预裂（光面）爆破工艺在构造碎裂岩地层中的控制

李育

摘 要：深圳地铁12号线赤湾停车场场坪工程构造碎裂岩地层采用预裂爆破控制坡面平整度。本文阐述了预裂爆破的工艺特点、设计参数优化及施工控制要点，并对效果进行分析评价和总结提升，这对后续同类型工程具有借鉴和推广作用。

关键词：预裂爆破;构造碎裂岩;地铁停车场;场坪工程

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）32-0147-04

Control of Pre-cracking（Glossy） blasting Process in Structural

Fractured Rock Formation

LI Yu

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410004）

Abstract： Pre-splitting blasting is used to control the smoothness of the slope surface in the structural fracture rock formation of the Chiwan parking lot of the Shenzhen Metro Line 12. This paper expounded the process characteristics， optimization of design parameters and construction control points of pre-splitting blasting， and analyzed， evaluated and summarized the effects， which had reference and promotion for subsequent projects of the same type.

Keywords：pre-split blasting;structural fragmentation rock;subway parking lot;changping project

赤灣停车场大库区预裂爆破面积大，且均为构造碎裂岩地层，建基面外露时间长，容易出现危石滚落情况，对库区安全影响大。为减少后期主体结构施工安全隐患，提升项目整体对外形象，项目部结合工程施工情况，选择赤湾停车场大库区预裂爆破施工工艺提升为课题，研究构造碎裂岩地层预裂爆破施工工艺。

1 工程概况

赤湾停车场位于大南山西南角，地处赤湾山公园南麓、赤湾路北侧和兴海大道西北侧。地块基本呈长方形，长约1 050m，最宽处约370m，最窄处约90m。场地地面起伏较大，凹凸不平，地面高程为1.80～22.8m，相对高差为15～21m。停车场用地面积为13.58hm2，边坡治理区域面积为10.52hm2。

本工程爆破按主体结构运用库、咽喉区、U形槽段分别分为B区、A区、C区;爆破开挖范围主要集中在B区（中集集装箱堆场、胜宝旺、扣车场）以及北侧坡脚和港创部分区域;爆破岩石以中、微风化构造碎裂岩为主[1]。西侧区域场地高程在+22.8m左右，预裂爆破区域主要为B区边界线，设计场平标高为4.8m，扩大基础承台顶面标高为4m左右，爆破深度约为16～18.8m;石方爆破总量约为85.0万m3，总工期暂定为458d。

2 工程地质

根据地址勘察结果，本工程所处范围的地层有燕山期花岗岩和构造碎裂岩，其岩性特征分述如下。

2.1 燕山期花岗岩

粗粒花岗岩（地层编号⑧），其主要矿物成分为石英、长石及黑云母等，粗粒花岗结构，块状构造。根据工程地质测绘、钻探揭露野外鉴别及标准贯入试验，其可分为强、中等、微风化三个带。

2.1.1 块状强风化粗粒花岗岩（W3，地层编号⑧2-2）。该花岗岩呈褐黄色、灰褐色，原岩结构清晰，原岩矿物除石英外，基本已风化，岩芯呈半岩半土状，局部夹有较多中等风化岩块，手掰不易断，锤击易碎。该花岗岩属软岩～较软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ类，属Ⅳ级软石。

2.1.2 中等风化粗粒花岗岩（W2，地层编号⑧3）。这种花岗岩呈褐黄色，粗粒结构，块状构造，岩石风化裂隙发育，岩芯呈碎块状、短柱状，结构部分破坏，锤击声哑，锤击易碎。它属较软岩～较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ类，同时属Ⅴ级次坚石。

2.1.3 微风化粗粒花岗岩（W1，地层编号⑧4）。该花岗岩呈肉红色、灰白色和青灰色，粗粒结构，块状构造，岩石风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状～长柱状，结构基本未变，锤击声脆，难击碎，需要运用金刚石钻进。岩石属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ类，属Ⅵ级坚石。

2.2 构造岩（地层编号？）

这种岩石呈灰绿、褐黄、紫红等色。岩石呈土状～块碎石镶嵌状，强度不均一。构造破碎带中的构造岩受构造挤压强烈，部分矿物已定向排列，岩石多呈压碎构造，部分已角砾岩化或糜棱岩化，岩芯多呈碎块状，部分呈豆渣状夹碎块状。具有蚀变现象，具体表现为绿泥石化现象显著。在构造带附近，岩石裂隙极其发育，风化加剧，基岩风化界面埋深加深，岩芯多呈碎块状、块状，少数呈短柱状。按风化程度，其可以分为强、中等、微风化三带。

2.2.1 强风化碎裂岩（地层编号？2）。灰白色、浅灰绿等色，风化强烈，岩石具碎裂～碎斑结构，构造裂隙极发育，裂隙面被方解石、绿泥石、铁质重胶结或充填，部分矿物肉眼难辨，局部尚可见断层擦痕，岩芯多呈坚硬土状、土夹碎块状或块状，干钻困难。岩体基本质量等级为Ⅴ类，属Ⅳ软石。

2.2.2 中等风化碎裂岩（地层编号？3）。这种花岗岩呈褐黄、灰绿色。岩石具碎裂～碎斑結构，构造裂隙发育，裂隙面被方解石、绿泥石、铁质重胶结或充填，局部尚可见断层擦痕，岩芯多呈块状、短柱状。岩体基本质量等级为Ⅴ类，属Ⅳ级软石。

2.2.3 微风化碎裂岩（地层编号？4）。该花岗岩呈灰绿色。岩石具碎裂～碎斑结构，构造裂隙发育，裂隙面被方解石、绿泥石、铁质重胶结或充填，局部尚可见断层擦痕，岩芯多呈块状、短柱状。它属较软岩～较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ类，同时属Ⅴ级次坚石。

因此，深圳地铁12号线赤湾停车场工程场坪爆破施工采用预裂爆破工艺，打造完好、平整的爆破建基面，确保后期主体结构施工无重大安全隐患，满足安全施工需求。

3 工艺原理

炸药爆炸对岩体产生了两种效应：一是药卷爆炸瞬时高温高压气体形成的冲击波效应;二是爆炸气体膨胀做功所起的作用[2]。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其周围进行径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连接线的中点上，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸空气的膨胀进一步扩展，形成平整的爆破面。光面爆破是通过选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆破后壁面平整规则，轮廓线符合设计要求，同时减少对围岩扰动，保持围岩稳定的一种控制爆破技术。

4 目标设定

赤湾停车场预裂面外观质量需要达到规范标准，炮孔深度偏差为±2.5%设计深度，坡面平整度偏差小于±15cm，岩面半孔率≥85%，炮孔角度方向≤设计角度（1°），坡面角度偏差≤设计角度（1°），预裂面岩体不产生大的爆破裂隙（≤2mm）。

5 首次预裂爆破设计

5.1 本次爆破的火工品用量、规格及性能

导爆管雷管共120发，即5m30发、7m30发、15m60发（分34个段），孔内采用9段导爆管雷管，孔外连线采用3段导爆管雷管。导爆索长500m。乳化炸药质量为1 152kg，预裂孔装药的药卷直径为32mm/条，其余孔装药的药卷直径为60mm/条）。1个区域1次点火。

5.2 本次爆破孔网参数设计

钻孔直径为90mm;预裂孔间距a为80cm;预裂孔孔深[L=H/sinα+h]（[α]为倾角，h为超深深度）;孔超深h为1.0m;炮孔倾角根据坡比进行调整，坡比为1∶0.3时，倾角为73.3°，坡比1∶0.5时，倾角为63.5°;线装药密度为400g/m，孔底装药加强4倍炸药量;预裂孔与缓冲孔间距为1.5m;堵塞长度为1.5m;钻孔设备为YQ-100B潜孔钻。

6 主要施工工艺流程

6.1 钻孔平台清理

因现场工作面表层土清理完成后存在较多虚渣，故先通过测量进行粗放样，确定钻孔孔位，由挖机+人工沿预裂孔方向清理宽约2.5m的钻孔平台，要求清理至稳定基岩面，便于钻机的架固及钻孔。

6.2 测量布孔

6.2.1 预裂孔放样。当钻孔平台清理完成后，在基岩面进行高程测量、逐孔放样。为保证孔位的精准度，采用全站仪放样，预裂孔间距为80cm，在孔位处由冲击钻打孔进行标记，保证孔位显眼易找。

6.2.2 方向孔放样。在预裂孔孔位放样完成后，在预裂孔钻孔方向前2m左右搭设一排钢管，在钢管上将方向点进行放样并做显眼标记。

6.3 布置钻机

6.3.1 钻机选用。通过现场爆破试验效果，液压潜孔钻不能满足预裂爆破质量效果，最终确定钻机采用100B潜孔钻机，该钻机为全风动钻机，易操作、适用地形较为广泛，钻孔质量良好。缺点是钻孔进度慢。

因为100B钻机使用钢管架固定，所以首先对钻机进行改装，将固定钢管焊接在钻机上下两端，便于后续支架固定。

6.3.2 支架搭设。以3个孔为一组，利用手风钻在预裂孔前后进行钻孔，将竖向钢管固定在钻孔内，调整竖杆的倾角保证垂直;再用横杆将所有竖杆连接成一个整体。设上下两道横杆作为钻机的固定架，必须保证其水平度。

6.3.3 钻机固定。在支架搭设完成后，将钻机固定在横杆上，钻头位置对准预裂孔孔位点、在方向点位置吊铅锤，用坡度尺按设计坡度调整钻机倾角;利用预裂孔孔位点、方向点及设计倾角将钻机固定在支架上，保证支架的稳定性，若稳定性不足可适当增加支架斜撑。

6.4 钻孔

6.4.1 确定参数。在逐孔放样结束后，可根据放样数据确定各孔孔深等参数，爆破设计中将预裂孔逐孔编号，将测量放样数据统计整理，标明每个点的标高及钻孔深度，并制成参数表下发至作业队，作业队根据各孔参数进行钻孔作业。

6.4.1.1 孔径。现场使用100B潜孔钻机，孔径d=90mm。

6.4.1.2 孔深与超深。国内一般梯段爆破超深值为0.5～3.6m，根据现场实际情况取1m，台阶高度H=13m，按1∶0.3或1∶0.5放坡，即倾角[α]=63.4°或73.3°，则孔深[L=H/sinα+1]，即L=15.5m或14.6m。

6.4.1.3 孔距及排距。预裂孔间距a=（8～12）d=72～108cm。类比其他同类工程，现场取值为80cm，主爆孔间排距为4×3.5m。

6.4.2 过程质量控制

钻孔过程中，现场施工人员应严格把控，配合质检人员逐孔校核各项参数;每次加钻杆时校核钻孔的倾角及方向。

当完成一个工作面时，联合爆破班组及钻孔班组现场逐孔验收，若存在深度等不满足设计要求，必须进行细洗孔，直至钻孔达到设计参数要求。

钻孔完成后，孔口需进行封堵，以防雨水砂石由孔口流入，导致孔深不足，重复钻孔。

6.5 装药

6.5.1 准备。装药前需要完成爆破区域钻孔的验孔工作，参照验孔实际参数，确定每个孔的装药量，预裂孔需要提前根据孔深准备相应的竹片，加工后放置于工作面附近，便于装药。

6.5.2 装药。预裂爆破采用不耦合装药，不耦合系数是指预裂孔直径与药卷直径之比，一般为1～4，现场实际不耦合系数为2.8，符合要求。

预裂孔装药前先将药卷及导爆索绑扎在竹片上，再将竹片放入孔内，导爆索外露20～50cm，用于外部联网;绑扎时注意孔底加强装药，一般取线装药密度的4～5倍，顶部2m为减弱段，药量为正常段的0.4～0.5倍。

6.6 联网起爆

6.6.1 联网。预裂爆破采用导爆索起爆网络，预裂孔和主爆孔若在同一网络中起爆，预裂爆破先于相邻主爆孔爆破一个MS9段导爆管起爆。

为控制爆破振动，采用分段延期起爆，降低单位时间内爆炸能量的释放。主要采用合理的分段数、起爆顺序和延期间隔时间，将每段药卷的爆破振动速度控制在安全允许范围内。

在联网完成后，采用钢板（厚度≥3cm）覆盖预裂孔，为预防钢板受先爆药卷爆破影响提前抛出，在钢板上方利用沙袋压实。

6.6.2 起爆。现场覆盖完成后就可开始警戒，控制爆破飞石的安全距离，做好爆破前安全警戒，起爆前20min所有人员撤离警戒范围，起爆前10min所有车辆撤离警戒范围。

警戒到位后开始充电，开始起爆倒计时，爆破完成后由爆破员回现场确认药卷是否全部引爆，确认安全后解除警戒。

7 效果分析及总结

7.1 提升前的预裂爆破效果

7.1.1 存在的问题及原因分析。一是钻孔（方向孔）偏差较大，飘孔情况普遍，基本在3～7°，基岩面破坏严重，平整度不满足要求，未爆至设计标高，坡面无明显裂隙，岩面半孔率为62%。二是20世纪90年代初，蛇口开山爆破过程中，钻孔超深导致爆破区域表面以下1～2m范围内碎裂严重。三是本工程地质情况属于构造碎裂岩，在施工过程中，构造碎裂岩在爆破震动中容易碎裂。评价结论为不合格。

7.1.2 改进措施。一是针对底部炸不起来的措施。提高现场钻孔精度，加大底部装药量。二是针对冲孔采取的措施。炮孔堵塞方式为：炮孔用细石堵塞，孔口用沙袋进行覆盖，沙袋上再用1cm钢板进行覆盖;如果该措施的效果不好，再对炮孔堵塞长度进行调整。三是针对拉裂采取的措施。在预裂孔与主爆孔之间增加一排缓冲孔，缓冲孔间距为1.5m，深度为4m;主爆孔间排距调整为间距×排距=3m×2.5m，对应的主爆孔孔径由现有的115mm调整为90mm;若还出现拉裂情况，靠预裂孔的主爆孔需要进行间隔装药，建议预裂爆破分段进行爆破，4孔/响;每次预裂爆破尾端预留1～2个不进行装药。

7.2 爆破设计调整方案

为了保证后续预裂爆破面平整度良好，暂时规定预裂爆破相关参数如下。

钻孔直径为90mm;预裂孔间距a为80cm;预裂孔孔深[L=H/sinα+h]（[α]为倾角，[h]为超深深度）;孔超深[h]为1.0m;炮孔倾角根据坡比进行调整，当坡比为1∶0.3时，倾角为73.3°，当坡比为1∶0.5时，倾角为63.5°;线装药密度为400g/m，孔底装药加强4倍炸药量;预裂孔与缓冲孔间距为1.5m;堵塞长度为1.5m;钻孔设备为YQ-100B潜孔钻，针对4月8日预裂爆破试验进行爆破设计（主爆孔待预裂爆破后再钻孔爆破）;钻孔直径为90mm，预裂孔间距80为cm（中对中）;关于炮孔倾角，当坡比为1∶0.3时，倾角为73.3°。

线装药密度为400g/m，孔底装药加强3倍炸药量;直径32mm的药卷安装在竹片上的间距为30cm;底部采用1节直径60mm的药卷（单卷长度40cm，单卷重量1.2kg）+3节直径32mm的药卷连续绑扎进行加强（深孔预裂孔底加强为1 500～2 000g/m）。

乳化炸藥规格如下：直径32mm的药卷，单卷长度为20cm，单卷质量为0.2kg;直径60mm的药卷，单卷长度为40cm，单卷质量为1.2kg。堵塞长度为1.5m。钻孔设备为YQ-100B潜孔钻。

提升后的预裂爆破效果如图 1所示。

8 结论

从试验爆破效果来看，爆破钻孔精度控制、装药联网控制是能否实现质量目标的关键，要从爆破设计优化、钻机选用、钻孔班组更换、精确放样和装药联网控制等措施角度不断改进提升。通过工艺提升及现场控制，本工程预裂爆破效果基本满足项目质量目标及安全要求。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.土方与爆破工程施工及验收规范：GB 50201—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程：GB 6722—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.