高速公路既有线扩堑深孔水压爆破技术的应用

黄梦昌，文昌盛，周富华，牛红梅

(广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)



高速公路既有线扩堑深孔水压爆破技术的应用

黄梦昌，文昌盛，周富华，牛红梅

(广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)

高速公路改扩建工程扩堑石方爆破需对爆破振动、爆破飞石、滚石进行严格控制，保证既有公路正常通行，施工难度较大。文章依托桂海高速公路改扩建工程，采用了高陡边坡无预留隔墙、无钢管排架防护的深孔水压爆破技术，实现了爆破的岩石松动破碎而不飞散，确保了既有线公路的行车安全及交通通畅。

高速公路既有线；改扩建工程；扩堑；深孔水压爆破；交通通畅

0 引言

随着广西区域经济的快速发展，人流、物流骤增，部分高速公路需扩堑开挖进行路基拓宽，以提高通行能力。扩堑石方爆破开挖施工进度快、成本低，但由于高能量、强冲击作用也带来一些安全灾害效应如飞石、地震波、损伤稳定边坡岩体等，同时爆破作业必须确保既有线的行车安全及交通通畅、公路附属设施的安全，施工难度大增。

目前，针对复杂条件下高速公路既有线扩堑爆破施工中的安全控制技术，尚在发展探索中。本文通过桂海高速公路改扩建工程高陡边坡扩堑爆破开挖实践，介绍深孔水压爆破技术的应用情况。

1 工程概况

桂海高速公路改扩建工程划分为两个项目实施，分别为桂林至南宁高速公路改扩建工程和沿海高速公路改扩建工程，改扩建方式以两侧拼宽为主，局部路段单侧拼宽。沿线路堑总开挖高度为12～40 m，分2～5层，每层台阶高度为6～8 m，扩堑开挖宽度约8～24 m。边坡设计坡比为1∶0.3。典型开挖断面见图1。

图1 典型路堑开挖断面图

改扩建跨越区段长、开挖边坡高陡，既有线行车密度大、车速快、影响广，爆破作业需确保安全施工，满足“边施工、边通车、不堵车”的要求。

2 扩堑爆破总体思路

本工程扩堑石方控制爆破的基本要求如下：

(1)满足“边施工、边通车、不堵车”的要求，确保高速公路既有线及公路附属设施的安全。因此需严格控制爆破飞石、爆碴坍落方向，防止爆碴坍落时损坏既有高速公路及其附属设施；

(2)确保周边建(构)筑物的安全。因此需尽可能控制爆破震动、爆破飞石等爆破灾害效应；

(3)提高爆后边坡的质量，确保边坡稳定，避免次生地质灾害；

(4)控制大块率，便于施工工序的衔接，提高生产效率。因此需合理布置爆破参数，减小大块率，便于下阶段的机械挖方和路基填筑作业。

针对高速公路改扩建扩堑施工要求，采取控制爆破技术组织施工。路堑主爆区通过改变临空面，使起爆方向平行于高速公路方向，控制爆破飞石与爆碴抛出方向；采用逐孔起爆网络，降低单响药量，控制爆破震动与爆破飞石对爆区周边民房、边坡、桥涵等建(构)筑物的影响；路堑边坡采用光面、预裂爆破技术控制边坡成形；通过爆破试验以及施工信息反馈，优化爆破参数及装药结构，减小大块率。

经研究，主爆区采用深孔水压松动控制爆破法，边坡采用光面、预裂爆破技术，按设计台阶高度，自上而下分层爆破的施工方法。

3 深孔水压控制爆破设计与施工

3.1 深孔水压爆破方案

所谓深孔水压爆破，就是往炮孔中注入一定量的水，然后用专用“炮泥”堵塞。水压爆破的特点是利用水作为传能介质，由于水具有不可压缩性、缓冲性和均匀传压的特点，炸药能量比较缓和均匀地作用于围岩上，使围岩破碎得比较均匀。此外还会产生“水楔”效应，更利于岩石破碎，而且水雾有利于降尘[1]。目前国内外水压爆破应用还不广泛，仅中铁十三局一公司研究应用较为深入，但水压爆破在公路扩堑爆破中无疑具有非常可观的应用前景[2]。

深孔水压炸药能量缓冲均匀地作用于围岩，能有效控制爆破灾害效应。因此可以无需预留隔墙抑制飞石、无需侧向钢管排架防护飞石，施工工序得以简化，工效明显提高。施工中通过定制专用的水袋与堵塞用炮泥，完成水压爆破装药与堵塞。

3.2 爆破参数设计

主爆区采用深孔水压松动控制爆破、边坡采用光面爆破，采用间隔装药结构的施工方法。以改扩建高速公路K1248+800～K1255+405段双侧拼宽八车道路基扩堑工点为例，进行爆破设计，典型扩堑工点见图2。

图2 双侧拼宽路基扩堑工点示例图

(1)台阶高度的选定。两处扩堑工点，其中左侧最大开挖高度为12 m，分两层开挖，台阶高度为6 m；右侧开挖高度为24 m，分三层开挖，台阶高度8 m。设计坡比均为1∶0.3。以右侧台阶为例介绍爆破参数的设计。

(2)炮孔直径及钻孔深度的选定。根据现场钻机型号，取钻孔直径D=90 mm。超深Δh=(8～15)D，取Δh=1 m，因此孔深L=9 m。

(3)炮孔布置。主爆区炮孔为垂直炮孔，梅花型布置。取底盘抵抗线W=b=0.3 L=2.7 m，为控制大块率，采用“宽孔距，小排距”，实际选取b=2.4 m，孔距a=3.0 m。

光爆区沿开挖面轮廓线布置密集炮孔，炮孔角度与方向与设计坡率一致。光面爆破最小抵抗线W光即为光爆孔与主爆孔最后一排炮孔之间的光爆层岩体厚度，一般取W光=(10～20)D，取W光=1.5 m；孔深L光=9.4 m，孔距a光=(0.6～0.8)W光，取a光=1.0 m。炮孔布置平面见图3。

图3 深孔水压爆破炮孔布置平面图

(4)炮孔装药量计算。根据爆破试验，取单耗q=0.45 kg/m3，主爆孔单孔装药量Q主=qabL=29.2 kg；光爆孔装药量l光=q光×a光×W光=0.67 kg/m，炮孔底部1 m线装药密度为：3q光=2.0 kg/m。

根据现场爆破实践，深孔水压爆破炮孔装药量比深孔松动控制爆破药量减少约15%～25%，因此可以调整主爆区炮孔装药量为21.9～24.8 kg。

3.3 装药结构及起爆网络

为控制大块率，采用分段间隔装药，将药柱分为两段装入炮孔，药柱之间以特制的水袋隔开，见图4。装药前需核实炮孔孔深，以免炮孔存在堵塞，孔深减小，未疏通即装药易造成冲孔、飞石事故。合理利用炮棍(宜作刻度标记)，掌握和控制装药长度、装药部位。

图4 水压爆破装药堵塞示意图

主爆区采用逐孔起爆网络，孔内MS11导爆管雷管起爆，孔外用MS3导爆管雷管接力，排间用MS7导爆管雷管接力。光爆孔孔内采用导爆索起爆，光爆孔与主爆区最后一个炮孔用两发MS5导爆管雷管连接，滞后齐发起爆，见图5。

图5 逐孔起爆网络图

3.4 安全防护措施

对爆区进行“炮被”覆盖，“炮被”采用废旧汽车轮胎片(每片大小约5 cm×10 cm)用钢丝绳编织而成，人工覆盖，覆盖后各片之间再互相用钢丝绳拴接成一个整体防护被。“炮被”覆盖完毕后，在炮孔口堆放1～2个砂土袋。从后爆破孔开始覆盖，覆盖时注意不要拖拉“炮被”及砂土袋，避免扯断孔外连接导爆管雷管，保证起爆网路的完好。防护用“炮被”见下页图6。

图6 防护用“炮被”示例图

由于取消了预留岩墙对于爆破飞石的侧向保护，为保护既有高速公路及其附属设施的安全，在爆区影响范围内的既有线路面铺设一层地毯，地毯上铺设一层砂土袋，起到对飞石、爆碴的缓冲作用。在扩堑工点边坡处设置砂土袋挡墙，防止滚石落入行车道。砂土袋挡墙沿高速公路既有线方向码砌，高2.0 m，上宽1.5～2.0 m，下宽2.0～2.5 m，挡墙长度以爆区长度为准[3]。

4 爆破效果分析

(1)实际炸药用量。本扩堑工程地质条件下，相比深孔松动控制爆破，深孔水压爆破实际单位用药量要小，节省炸药量约15%～25%。

(2)爆破振动与爆破飞石。由于水压爆破炮孔装药量偏小、逐孔起爆，所以爆破振动得以有效控制，处于安全允许范围内，对周围建(构)筑物不构成损坏。以一扩堑工点为例，爆区30 m外民房处房角进行爆破振动监测，监测结果见图7。个别飞散物被控制在20 m范围以内，爆破时有部分滚石、爆碴翻滚至侧方既有线路面，但均能在规定时间内清理完毕，满足交通管制的要求。

图7 爆破振动波形图(扩堑工点30 m外民房处)

(3)安全防护效果。通过采取合理的爆破参数、提高施工质量等主动措施，结合爆区“炮被”覆盖防护、路侧砂袋挡墙防护及路面砂袋层缓冲防护等被动措施，取得了良好的安全防护效果，确保了既有线路的正常安全运营。

相比常规爆破技术，实现了无侧向钢管排架防护、无预留隔墙防护，用作防护的“炮被”与砂土袋，爆后易清理且可回收使用，因而节省了大量的人力、财力，提高了施工效率，节省了施工成本。

(4)边坡成形效果。光面爆破后，开挖边坡上半孔率达85%以上，开挖坡面平整、美观，超欠挖引起的开挖面凹凸起伏差≤15 cm，有效控制了爆破对边坡和围岩的损伤，形成了平整、美观的开挖边坡。

(5)大块率。爆后岩石破碎较为均匀，大块率较低，二次破碎工作量较小，能满足下阶段机械挖方和路基填筑作业的顺利衔接。

(6)粉尘浓度。由于采用水压爆破方式，现场粉尘浓度大大降低，实现了文明施工。

5 结语

通过以上爆破技术及安全防护措施的采用，实现了高速公路既有线扩堑工程的安全施工，达到了“零伤亡、无较大损坏”的生产目标，满足了既有高速公路交通正常运营的要求。

本扩堑工程实现了无预留隔墙防护、无侧向钢管排架防护，极大地提高了施工效率，同时水压爆破炸药用量减少约15%～25%，粉尘浓度大为降低，相比其他常用爆破方法，经济效果与环保效果明显。

[1]孙 英.高速公路高边坡大方量扩堑深孔水压爆破技术[J].工程爆破，2010(3)：25-28.

[2]李海龙.既有高速公路高边坡路堑扩堑爆破开挖技术研究[D].吉林：吉林大学，2012.

[3]何国敏，周应军，安玉东，等.邻近既有线土石方控制爆破技术[J].爆破，2013(6)：110-114.

Application of Deep-hole Hydraulic Blasting Technology in Cutting Slope Expansion of Existing Expressway Lines

HUANG Meng-chang，WEN Chang-sheng，ZHOU Fu-hua，NIU Hong-mei

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

The cutting-slope expansion stonework blasting of expressway reconstruction and expansion project requires the strict control for blasting vibration，blasting flying-stone，and rolling rock，to ensure the normal traffic of existing highways，thus it has large construction difficulty.Relying on Guihai Expre-ssway reconstruction and expansion project，this article adopted the deep-hole hydraulic blasting tech-nology without reserved partition wall and without steel-pipe bent protection at high and steep slopes，it realized that the blasting rock is broken and loose without scattering，and ensured the safe and smooth traffic of existing expressway lines.

Existing expressway lines；Reconstruction and expansion project；Cutting slope expansion；Deep-hole hydraulic blasting；Smooth traffic

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.001

1673-4874(2016)09-0001-04

2016-05-10

黄梦昌(1988—)，工程师，主要从事公路工程爆破及课题研究工作；

文昌盛(1982—)，工程师，主要从事公路安全方面的研究工作；

周富华(1970—)，教授级高工，主要从事公路岩土工程设计与施工工作；

牛红梅(1981—)，工程师，主要从事地质灾害危险性评估及课题研究工作。

2014年度广西交通运输科技项目“广西高速公路既有线扩堑石方控制爆破安全技术研究”(桂交科教发〔2014〕48号)