中风化泥岩质路基控制爆破技术与经济性研究

文｜中交第二航务工程局有限公司昆明分公司 沈庆娥 黄佳 李江红 朱家虎

0 引言

在市政工程施工中，受周边环境条件的影响，岩质路堑开挖采用机械开挖，虽然安全，但效率非常低下，成本也比较高。但采用爆破施工时，由于爆破振动、飞石的影响，极易对周边建筑物造成影响和安全隐患，且对层状中风化泥岩采用爆破开挖时，爆破效果受层间裂隙影响，选择方案不合理也会增加成本和影响功效。因此，在层状中风化泥岩地质条件下采用何种施工方案最合理是非常有必要探讨的。本文主要针对施工成本、爆破施工参数等进行研究，以保障施工安全和避免对周边建（构）筑物的影响，同时提高功效，节约工期和成本。

1 概述

1.1 工程概况

马关县广环路西段高速连接线道路是马关快速进出县城的主要通道，属于城市主干道。道路位于城市郊区，呈东西走向，东起逢春大道K0+000处，有雨污水管、电力管线、通信管线等地下管线；西至文马高速收费站广场，道路周边毗邻逢春体育馆（中型）、亚龙商业地产3期（层高的6层）及马关县第二人民医院；道路中部与市政道路盛平街同时在建。路基挖方近70万方，其中挖石方占90%，最大开挖高度28m，主要为层状中风化泥岩。其中建筑物距离爆破施工区域最近点仅为20m，施工环境较为复杂。

1.2 地质条件

中风化泥岩呈黑褐、褐灰色，砂泥质结构，显水平层理。岩芯呈短长柱状，局部呈碎块状，RQD平均值73%，敲击声清脆，岩石抗压强度平均值frk为8.75MPa，属软岩类，岩石为层状，岩体基本质量等级为Ⅴ类。钻探过程中，干钻难钻进，加水稍易钻进，岩芯呈柱状、长柱状，岩石坚硬程度分类为较硬岩，岩石质量指标RQD值约为60，分类为较差，该层未揭穿，揭露厚度11.50～38.00米，平均18.63米，层顶埋深0.00～3.80米，全场区分布。未裸露或者扰动时强度较硬，遇水崩解、软化。

2 爆破方案设计

由于周边环境复杂，为避免开挖爆破震动对周边建筑物、地下管线等造成影响，飞石不会对周围的建筑人员造成安全隐患，同时，为节约工期及成本，提高爆破功效，开挖爆破采用控制爆破（以松动为主，控制飞石和爆破振动），本研究主要通过优化炮孔间距、深度、装药量、装药方式等施工参数，检测爆破振动参数、飞石距离等参数，最安全、最高效、最优化的爆破方案。

2.1 炮孔设计

炮孔设计主要包括炮孔直径、炮孔间距、炮孔深度等，经验和相关公式进行计算，其炮孔布置示意如图1所示。

（1）根据以往施工经验，综合施工效率最高的是炮孔采用古河HCR9-DS钻机，孔径d为90mm，采用垂直钻孔（因岩层呈水平状，水平造孔可以较少飞石），孔深不大于9m。

（2）炮孔间距设计根据炮孔直径取a=（35～45）d，即a=3m～4m，排距取b=（0.8～1.0）a，采用梅花状布置。

（3）炮孔深度随地形变化而变化，采用分层爆破施工，根据试爆结果，当炮孔深度不大于6m时，底层超深平均取0.7m，当炮孔深度为6～9m时，底层超深平均取1.3m。

2.2 装药设计

图1 炮孔布置示意图

图2 装药结构示意图

图3 起爆网路示意图

炸药采用二号岩石乳化炸药，药卷直径φ=70mm，每卷长0.5m，重2kg，采用不耦合装药。根据《建筑施工计算手册》中Q=qW3e、Q=R3(v/Kc)3/α等公式进行装药量计算，并结合以往施工经验进行调整，严格控制爆破振动和飞石距离，其装药结构如图2。

当炮孔深度小于6m时，采用连续装药，当炮孔深度大于6m时，采用分层装药，层间间隔0.5m～1m。

当炮孔深度6m＜h≤9m时，取孔深h=9m，层间间隔0.5m，装药长度l=9-0.5-3=5.5m，则单孔最大装药量Q=5.5/0.5*2=22kg；

当炮孔深度h≤6m时，取孔深h=6m，装药长度l=6-6/3=4m，则单孔最大装药量Q=4/0.5*2=16kg。

表1：不同爆破参数下爆破效果统计表

2.3 起爆设计

本工程采用露天深孔爆破，根据《爆破安全规程》（GB6722-2014），爆破振动安全取10Hz＜f≤50Hz，结合周边环境，确定允许最大质点速度为3.5cm/s，根据公式Q=R3(v/Kc)3/α，取R=30m，Kc=50，α=1.67，确定最大一次齐爆药量为Q=124.2kg，开挖爆破需采用毫秒微差起爆。

起爆网路设计：采用微差起爆时，每个炮孔内采用10段毫秒导爆雷管，炮孔外及排间均采用5段毫秒雷管连接。当炮孔深度为9m，分层装药时，一次齐爆炮孔数不得大于5个；当炮孔深度为6m，连续装药时，一次齐爆炮孔数不得大于7个。起爆网路设计示意如图3所示。

3 爆破效果分析

3.1 爆破效果对比分析

为达到理想爆破效果，严格控制装药量、爆破振动和飞石距离等，然后调整相关爆破参数，最终形成合理爆破方案。研究按每次30个炮孔，6孔/排，布置5排为一组进行试验，其参数及爆破效果统计见表1。

通过试爆及爆破参数调整对比分析爆破效果可知：

（1）当炮孔间距及排距一致时，采用6m深炮孔连续装药或采用9m深炮孔分层装药，爆破效果均差别不大，在采用微差爆破严格控制爆破振动对周边建筑物的影响下，为节约工期，采用9m深炮孔分层装药爆破较为合理。

（2）随着炮孔间距及排距的变化，当炮孔取间距a=4m，排距b=3.2m时，爆破效果较为理想，且炸药单耗较低，既能满足开挖要求，又节约成本。

3.2 经济性分析

中风化泥岩在施工工艺上还可采用液压锤破碎工艺，现针对液压锤破碎与控制爆破两种施工工艺进行经济性对比分析。因《云南省市政工程消耗量定额》（DBJ 53/T-59-2013)无液压锤破碎定额，故该项定额套用工艺与施工环境相近的《云南省建设工程综合单价计价标准（城市地下综合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018），控制爆破采用《云南省市政工程消耗量定额》（DBJ 53/T-59-2013）。套用2019年2月材料价格，调整基期价格。中风化泥岩岩体基本质量等级为Ⅴ类，在《云南省建设工程综合单价计价标准（城市地下综合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018）、《云南省市政工程消耗量定额》（DBJ 53/T-59-2013）中属于较软岩。因此液压锤破碎、控制爆破定额基期价格分别为：56.39元/m3、52.95元/m3。

根据本项目实际参数对炸药、雷管耗量予以调整后（乳化炸药耗量为0.21kg/m3、非毫秒电雷管耗量为1.18个/m3），控制爆破施工成本可调整为49.68元/m3。

4 结语

通过该项目对市政工程中层状中风化泥岩的开挖爆破技术性与经济性予以试验和研究，可以得知：

（1）市政工程中虽然施工环境复杂，但是采用爆破开挖完全可以避免爆破振动对周边建筑物造成损坏或影响，保障施工安全。

（2）层状中风化泥岩地质选择控制爆破时，当炮孔深度不大于9m时，爆破效果及爆破石方量主要受炮孔间距及排距影响，在相同炮孔间距及排距下，不同炮孔深度炸药单耗相差不大；为节约工期，可采用9m孔深分层装药，既能有效控制炸药用量，同时也可以减小爆破振动对周边环境的影响。

（3）在本项目中中风化泥岩中进行控制爆破时，炸药单耗0.21～0.22kg/m³可满足控制爆破要求。

（4）中风化泥岩施工，采用控制爆破较液压锤破碎施工工艺而言，经济效益较优，施工效率明显较高。