高速公路改扩建工程扩堑石方爆破危害的控制

2014-03-22郭天天

采矿技术 2014年5期

邱洲，蔡旭，郭天天

(1.中交一公局海威工程建设有限公司，北京 100119； 2.国防科学技术大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410072)

0 引言

随着国民经济的发展，我国大部分高速公路已不能满足交通增长的速度，需拓宽路面增加车道数扩大通行能力。在高速公路改扩建工程的扩堑石方施工中，通常采用爆破法。爆破法具有施工进度快，经济效益好等优点，但也会产生爆破震动、噪声、飞石等危害，对周围环境和建(构)筑物造成影响，甚至造成既有高速公路损坏，中断交通。

目前在高速公路改扩建工程扩堑石方施工方面，仅在保安全、保通行方面和既有高速公路安全运营方面有一些研究，而对扩堑爆破施工中的安全控制技术，还仅停留在初步研究阶段。根据京港澳高速公路改扩建工程驻马店至信阳段土建施工，对高速公路拓宽工程扩堑爆破施工的安全控制技术与管理措施进行深入研究，以期解决以下几个方面的技术难点和关键问题。

(1) 控制飞石、滚石和碴堆坍落方向，防止爆碴滚落时损坏既有高速公路；

(2) 根据不同工程地质，确定合理的爆破参数；

(3) 散落的石块小且少，尽可能减少高速公路的中断时间，且爆破后在最短时间内恢复交通；

(4) 尽可能降低爆破震动、噪声，减小对周围环境和建(构)筑物的影响；

(5) 降低石方爆破大块率，便于机械挖石方和利用石方路基填筑。

1 高速公路扩堑石方爆破的危害分析

1.1 工程概况

京港澳高速公路改扩建工程驻马店至信阳段土建施工，全线长10.0公里，均位于信阳市境内。全线结构物共计大桥3座，中桥3座，分离式立交1座,互通式立交1座，天桥3座，涵洞通道28道。路基挖土89040 m3，石方607737 m3，填方454195 m3，由中交一公局海威工程建设有限公司承建。

工程的高挖方位于河南董家寨国家级自然保护区内，区内分布有植物1879种，特别是还保存了一部分第四纪冰川幸存的孑遗植物，鸟类237种，其中国家保护鸟类39种，列入中日候鸟保护协定名录的有95种，被誉为“鸟类乐园”，是一个集自然保护、生态旅游、鸟类观赏、科学考察、教学实习、休闲娱乐、避暑疗养于一体多功能综合性的自然保护区。

1.2 爆破危害分析

本工程为现有高速公路扩堑石方爆破，周边环境极其复杂，既要保证现有高速公路的安全，又不能对周围环境，尤其是董家寨自然保护区的鸟类和植物造成影响。根据本项目的实际情况，必须要严格控制以下爆破危害效应：

(1) 严格控制飞石、滚石和碴堆坍落方向，防止爆碴滚落时损坏既有高速公路；

(2) 严格控制爆破噪声、空气冲击波，防止对董家寨自然保护区内的鸟类造成伤害；

(3) 严格控制爆破震动，防止地震波对周边建(构)筑物造成损伤。

2 扩堑爆破总体思路

由于本工程路基所处环境比较复杂且方量比较分散,且还有桥基桩需要爆破施工，所以在爆破方法上采用浅孔排炮、中深孔松动爆破相结合的施工方法，自上而下、分层爆破，具体的施工方法根据现场环境确定。爆破山体高度在8 m以上的要进行分层台阶施工，施工地段爆破时采取全幅临时封闭。

爆区位于国家鸟类自然保护区，有需保护的民房、桥涵的等建(构筑)物。采取浅孔薄层剥落的方法，严格控制单响药量，确保填塞长度，控制爆破空气冲击波、爆破地震波强度，减少对鸟类、建(构)筑物的影响。京港澳高速是国家南北运输的公路大动脉，中断时间不能超过2 h。采取改变最小抵抗线方向，充分利用原有边坡护坡预留岩墙以及上级边坡的植被，设置防护网、防护墙多道防护相结合的方法，控制滚石、飞石，确保散落石块小且少，爆破后尽快恢复高速公路交通。

3 扩堑爆破主要技术措施

3.1 预留岩墙爆破

所谓预留岩墙爆破，是将待扩堑岩体分为内部主体和外部岩墙两部分。爆破时，先爆内部主体石方，再拆除外部岩墙。预留岩墙爆破施工，可以利用预留岩墙的屏蔽作用减少内部主体方量爆破施工时的难度和对周围环境的危害，而将防护重点放在预留岩墙的处理上。外部岩墙的拆除采用先松动爆破，再采用机械拆除。

开挖过程中内部主体石方爆区和岩墙应同步下降，为了保证岩墙能起到天然屏障作用，同时考虑作业安全，岩墙拆除一般滞后于主爆区1-2个循环。内部深孔爆区的临空面方向与既有高速公路方向平行，不能形成较远抛掷；岩墙爆区的爆破抵抗线方向必须背离既有高速公路方向。沟槽深孔爆区布孔和安排起爆顺序时，要使岩墙爆后有一个比较齐整的临空面，且不会对岩墙造成较大损伤。

3.2 爆破参数

采取预裂爆破、多排微差挤压爆破方法，确保了边坡的稳定、平整，控制大块率10%以内，确保填石路基的质量及施工进度。

为了降低爆破危害效应，采用浅孔钻爆的方法分台阶爆破，台阶高度H=2.6 m，超深h=0.4 m，孔深L=3.7 m，底板抵抗线W=2 m，孔距a=2 m，排距b=2 m，单耗q=0.25 kg/m3，单孔药量Q=3 kg。预裂孔的孔深L=3.7 m，单耗q=0.32 kg/m3，单孔药量Q=1.2 kg，孔距a=1 m。

预裂爆破孔内采用导爆索连接，MS12导爆管雷管起爆，孔外用MS2导爆管雷管接力，孔外不用导爆索以减小空气冲击波和噪声。主爆孔沿纵向由两端向中间起爆，孔内用MS12导爆管雷管，孔外用MS2段别的导爆管雷管接力。预裂孔比主爆孔提前两个孔起爆。

3.3 防护措施

3.3.1 设置防护墙

设置两层防护墙，防护墙布置见图1。第一层占用高速公路50 cm宽应急车道，沿应急车道设置水泥防撞墩，涂抹黄黑相间的反光漆，水泥防撞墩之间φ32钢筋连接，每块防撞墩底部打入2个膨胀螺栓，增加混凝土防撞墩抗冲击能力。第二层在现有高速公路护栏位置设工字钢或定制的方形钢管，工字钢长2.5 m，在土路肩上打入膨胀螺栓，将工字钢焊接在1 cm厚的钢板上，从护栏顶设置4道方钢，间距分别位30、50、50、50 cm，并将彩钢板做成防护墙，防护墙效果见图2。

图1 防护墙布置

3.3.2 设置防护网

在防护的台阶处用工字钢立杆及槽钢横杆设置防护网，见图3和图4。立杆采用5 m长12#工字钢，立杆间距2 m，深入地下1.5 m，横杆采用10#槽钢，设两层，离地面0.25 m、0.5 m设两道，槽钢与工字钢之间采用点焊连接，内侧设φ8定型钢筋网满铺作为防护网。当边坡防护达到三级以上时设置两道防护网，一道固定设置在三级坡平台上，一道随着开挖下降。