高速公路改扩建石质高边坡爆破方案比选

史 军 锋

(中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000)



高速公路改扩建石质高边坡爆破方案比选

史 军 锋

(中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000)

结合某高速公路改扩建项目——石质高边坡的现场实况，提出了液压劈裂法、膨胀剂法、火工材料法等几种爆破方案，并对不同爆破方法进行了优劣分析，最终选取了液压劈裂法爆破施工方案，同时根据方案确定了安全控制措施，保证了工程的顺利进行。

高速公路，改扩建工程，石质边坡，爆破方案

0 引言

该段高速公路为双向四车道，是国家高速公路网的重要组成部分。随着国内经济的高速发展，现有高速公路车流量急剧增加。据统计全年平均交通量达16 000辆/d，车辆拥堵日益显现，愈来愈不能满足高速公路新的发展需求，制约了当地及国家的高速发展。现有高速公路的扩建势在必行。鉴于该高速公路在公路网中的重要地位，高速公路扩建要求边运营边施工。靠近高速公路石质高边坡施工，必须在无任何石块掉落在高速公路的前提下，保证交通通畅和行车安全，快速高效的完成施工任务。因此石质高边坡爆破施工是高速公路改扩建施工控制的难点，项目进度控制的重点。选用科学合理的施工方案显得十分重要。

1 工程概况

本段高速路采用两侧拼宽的形式，以双向八车道高速公路标准建设。高速公路区域主要表现为溶蚀峰丛地貌，高山峰连绵起伏，高耸、陡峻，山体大部分基岩裸露，坡度较陡，多为悬崖绝壁。岩体溶蚀现象比较严重，多发育溶洞，局部出露基岩有渗水现象。该地貌单元内植被多为生长于石缝中的杂草、灌木等，山体顶部或表层覆盖层微薄。

该段边坡为岩质边坡，边坡长约165 m，高约35 m，地层岩性为中风化～强风化白云质灰岩，岩层产状为121°∠38°，岩体完整性较差，节理比较发育，主要节理有两组：121°∠80°，72°∠84°，结构面为硬性结构面，主要为碎屑充填(见图1)。坡体表面覆盖薄层残坡积物，植被覆盖较好。坡脚高速公路走向为25°，与路堑边坡走向基本一致。该边坡坡脚开挖形成高约12 m的高陡临空面，坡面采用喷混凝土加固。边坡附近有村庄、工厂、加油站、民用军用地下管线分布区、高压铁塔等，施工场地周边环境复杂。

依照公路扩建边坡施工设计断面图(见图2)，工后边坡为三级削坡，一级和二级坡率为1∶0.5，三级坡率为1∶0.75，平台宽度为0.6 m，平台设排水沟。

该段边坡主要受控于硬性结构面，受结构面控制施工过程中易发生临空侧局部岩体坠落、崩塌，边坡施工安全总体风险评估为等级Ⅲ(高度风险)。

2 施工方案比选

2.1 修建施工临时便道及施工作业面

高边坡施工必须从上而下，逐层施工。首先需要修建一条便道通往山顶，满足施工设备进入施工点，清理山表植被、树木以及山表松动岩体，同时为人员设备提供施工作业面。根据现场实地勘察，可从山脚，沿山体修建一条施工便道(见图1)。便道宽度不小于4 m，保证车辆运输安全。

2.2 常用石质边坡爆破优缺点

1)普通火工用品材料爆破。普通火工材料爆破即传统的利用雷管和炸药进行爆破施工。我们国家对炸药、雷管的使用有严格的审批程序和使用、储存管理制度。爆破施工时产生飞石、飞渣严重威胁到高速行车安全，有时甚至对周围建筑物产生震裂等破坏。爆破过程还会伴有震动、噪声、扬尘以及冲击波，对周围环境和山体稳定性影响大。

2)静态爆破。

a.膨胀剂法。膨胀剂法就是在需要破碎的岩层上钻孔，钻孔排距应根据岩层的强度设置。然后在钻孔中灌入膨胀剂材料，经产生的膨胀力使岩体产生裂纹，最终使岩体破裂。膨胀剂法施工不会产生震动、飞石、噪声、毒气等，相对施工安全，对周围环境影响小。爆破材料运输、储存方便安全，无需办理审批手续。但膨胀剂施工钻孔时，要有一凌空面，钻孔应与凌空面平行设置，以便膨胀剂膨胀后膨胀力释放将岩层胀裂。

膨胀剂法施工一般将膨胀剂灌入钻孔中后经过3 h～24 h以上产生的膨胀力才可能将岩层产生裂纹，施工效率低。

b.液压劈裂法。液压劈裂法是针对岩石抗压强度大，但抗拉强度小的特性，利用楔块劈裂岩体的原理作业。其主要设备分两部分：高压液压站和劈裂枪。根据岩石的凌空面，合理设置劈裂点、钻孔、插入劈裂枪，将输油管接入各劈裂枪的油缸，启动高压油站推动活塞使劈裂器向外扩张，将岩石劈裂。

液压劈裂法的工作原理简单，施工设备便宜、易于操作。设备循环利用，施工成本低。一般数十秒就可将岩石劈裂，施工效率较高。液压劈裂法施工不会产生飞石、粉尘、冲击波等，无需设置复杂的安全防护措施，同时不会产生很大震动和噪声，相对施工安全、对周围环境影响小。液压劈裂施工，也必须预先处理出一凌空面，给劈裂施工时劈裂力一释放地，才容易将岩石劈裂分离。

c.二氧化碳爆破。二氧化碳爆破即是利用液态的二氧化碳向气态转换，体积迅速膨胀起爆的物理膨胀技术。我们都知道气态的二氧化碳经过高压、低温压缩后转变成液态的二氧化碳。利用高压泵将液态的二氧化碳压入一种专用设备——高压爆破筒。爆破筒内装有导热棒、破裂片、密封圈、点火电路组件等装置。现场实施爆破时将装有液态二氧化碳的爆破筒放入预先钻好的孔中固定，接通电源后，微电流通过导热棒，瞬间将液态二氧化碳气化，释放高压气体能量，破坏岩石等媒介目标。二氧化碳爆破技术由于二氧化碳的化学性质稳定，有效的控制了爆破火花产生，多用于高瓦斯地下工程的爆破。

二氧化碳爆破筒可回收重复利用，相比炸药爆破，成本较低。施工效率较静态爆破中的膨胀剂法高。二氧化碳爆破属于物理爆破，其运输、储存和使用不用审批，施工相对方便安全。爆破飞石、扬尘、噪声较普通炸药爆破也要小，且爆破产生的地震波小，对周围环境及岩体整体性破坏低。但爆破能量有限，现场施工对炮眼的质量要求比较高。

2.3 爆破方案比选

该高速公路改扩建项目在边营运边施工的状态下，石质高边坡施工，要确保行车的安全、通畅。在施工过程中必须无任何石块掉落在高速公路上，同时要保证对边坡原岩石的扰动最小，保证边坡的稳定。石质高边坡作为施工控制的重难点，依据现场实际情况对各种爆破方法进行对比(见表1)，有针对性选用最具有操作性、安全可控的方法作为实施方案。

表1 各种方法优劣对比

经以上各种方法对比，结合现场风险控制的重点，选用液压劈裂法作为高边坡爆破施工的最终方案。液压劈裂法一般将岩体、石块直接劈开一道裂缝，需要炮锤式挖掘机二次解小、破碎后装车、运出。

3 安全控制措施

该段石质边坡较高、陡，岩体完整性较差。边坡岩石液压爆破、用炮锤式挖机二次解小、装车过程中，块石滚落的风险性很大，严重危及到路上高速行驶车辆的安全。为防止石块滚落入车道，必须设置主动防护设施，并纳入现场的施工管理。边坡开挖必须由上而下逐层施工，并采取分级防护。在老路各级平台上距平台外边缘50 cm处上设置高4.5 m的20A型工字钢立柱，立柱埋深1.5 m，纵向间距为2.0 m，立柱间铺挂10 cm×10 cm钢丝防护网；在原高速公路边沟内靠近硬路肩处设置高3.5 m的20A型工字钢立柱，立柱埋深1.5 m，纵向间距为2.0 m，立柱外侧(靠路基侧)采用彩钢瓦进行围挡，内侧(靠边坡侧)铺挂10 cm×10 cm钢丝防护网。在硬路肩上堆码2 m～3 m高的沙包，拦截碎石滚入车道，充分保证施工过程中行车安全。

4 结语

随着我国经济的高速发展，高速公路改扩建项目越来越多，石质高边坡施工也在所难免。本文根据本段石质高边坡现场客观情况，对常用的几种爆破方法进行对比分析，综合考虑安全、进度、成本、环保，选定一种切合现场施工实际和作业环境要求的爆破施工方法，并通过现场施工情况验证其爆破效果。在实践中总结、积累相关技术经验，为类似的改扩建工程石质高边坡施工提供借鉴。

[1] 沙云燕,王庆敏,叶瑜娟.液压劈裂机在公路工程中的应用[J].城乡建设,2012(28)：30-32.

[2] 李海斌,温剑启,张 莹.柳南高速公路改扩建石质高边坡施工方案浅析[J].西部交通科技,2014(6)：21-22.

[3] 王 军,肖永胜.用二氧化碳爆破开采某石灰石矿的大理石材[J].现代矿业,2015(6)：96-98.

Comparison of rock slope blasting schemes in highway reconstruction and extension

Shi Junfeng

(ChinaCommunication2ndAirlineBureau4thEngineeringCo.,Ltd,Wuhu241000,China)

Combining with the high rock slope field conditions of the highway reconstruction and extension project, puts forward several blasting schemes including hydraulic thunderclap method, expanding agent method and refractory material method, analyzes their merits and defects, selects hydraulic thunderclap construction scheme, finally determines safe control measures, so as to guarantee the engineering operation smooth.

highway, reconstruction and extension project, rock slope, blasting scheme

1009-6825(2016)18-0125-02

2016-04-19

史军锋(1980- )，男，工程师

U416.14

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