温州绕城高速公路某段路基高边坡爆破施工及控制措施

周红星 陈华

【摘 要】周边环境复杂的高边坡土石方爆破的危险性较大，需根据地质情况分区进行控制爆破，并采取相应的工程技术措施。其中主动措施是首要的，如爆破冲击波控制措施、控制爆破用药量等；还需采取对被保护建筑物和设施附近搭设双层钢管排架防护屏障、设置防滚石用的土堤、跳石拦墙等工程措施；同时加强爆破区安全警戒、高边坡监测监控、边坡爆破开挖过程中巡视检查等，以确保爆破施工安全。

【关键词】高边坡 控制爆破 工程措施 施工安全

1工程概况

温州绕城高速公路西南线工程（仰义至阁巷）地处温州地区西南面，起点位于金丽温高速公路的仰义枢纽，终于瑞安阁巷枢纽桩号K56+328，与甬台温复线相接，按双向6车道设计，路基宽度33.5m，设计速度100km/h，全长约56.328km。本公司施工标段起讫桩号K40+770～K42+580，路线全长1.81km，路基高边坡二处K40+770～K40+949，ZK42+147～ZK42+434，其中ZK42+147～ZK42+434边坡最大开挖高度为79.2m（图1），采用分级进行开挖及边坡防护，第一级至第七级高度10m，其中第一级至第六级坡率均为1：0.75、第七级坡率为1：1.0；第八级开挖至顶，坡率为1.25，根据开挖台阶的不同，放缓边坡坡率。边坡防护根据边坡高度、坡率不同采用不同的防护形式，第一级至第七级边坡采用点锚+主动式落石防护网+TBS护坡防护、第八级边坡采用主动式落石防护网+TBS护坡防护。

图1 ZK42+147～ZK42+434段高边坡图

本段路基工程施工质量和安全控制的重点、难点为：

（1）路基挖方石方量大，路线短、挖方高度高、爆破工程量大，施工工期紧。

（2）ZK42+147～ZK42+580路段爆破施工离温福铁路最短距离约700 m，爆破对温福铁路有一定的影响。

（3）K40+770～K40+932挖方路段离岭下村居民房屋距离在200m内，最近距离只有50m；K41+147～K42+580挖方路段离岭下村居民房屋距离在200 m内，最近距离只有100m；县道昆江公路离爆破施工区域距离约200m内，爆破滚石、飞石对附近村庄、昆江线形成较大隐患，施工防护存在很大难度。

（4）本工程挖方路段最大边度高度为79.2 m，坡表分布土层厚度为0.5～1.5m，下伏软石（Ⅳ）、次坚石（Ⅴ），围岩整体稳定性较好，但局部节理发育，边坡开挖易产生掉块或楔形体破坏现象，不利边坡的稳定。

2爆破方案设计

2.1 总体爆破方案

ZK42+147～ZK42+434高边坡周边环境复杂，开挖段石方爆破是本工程的重点、难点之一，爆破的效果将直接影响到路基的质量和边坡的稳定及周边安全。根据路堑挖深不同分别采用中深孔爆破和浅孔爆破，挖深小于5m时用浅孔爆破，挖深大于5m时用中深孔爆破。边坡采用光面爆破，炮孔方向：中间主炮孔取垂直孔，边坡光面孔与边坡坡率相同，部分路段根据需要除采用光面爆破的方式外，还要采取松动控制爆破。

总体爆破施工采用潜孔钻机钻孔松动、从上往下依次分层爆破、分层防护方案。遵循自上而下，分层式中深孔台阶爆破开挖为主，机械开挖为辅的总体方案。在开挖各部位按划分的控制区域采用相应的爆破方式。

2.2爆破分区

根据周边环境和地质条件，对高边坡进行爆破分区见表1、图2。

表1 爆破分区表

区域范围 区域方量（万m3） 爆破方式

ZK41+949～ZK42+013区段 2.4 复杂环境中深孔控制爆破

配合机械开挖

ZK40+770～949区段距岭下村18m～25m 0.3 机械开挖

ZK40+770～949区段和ZK42+126～417区段施工区距居民房25m～45m 1.1 浅孔台阶控制爆破

配合机械开挖

ZK40+770～949区段和ZK42+126～417区段施工区距居民房45m～100m 24.1 复杂环境中深孔

控制爆破

ZK40+770～949区段西北侧距居民房100m 以上距离 25.8 复杂环境中深孔控制爆破

ZK42+126～417区段距居民房100m以上施工区域 63.6 复杂环境中深孔控制爆破

ZK40+770～949 ZK42+126～417

图2 高边坡分区爆破施工示意图

2.3 爆破方法与设计

以潜孔钻机钻眼爆破为主，气腿式小风钻为辅，采用爆破法松动，挖掘机装车，自卸汽车运输，爆破后产生的大块石采用挖掘机配液压破碎锤改小。

根据路堑挖深不同分别采用深孔爆破和浅孔爆破，挖深小于5米时用浅孔爆破，挖深大于5米时用深孔爆破。

2.3.1浅孔爆破设计

浅孔爆破采用小型凿岩机钻孔，炮孔直径38～50㎜，孔深2～4 m，根据开挖深度分一个或两个台阶进行爆破，边坡采用光面爆破。炮孔方向：中间主炮孔取垂直孔，边坡光面孔与边坡坡率相同。路堑山顶剥离范围中开挖高差1m～5m和距离建筑物18m～45m区域内，为保护周边居民房等建筑物安全，采用小规模、小台阶、加强覆盖防护措施分层开挖，浅孔控制爆破方案。浅孔爆破参数汇总见表2。

起爆网路：采用逐孔或两孔齐发的起爆网路（图3），孔内装入ms11毫秒延期雷管。

表2 浅孔爆破参数汇总表

名称 符号 单位 取值范围

孔径 D mm 42

抵抗线 W m ≤1.5

钻孔倾角 a ° ≤90°

单耗 q kg/m3 0.25～0.30

孔距 A m 1.0～1.5

排距 B m 0.8～1.2

孔深 L m ≤5.0

堵塞长度 Lc m Lc≤1.5m

单孔装药量 Q kg 2.5～2.7

图3 浅孔逐孔起爆网络示意图

根据爆破振动公式计算， 随着距离的不同，最大一段单响药量在2.5～7.5kg之间，可满足爆破振动安全。实际单响药量按不超过7.5kg设计，采用连续装药结构和单孔单响的延时起爆网络，为确保网路安全准爆，一次爆破规模控制在180kg以内。

2.3.2中深孔爆破设计

中深孔爆破采用微差挤压梯段爆破，大型潜孔钻机（KY100 和DHA850）钻孔，钻头直径为90㎜以上，使成孔直径达100㎜，孔深5～10米，路堑挖深大于10 m时分层开挖，边坡采用光面爆破或光面爆破。路堑挖深较大边坡设置变坡时，在变坡点高度处分层。除光面孔按坡面坡率钻孔外，其余中间主爆孔均为接近垂直孔。中深孔控制爆破平面示意图见图4，连续装药结构图见图5，中深孔爆破炮孔剖面示意图见图6，中深孔爆破参数汇总表见表3。

图4 中深孔控制爆破平面示意图

图5 连续装药结构图 图6 中深孔爆破炮孔剖面示意图

表3 中深孔爆破参数汇总表

名称 符号 单位 取值范围 取值范围

梯段高度 H m 10 10

孔径 D mm 90 115

底盘抵抗线 Wd m 3.0～3.5 3.5～4.0

钻孔倾角 a ° 90° 90°

单耗 Q Kg/m3 0.35～0.4 0.35～0.4

孔距 A m 3.5 5

排距 B m 2.8 3.5

钻孔超深 H m 1.0 1.0

孔深 L m 11 11

填塞长度 Lc m ≤4.5m ≤4.5m

单孔装药量 Q kg 40～42.5 60～68

中深孔控制爆破区域距周边受保护建构筑物距离100m以上的开挖部分，设计按照8m台阶高度1：1.25，10m台阶高度1：0.75的坡率进行削坡爆破，采用分层开挖，中深孔控制爆破方案。布孔型式：梅花形或矩形布孔（详见炮孔布置示意图），图7 逐孔起爆网络图。

图7 中深逐孔起爆网络图

中深孔爆破最大一段单响药量在15.5kg～180kg之间，可满足爆破振动安全。但由于周边居民房较多，同时居民对振动的感知度较强，靠近居民房45～65m范围内单响药量不超过15kg，采用间隔装药结构和单孔单响的延时起爆网络，距离居民房65～100m范围内单响药量不超过60kg采用连续装药结构和单孔或两孔一响的延时起爆网络，一次爆破规模控制在1000kg以内。

2.4起爆安全校核

2.4.1安全控制标准

居民房及高铁线路取2.0 cm/s（按照一般砖混结构取值）。

2.4.2安全校核

（1）本设计采用的安全震速和最大单响药量计算公式：

……………………………………………………………（1）

式中

Q?——最大单响药量，kg；

——计算地震波速度，cm/s；

——安全允许震速，cm/s；

R——控制点至爆源的距离，m；

K、α——与爆区地形地质有关的系数和衰减系数。

根据爆破安全规程对衰减规律测试，本工程k=150，α=1.5。计算对不同距离的最大一段单响药量。距离居民房及周边厂房最大一段单响药量与距离的关系表见表4、5。

表4 距离居民房及周边厂房最大一段单响药量与距离的关系表

Q（kg） 2.7 15.5 47 170 58300

R（m） 25 45 65 100 700

根据上述单响药量测定，确定施工区域控制爆破对高铁线路无影响。

表5 最大单响药量控制表

施工区 最大单响药量kg 起爆方式

25m～45m浅孔控制爆破 2.5～7.5 单孔或两孔起爆

45m～65m

复杂环境中深孔控制爆破 15 逐孔起爆

65m～100m

复杂环境中深孔控制爆破 40 逐孔起爆

100m以上

中深孔控制爆破 170 两孔或三孔起爆

2.4.3爆破飞石、滚石安全距离

本工程需严格控制爆破飞石对周边的影响，控制爆破飞石成为工程的重点及难点。露天深孔台阶爆破，个别爆破飞石采用瑞典经验公式进行校核：

…………………………………………………………（2）

式中： RFmax——露天深孔爆破飞石安全距离，m；

——安全系数，取15～16；

D——深孔直径，cm，取90或115mm。

经过计算得：RFmax=135～172m

根据以上公式计算爆破飞石对周边的影响，确定施工区域控制爆破对周边无影响（图8）。

图8 施工区域控制爆破与周边关系图

3现场安全生产管理措施

3.1爆破飞石控制措施

滚石主要由爆破及爆破后边坡挖装过程中产生，滚石对底部建筑物的危害很大，若控制不力，滚石将会直接滚入坡底导致建筑物破坏，因而本次爆破工程中滚石控制极为重要。

（1）控制爆破方向。合理选定抵抗线方向，使被保护对象避开飞石主方向。如无法避开应严格控制抵抗线，必要时候采用机械辅助开挖的方式。

（2）控制填塞质量。严格控制炮孔填塞质量，防止卡孔；适当增加堵塞长度，装药完毕后，每个炮孔装药量必须经过技术人员验收合格后才允许填塞。

（3）孔口压土袋。在炮孔孔口均用沙袋、废旧传输带，避免发生冲炮，产生飞石。

（4）覆盖防护。对个别大块或表层孤石爆破时，在其四周采用竹片夹草袋或其它能吸收能量的柔性材料进行覆盖防护。在浅孔和复杂环境中深孔控制爆破区域进行爆破施工时，爆破区域采用柔性炮被整体覆盖防护（图9）。

图9 柔性炮被整体覆盖示意图

3.2工程技术措施

（1）被保护建筑物和设施附近搭设防护屏障（图10）。

在ZK40+770～949区段南侧距爆区约18m的村委会用房附近用双层脚手架钢管加竹帘搭设防护屏障，对建筑物及设施进行安全防护，设计脚手架能对村委会用房进行防护，长5～15m，高约3m。

图10 双层钢管排架防护示意图（左）和实际图（右）

（2）在边坡底部，距离建筑物较近的区域，设置防滚石用的土堤（图11）

滚石控制可采取以下措施：施工时设置防滚、跳石拦墙。沿山体边坡利用山体表面和坡脚的松软土石搭建一条高2m，宽2m的挡土墙，防止爆破滚石冲击道路及边上保护物。

图11 滚石防护示意图

3.3爆破冲击波控制措施

适当调整爆破方向，严禁采用大规模爆破及裸露爆破，加强堵塞能够有效的控制爆破冲击波，光面爆破导爆索尽量减少裸露部分，减少对周边环境的影响。

3.4爆破安全警戒措施

爆破前由施工单位向指挥部汇报具体爆破时间，各相关部门严格按照事先制定的《爆破安全警戒方案》实施爆破前的安全警戒工作。

警戒地点设立标示牌和爆破通告，施工现场设置“爆破区域，闲人免入”安全警告标志；本工程由于爆破环境非常复杂，采用控制爆破技术及严格的安全防护措施，故警戒范围为100m。本工程共分为10个警戒点，ZK40+770～949区设置4个警戒点，分别位于进场道路路口和周边最近的受保护居民房附近，ZK41+949～ZK42+013区段设置2个警戒点，分别位于村用道路和西侧采石场附近；ZK42+126～417区设置4个警戒点，位于上山道路两侧及南面道观附近。

3.5高边坡监测监控措施

（1）人工巡视和裂缝观测：人工巡视是一项经常性的工作，安排专人坚持每天进行巡视，当破体表面发现裂缝时监测组及时在裂缝处理裂缝观测装置，通过观测裂缝的变化过程和变化规律来分析坡体的变形情况和破坏趋势。

（2）裂缝监测：人工巡视中在发现裂缝的位置埋设监测点，如果边坡在开挖过程中坡面没有出现裂缝则此类测点无需布置。人工巡视发现裂缝后及时埋设（1～2天内完成），测点间沿裂缝的间距以20～30m为宜，其方向平行滑坡的主滑方向或边坡位移方向。

（3）坡面观测：在平台上设置坡面变形观测点，利用精度为2〞的全站仪进行观测，采用直角坐标法量测。通过数据处理分析，分析坡面几何外观的变化情况，绘制坡面各点在施工过程中的水平位移变化情况，从而了解边坡滑动范围和滑动情况，提供预警信息。

（4）沉降观测和水平位移观测：通过埋设沉降板观测沉降情况，通过数据分析指导施工；水平位移观测主要为地面水平位移，采用位移边桩观测。由于一般的裂缝变形是微小而且蠕变的，本工程选择游标卡尺对边坡的变形裂缝进行监测。

3.6环境保护措施

环境保护是保证社会生态平衡、保证社会人们身体健康的需要，是我国的一项基本国策。为了控制工程施工现场的各种粉尘、污水、水土流失以及噪声、振动等对环境的污染和危害，需采用各种有效措施和各种渠道严格控制。石方爆破作业重点采取控制爆破，防止飞石对附近林木、植物造成损害。

4结语

（1）周边环境复杂的高边坡土石方爆破的危险性较大，需根据地质情况分区进行控制爆破，并采取相应的工程技术措施。爆破冲击波控制措施、控制爆破用药量等是爆破的主动措施，需严格按有关规范设计计算和实施。

（2）工程技术措施是辅助的，也是必不可少的，如对被保护建筑物和设施附近搭设双层钢管排架防护屏障、设置防滚石用的土堤、跳石拦墙等，防患于未然。

（3）通过加强爆破区安全警戒、高边坡监测监控、边坡爆破开挖过程中巡视检查等措施，能够及时了解边坡在施工期的工作性态、及时地提出处理方案与措施，以确保爆破施工安全和施工质量。

参考文献：

[1]交通部标准.公路工程安全施工技术规程（JTJ076-95）.人民交通出版社，1995年.

[2]国家标准.爆破安全规程（GB6772-2011）.中国标准出版社，2015年1月.

[3]谷慧娟 等.公路岩质高边坡爆破开挖模拟分析.公路工程，2013（1），P38～39，43.

[4]章征成 等.复杂环境下高边坡控制爆破.工程爆破，2014（1），P22～25.

[5]付波 等.岩石高边坡爆破振动局部放大效应分析.爆破，2014（2），P1～7.

作者简介：周红星（1975-）男，土木工程专业本科毕业，高级工程师。