光面爆破在何家陂水库高边坡开挖中的应用
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【摘要】：针对何家陂水库高边坡工程稳定要求高，超欠挖要求高，安全防护困难等特点，在边坡开挖过程中运用小眼光面爆破技术，起到了有效控制超欠挖，提高坡面完整度，降低工程造价，提高工程质量和外观形象的效果。
中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
何家陂水库（在建）位于龙岩市新罗区小池镇，水库库岸开挖边坡为岩质边坡，边坡所处自然地势陡峭，坡度为50—70度，岩石多为灰岩，风化较弱，层面多闭合，裂隙不发育，地质条件较好，具备形成自然边坡较陡乃至直立的开挖边坡的潜在条件。
二、主要问题
需要爆破的边坡总高度接近五十米，边坡的稳定性要求较，对爆破的最大单响药量要求严格；其次技术要求高，所有坡面均不得欠挖，超挖不得超过20厘米，如未控制好边坡线，若超挖严重，导致大面积回填混领土，将造成巨大的经济损失。再次，安全防护形势严峻，高边坡常有危石坠落，安全检查任务重，人工排险，影响施工。
三、光面爆破施工技术应用
1、施工方案选择
为了较好的控制边坡的震动破坏并兼顾施工工期的要求，本工程有两种施工方案可供选择：
⑴常规的预裂爆破+深孔微差爆破技术，每次爆破断面10米左右，一次开挖到位；
⑵用深孔微差爆破技术大约10米一层进行开挖，坡面留一定的保护层用手风钻钻孔进行光面爆破。
第一种方法通过前期预裂爆破与深孔阶梯微差爆破现场试验后，预裂效果不理想，难以满足边坡开挖的技术要求。爆破对侧向及后冲方向保留岩体的影响范围和深度较大，尤其表层岩体的拉裂现象较严重，边坡侧向保留岩体难以站立。预裂爆破后，裂缝较窄，缝宽一般小于5mm, 且随着深度增加而减小，不能起到预裂缝减震的作用。预裂面的成型较差，坡面的平整度、残留半孔率不如光面爆破。预裂爆破效果不理想的原因，主要有以下几方面：
首先当预裂爆破在中高地应力地区切割岩层时，一旦形成自由面，岩体发生位移，容易使裂隙闭合；其次若岩层裂隙发育，预裂爆破应力波沿裂隙面发生反射折射，爆炸产生的高压气体也受裂隙面的影响，应力波及高压气体在形成预裂面的同时，也使预裂面张开，使能量分散，影响预裂爆破效果；再次预裂爆破的壁面效果随岩体结构面的抗剪强度及与预裂面夹角而异。
因此，在本工程中预裂爆破效果不如光面爆破效果，应优先采用光面爆破技术。光面爆破技术已被国内工程爆破界认定为控制周边超挖的标准方法，爆破后可以获得一个光滑的岩面，并能减少岩体中的裂隙，有效减少锚固支护的工程量。
要充分发挥保护层的作用，有效抵消或是减少爆破震动的冲击和对岩体的拉伤。主爆破时后冲方向的最后一排主炮孔的孔网参数要适当减小，避免在后冲方向给保留边坡造成拉伤破坏。对保留的保护层开挖更加严格控制，在爆破震动和成型上，对于保护岩体而言，爆破梯段越低、规模越小，越易进行控制。采用手风钻进行钻爆，孔深小于5m的浅孔梯段，密集布孔，不耦合装药，光面爆破后产生的爆破能量分布均匀。浅孔光面爆破后，形成的壁面平整光滑，半孔率高，壁面上无明显裂隙，因此采用浅孔光面爆破分层进行保护层的剥离。
2、爆破参数的确定
2010---2011年，我司对何家陂水库高边坡开挖技术作了一系列的爆破实验，取得了较好的爆破效果。经试验和生产实践优化调整，采取的主要爆破参数如下：
①钻孔直径D。根据开挖施工强度和钻孔要求，选择手风钻钻孔，钻孔直径D为42mm。
②钻孔间距a和钻孔直径D的关系可用间距系数n来表示，a=nD；n值的大小决定着钻孔的数量，n值过大，影响爆破效果；n值过小，将增加钻孔数量，影响施工进度，不经济。根据经验公式n=7---10，结合试验，钻孔间距40cm。
③不耦合系数E。合理配置装药结构底部直径32mm乳化炸药药卷加强装药，上部直径16mm乳化炸药药卷（将32mm药卷切半），不耦合间断装药，不耦合系数2.1。
④钻孔深度L。钻孔深度过大，钻孔水平精度难以把握，往往出现歪斜，造成孔底高程偏差大。为保证坡面的开挖平整度，实际钻孔过程中除严格控制开孔孔位高程和角度外，必须控制钻孔深度，钻孔深度≤5m，取4.5m。
⑤光爆孔最小抵抗线W。W=（10---20）d，取0.5---0.7m。
⑥线装药密度。标准线装药密度200g/m，孔底加强装药，底部为中部2—4倍，上部减弱装药，线密度140—160g/m。
⑦炸药单耗0.5---0.6,单孔药量1.6公斤，单响药量控制在40公斤内（一般为24kg---30kg）。
⑧堵塞长度。堵塞长度一般取炮孔深度的1/4---1/3，实际施工中根据爆破效果不断调整，本工程实践取80---100cm。
⑨起爆方法。用导爆索贯穿整个炮孔，保证齐爆，控制最大单段起爆量，若光爆孔较多，可以分段起爆。
3、现场装药和爆破
光面爆破施工要获得理想的效果，必须严格按照光面爆破施工工艺流程操作（见图1），控制好边线，同时严格监控造孔精度及装药、堵塞等环节。本工程中，主要采取下列措施：
图1光面爆破施工工艺流程图
⑴钻孔控制：严格按测量、放样定好的孔位进行钻孔，光面孔不准超过边线，左右误差不超过8cm。孔深误差不超过20cm。钻孔结束后，及时校核孔的参数，不合格者重新补钻直至合格。
⑵装药：光面爆破按设计要求，将相应要求的炸药与导爆索一起绑在毛竹片上进行装药；保证堵塞的长度和质量，杜绝冲天炮。
⑶调整：在装药时，在尽可能达到最佳参数的同时，还要注意考虑设计中的特殊情况，如地形、地质以及水文情况对其的影响，对岩体结构和岩层走向的观察也比较关键。为保证孔口断面效果，设置一段不装药的填塞段，长度根据现场岩石的岩性及其风化和裂隙发育程度而定。钻孔底部为了克服岩石的夹制作用，可适当加大底部装药，其长度视孔深和现场适当调整（装药结构示意图见图2）。
图2光面爆破装药结构示意图
四、爆破效果
采用小眼浅孔光面爆破开挖高边坡保护层，坡面半孔率在80% 以上，壁面平整光滑，坡面无明显爆破裂痕，平整度、开挖高程及轮廓边线均满足设计要求。局部坡面由于裂隙组合形成块体，已按设计要求处理合格。开挖质量满足要求，爆破效果良好（爆破效果见图3）。
图3爆破效果实拍图
五、总结
⑴通过对何家陂水库高边坡爆破开挖的实践，小眼浅孔光面爆破能够达到中小型水库边坡的开挖要求。边坡岩体残留炮孔痕迹清晰，分布均匀，残留炮孔保存率在80%以上，有利于边坡保护层的成型，边坡的稳定和超欠挖都能得到很好的控制。
⑵手风钻钻眼爆破，虽然设备较为简陋，但其周转方便灵活，适合复杂地形的爆破施工，只要科学组织，合理安排，精心施工，不失为水库边坡控制开挖的优良工法。
⑶为了控制裂缝的发展，保持坡面的完整稳固，在保证炮孔连线破裂的前提下，应尽可能减少装药量。
⑷在实施光面爆破时，起爆间隔时间越短，坡面平整的效果越有保证。
⑸钻孔的质量在光面爆破中至关重要，可以培养组建一个懂技术、能吃苦、责任心强的现场施工、质检、管理小组，固定有经验且责任心强的钻工钻光面孔。