：

Qmax=R3（V/K）3/α

式中：

V——地面质点峰值震动速度，cm/s

R——计算点到爆源的距离，m

K、α——与爆破点至计算点之间的地形地质条件有关的系数和衰减指数，K=160，α=1.8

距离爆孔中心50m外最大一段起爆药量：

Qmax=503（5/160）3/1.8=387kg

7.2 个别飞石安全距离

R=KD

式中：

D——炮孔直径，cm

K——安全系数取K=16

R=16×9=144m

爆破安全规程中规定，露天中深孔爆破，最小安全距离不小于200m。考虑到安全警戒范围定为200m。

8 爆破安全技术措施

（1）当钻孔通过不良地质段时，如软硬岩石处、裂缝处、溶洞处等，最易造成偏帮溜眼，从而改变了钻孔角度和钻孔方向，造成抵抗线的变化，钻机操作手必须经常检查；（2）在钻孔中不仅要做到“对位准、方向正、角度精”，而且要不断提高钻孔技术水平，在钻孔过程中，经常检查钻机架设牢固性、钻孔角度和方向的准确性，同时要根据岩石不同性质进行钻孔工作，以保证钻孔精度；（3）装药前对炮孔进行检查，特别是最小抵抗线的检查，要根据实际情况进行药量调整。注意断层、软弱层、裂隙的存在，这些位置适当减少药量，并在相应位置进行覆盖处理；（4）严格按设计进行装药：按Qmax=R3（V/K）3/α控制单响最大药量。起爆药包的位置在装药部位的1/4和3/4两处，装药时速度要慢，发现堵塞，在未装入起爆药包和雷管前，可用非金属杆处理，装入起爆药包后，不应用任何工具处理；（5）炮孔有水时采用高压风吹或装乳化炸药，装药速度不宜过快，乳化炸药装入前要顺直，保证炸药深入孔底；（6）起爆药包放入孔内时雷管的脚线要顺直，轻轻拉紧，贴在孔壁一边，防止脚线掉入孔内；（7）光爆孔装药时，连接两个竹片要绑扎牢固，避免脱节，导爆索搭接长度不小于20cm，防止装药在孔内扭转；（8）保证填塞长度和填塞质量，填塞长度严格按设计进行，填塞料用黄土分层捣实，有水时填塞料用细砂。填料要慢慢放入孔内，不得有碎石和易燃料，填塞防止悬空，防止破坏导爆管；（9）网路的敷设严格按设计进行。网路摆放清晰、有条理，避免对导爆管砸、拉、折等，孔内不得有接头。光爆孔采用导爆索串联网络，光瀑孔滞后主爆孔起爆，间隔时间不小于75ms；（10）在距离建筑物较近处实施爆破时，除对爆体进行覆盖防护外，还要对建筑物的相应部位进行保护；（11）装药时，爆区周围设立警戒标志，严禁无关人员进入，爆区严禁烟火，严禁携带爆材离开现场；（12）爆破前要加强警戒，由于周围有住户，在爆破前提前通知，防止对构筑物及人员伤害。爆破警戒范围不小于200m。

9 爆破效果

在鲅鱼圈铁路专用线路基开挖工程中，路堑边坡采用光面爆破法施工后，所有光爆部位沿光爆炮孔连线方向切开，坚硬的孔口无破坏，半孔率达到70%以上，基岩稳定平整。同时有效控制了超挖欠挖现象，也有效控制了爆破地震效应及飞石对周围环境的影响，按时完成工期。

10 结语

在临近边坡和沟堑、基坑基槽的边坡采用光面爆破技术方案，可以做到既保证周围环境的安全，又可以取得良好的效果，体会如下：（1）爆破参数的设计要根据现场环境、地形地质条件确定；（2）严格控制钻孔的质量，钻孔操作手必须熟练操作钻机，孔位、孔深、角度必须符合设计要求；（3）试爆必须提前进行，根据试爆结果调整爆破参数、光爆层厚度、缓冲层厚度及延期时间。实践证明，只要按照以上要点精心施工，采用光面爆破法控制边坡稳定可以取得满意的效果。

参考文献

[1] 汪旭光.爆破手册[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2] 刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[3] 爆破安全规程（GB6722-2003）[S].北京：中国标准出版社，2003.