浅谈岩石边坡的爆破设计和施工

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摘要：在岩石边坡的爆破施工中，采取松动爆破和预裂爆破相结合，严格选择爆破参数，理论联系实际，通过工程实践，总结类似工程的爆破施工方法。

关键词：岩石边坡；松动爆破；预裂爆破

1、 前言

在铁路、公路、水利等工程建设中难免遇到岩石边坡的爆破施工，岩石边坡施工要求往往较为严格，由于这类边坡高度较高，所以在边坡爆破时，采取松动爆破和预裂爆破相结合，这样不仅达到了粉碎岩石的效果，也同时保证边坡的形成。将爆破产生的石渣用挖机推至坡脚，同时进行刷坡，从而形成了边坡。在爆破设计中，爆破的施工方法和爆破参数对边坡质量是至关重要的。

2、 工程概况及工程要求

在广东厦深铁路DK400+552～DK401+171段的路堑土石方的爆破开挖工程中，岩石主要为强风化花岗岩，节理较发育，岩体较破碎。边坡高度8～38m，分台阶开挖，每台阶高度H为8米，边坡平台为2米，最低一层边坡坡度比为1:0.75，其它层边坡坡度比为1：1.25。在该路堑的开挖过程中，必须保证边坡岩体的稳定性，又要尽可能使边坡的平整度小于25。

3、 爆破方案的制定

根据边坡的设计和施工环境，每一台阶段采取一次钻孔至坡底的爆破施工方法，会导致一次爆破药量的过大对边坡的稳定及形成造成不利影响。为安全起见，每台阶分2次爆破即一次爆破的高度H1为4米。边坡的爆破设计主要由两部分组成：（1）距离设计边坡1.5m外采用松动爆破；（2）采用预裂爆破形成设计的边坡。因此在此段的爆破施工边坡爆破中采用松动爆破和预裂爆破相结合的爆破施工方法。而钻孔的角度为设计边坡的角度。为了能够准确保证钻孔质量可以在制定一个直角三角标尺，使标尺的底角为设计边坡的角度，这样每次钻孔可以根据标尺控制钻孔的角度。具体爆破施工示意图如图一所示。

图一炮孔布置示意图

其中b为预裂孔与松动爆破炮孔距离为1.5米；b1为松动爆破炮孔的水平距离为3米

4、 爆破参数设计

4.1松动爆破参数设计

松动爆破主要作用是将岩体破碎，碎石渣用挖机直接甩至坡底，由于松动爆破的能量相对抛掷爆破较小，加上预裂孔的保护作用，所以不会对后面的边坡造成破坏。

1）炮孔参数的确定

由于本工程投入的潜孔钻的孔径为76，所以根据以往类似施工经验，在松动爆破中孔距a1为3米，排距控制在2.5～3.0米为宜。在此工程中炮孔排距b1为2.5米，根据设计角度，计算可得前后两排的水平距离为3米。炮孔深度l1根据自由面的变化进行确定。

2）炮孔装药量的计算

在松动爆破时，炸药的单耗要根据岩石的性质及发育状况进行确定，由于本工程岩石为强风化花岗岩，岩体较破碎，单耗q1取0.25/m³。所以单孔装药量Q1按下式计算：

Q1=a1b1q1l1即Q=0.25×2.5×3l1

4.2预裂爆破参数设计

钻孔的间距不仅影响装药量的大小，还直接关系到预裂壁面的质量。在保证两孔之间裂开成缝的前提下，小孔距的壁面质量远远优于大间距的壁面质量。因为小间距增加钻孔量，在本工程中钻孔亦采用直径为76潜孔钻进行钻孔。

1）炮孔间距a:孔距是直接影响边坡质量的主要参数，当预裂孔较大时，其间距一般为孔径的8～12倍，并视岩体强度和节理裂隙发育程度选取，原则上硬岩孔距大，软岩孔距小。考虑到爆破岩体的节理较为发育，取预裂孔的孔距a2=0.8米。

2）最小抵抗线w：预裂爆破的最小抵抗线即为保护层的厚度1.5米。

3）线装药密度ρ：由于孔距和最小抵抗线都较小，线装药密度宜取小值，相对于正常装药段，取ρ=400g/m，孔底2米以内进行加强装药，取装药密度为800g/m。

4）不耦合系数R：选择合适的不耦合系数是获得愈烈成功的重要条件，当不耦合系数小于2时，常使孔壁受到损坏，在本工程中选择药卷直径为32的乳化炸药。因此不耦合系数大于2.

5）单孔装药量Q2= ρl2,其中l2为孔深。

5、 炮孔布置

此工程爆破岩层较浅，在控制单孔装药量的同时，炮孔排间距较小，为了保证破碎效果，松动爆破区选择梅花布孔方式。布孔方式如图二示。

图二 炮孔布置示意图

预裂孔为一排孔，但在布置炮孔时，一定确保钻孔的精确度，保证所钻炮孔在一条线上。

6、 装药结构及堵塞

1）在松动爆破中，由于炮孔深度小于5.0米，所以在装药结构设计中，不用采取间隔装要的方式，而采用连续装药结构。堵塞长度不少于1.0米。药卷直径选择60。

2）预裂爆破的装药结构有药串和连续装药两种形式，根据预裂爆破原理可知，当装药密度确定之后，炸药沿预裂孔分布愈均匀愈好。由于炮孔底部夹制性较大，不易造成所要求的裂缝，固增加孔底线装药密度。在预裂炮孔采用32的乳化炸药，每卷200g。将要卷切成一个80～100g的小节，每间隔0.6米装一小节，在炮孔口50处堵塞。

装药的长度为孔深的3/4。为了保证预裂爆破效果，应进行堵塞，堵塞长度为炮孔的1/4。堵塞时，先用编织袋放入堵塞段的下部，再回填钻屑，并确保装药段保持空气间隔。

7、 爆破网络及起爆顺序

爆破效果成败的关键在于起爆网络，在设计爆破网络时，应保证药包起爆按照预先设计的顺序和延时时间全部准爆。在本工程中采用非电导爆管起爆网络。首先起爆预裂孔，其次是松动爆破网络，两者起爆时差应大于75ms。

1）松动爆破网络设计

结合周边环境，要保证周边的建（构）筑物的安全，又要保证对岩石的破碎效果，采用V形微差起爆网络。

2）预裂爆破网络设计

由于预裂孔为一排孔，预裂孔之间的起爆时差过大或过小，都不能达到较好的爆破效果。在起爆网络设计时，应尽可能同时起爆，缩小起爆的时间差，利于形成齐整的断面。

8、 爆破安全控制

1）爆破振动安全校核

由于距离爆破区域有最近170米处为砖混结构的民宅，所以严格控制爆破药量，以减小爆破震动。

爆破振动计算公式：

式中：V――地震安全速度（cm/s），本工程取2 cm/s。

Q――齐爆装药量（kg）。

K――与地质条件有关的系数，岩石为中风化花岗岩，K取180；

a ――爆破衰减系数，取1.6；

R――爆源到民宅的距离，取最近距离170m。

将上述数据代入公式反算得出最大齐爆药量不超过1064，而本工程在具体施工时齐爆药量均小于此值，此设计爆破震动对民宅是安全的。

2）爆破飞散物

本工程采用松动爆破，警戒距离超过300米，爆破产生的个别飞散物对周围的目标均为安全。

9、 爆破效果

（1）松动爆破区，爆破并未产生较大震动，对需保护的民宅未产生破坏，爆破的石渣总体可以用CAT320B挖机进行清挖，对于个别大块用解炮即可解决。

（2）预裂爆破形成的坡面较为平整，半孔率达到93%，最大平整度小于20，完全达到了设计方的要求，取得了良好的效应。

10、 爆破施工体会

1） 在施工前，爆破的施工要结合业主及甲方的总体安排，制定详细的爆破施工方案，采取多种爆破工艺的结合。

2） 对于爆破参数的选取，根据岩石性质的变化，合理调整，在施工中不断优化。

3） 钻空操作时，炮孔的定位及钻孔的角度控制甚为重要。即使钻孔入口有稍微的角度偏差也会影响到炮孔底部的误差，从而严重影响边坡的平整度，因此在布置炮孔时，要保证每个炮孔的准确位置以及计算出所要钻孔的角度和深度。

4） 施工在爆破区域附近，施工机械、人员较多，应做好安全警戒工作，确保人员机械的安全。

5） 松动爆破和预裂爆破的起爆网络设计，注意主爆破网络和预裂爆破网络之间的延时。延时过长或过小都会影响边坡的形成。

参考文献：

1 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京：冶金工业出版社，2004.2.

2 刘殿中等.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2003.6.

3 陈勇，吴青山，张继春.顺层岩质路堑边坡的光面爆破技术[J].爆破，2003,20（2）：43～45.

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