光面爆破技术在高速公路既有线扩堑工程中的应用

文昌盛，黄梦昌，周富华，牛红梅

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



光面爆破技术在高速公路既有线扩堑工程中的应用

文昌盛，黄梦昌，周富华，牛红梅

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

文章结合柳南高速公路K1248+800～YK1266+500段扩堑工程实例，介绍了光面爆破的施工方案及爆破参数、起爆网络的设计，以及光面爆破施工的控制措施，同时阐述了爆破效果，指出采用逐孔起爆网络，减小了爆破震动、飞石对公路及公路附属设施的影响，达到了“边施工，边通车”的要求。

光面爆破；逐孔起爆网络；改扩建工程；扩堑；高速公路既有线

0　引言

高速公路改扩建工程扩堑爆破施工中，需对既有边坡进行二次开挖，如何提高爆后边坡的质量、确保边坡稳定，避免次生地质灾害，对降低工程成本，保证高速公路运营安全意义重大。

光面爆破又称“密眼小炮孔爆破”，即沿开挖面轮廓线布置密集炮孔，装填威力较小的炸药或者采用不耦合装药，以控制边坡成形，爆后形成光滑平整的开挖面，对保留岩体的扰动与破坏程度下降，从而提高开挖边坡质量与边坡稳定性。

1　工程概况

拟扩堑边坡位于柳南高速公路改扩建工程K1249+800～K1249+900段线路

北侧，毗邻既有高速公路，既有边坡从上至下分三层，台阶高度分别为8 m、6 m、6 m，坡比均为1∶0.3。设计边坡台阶高度与坡比均与既有边坡一致。既有边坡如图1所示。

图1　拟开挖边坡现状图

山体坡脚即为高速公路路面，因此需要严格控制爆破飞石、爆破震动等爆破灾害效应，满足“边施工，边通车”的要求，其次需形成完整光滑的开挖面，确保开挖边坡的稳定。

2　施工方案的选择

(1)起爆方向平行于高速公路既有线，主爆区采用拉槽深孔松动控制爆破，靠近设计边坡处预留光爆层，采用光面爆破。光爆层用导爆管雷管与主爆区连接，滞后起爆。

(2)严格按照设计，从上到下分台阶施工。每层台阶中若路堑深度<3 m，采用“炮头”破碎，机械清除；路堑深度>3 m的一次开挖成形。

(3)对爆区采用“炮被”覆盖的防护措施，每个炮孔孔口堆放1～2个沙袋。

3　光面爆破设计

影响光面爆破效果的因素主要有：钻孔直径、钻孔精度、装药不耦合系数、台阶高度与孔深、堵塞长度等，合理的光爆参数是取得预期效果的前提条件。

3.1钻孔直径及钻孔深度的确定

钻孔孔径主要取决于钻机类型、岩体地质状况、作业条件、钻孔效率等因素。取钻孔直径D=100 mm。

钻孔深度L=(H+Δh)/sinα，其中H为台阶高度，Δh为超钻深度，α为设计钻孔方向与水平方向的夹角。由于底盘岩石的夹制作用，需进行超钻，避免台阶底部形成根底，超钻长度可按下式取值：Δh=(0.5～0.35)W或Δh=(8～15)d，岩体坚硬取最大值，反之取最小值。取超深Δh=1 m。根据设计文件，本工程台阶高度为6 m、8 m，取主爆孔钻孔深度为7 m、9 m，光爆孔钻孔深度为7.3 m、9.4 m。

3.2最小抵抗线与孔间距的确定

光面爆破最小抵抗线W光即为光爆孔与主爆孔最后一排炮孔之间的光爆层岩体厚度，一般取W光=(10～20)D，D为孔径，式中当岩体坚硬完整时系数取小值，反之，岩体软弱破碎时系数取大值[1]。取W光=1.5 m。

光爆孔的钻孔间距布置过大影响光面爆破效果，孔间距布置过小会降低施工效率，一般取a光=(0.6～0.8)W光。取a光=1.0 m。

主爆孔为垂直孔，采用宽孔距、小排距，梅花型布孔。孔距a主=mW，式中m为密集系数，取m=1.0，W为底盘抵抗线，取W=3.0 m。排距b=(0.8～0.9)a主，取b=2.4 m。炮孔布置见图2。

图2　炮孔布置平面图

3.3不耦合系数

不耦合装药利用药包与炮孔壁之间的空隙，降低爆炸峰压，增加爆压作用时间。其中孔径D与药包直径d的比值为不耦合系数，光面爆破中不耦合系数一般取2～3，在岩石抗压强度较大时取小值，反之取大值。根据现场爆破试验，取不耦合系数为2。

3.4线装药密度

光面爆破的线装药密度q光计算公式见式1[2]：

q光=k光×a光×W光

(1)

式中：k光——炸药单耗(kg/m3)。

光面爆破炮孔底部加强线装药密度为平均线装药密度的2～5倍。

经现场松动爆破试验，单耗k光=0.4 kg/m3。取q光=0.6 kg/m，炮孔底部1 m线装药密度为：

3 q光=1.8 kg/m。

3.5起爆顺序

主爆区采用逐孔起爆网络，以导爆管雷管连接滞后爆破的光爆孔。根据现场爆破器材，选用两发5段导爆管雷管连接光爆孔与相邻主爆孔，延时时间为110 ms。

光爆孔之间间隔时间越小，爆后边坡愈平整，半孔率愈高，故光爆孔一次齐爆。

3.6堵塞长度

一般情况下，光爆孔堵塞长度L=(1.2～1.5)a或L=(15～20)d。

根据爆区周边环境及地质情况，主爆孔堵塞长度取2.5～3 m，光爆孔堵塞长度取1 m。爆区覆盖一层“炮被”后，炮孔处加压1～2个砂土袋。光面爆破参数见表1。

表1　爆破参数表

4　光面爆破施工控制

4.1钻孔施工

光面爆破成功与否的关键在于钻孔精度的控制，本工程钻孔精度要求如下[3]：(1)开口孔位置偏差应控制在±0.1 m内；(2)钻孔角度偏差应控制在±2°内；(3)钻孔深度误差控制在5%以内。

钻孔前，对山坡树木、植被进行砍伐清坡工作。清坡完成后进行测量工作，确定开挖范围，划定边坡轮廓线；爆破技术人员依据测量成果，按设计方案布置光爆孔，并做好标记；钻孔前需修建钻孔平台，平台需尽量平整。

钻孔时，钻机从后排至前排采取后退式钻孔。钻孔前需认真调整好钻头位置，孔口位置偏差应控制在±0.1 m内，根据边坡设计要求调整钻孔角度与方向，可在钻机机架上吊一垂线，用标准角尺调整、校正钻孔角度<2°；钻孔接近孔深最后1～2 m时，要严格控制钻孔进尺，孔深误差需<35 cm。

钻孔后，用废旧编织袋堵塞炮孔口，盖上砂土袋保护炮孔。钻孔完毕需尽快进行爆破作业，以免炮孔进水、被杂物堵塞或产生形变破坏。

4.2装药结构

采用分段间隔装药，将药柱分为两段装入炮孔，药柱之间以细树枝、竹篾片或特制的水袋隔开。装药前需核实炮孔孔深，以免炮孔存在堵塞、孔深减小，未疏通即装药易造成冲孔、飞石事故。合理利用炮棍(宜做刻度标记)，掌握和控制装药长度、装药部位。

4.3堵塞

堵塞材料采用炮泥或钻孔岩粉，用炮棍轻轻捣实。需注意：(1)炮泥不得混有大块岩块或土块；(2)不得拉扯孔内导爆管雷管角线，以免造成拒爆。

4.4起爆网络

为有效控制爆破飞石、爆破地震，采用孔内外毫秒延时起爆网络，采取逐孔起爆方式，从自由面开始，由前至后，逐孔逐排起爆，如图3所示。

图3　逐孔起爆网络图

5　光面爆破效果分析

(1)光面爆破后，开挖边坡上半孔率达85%以上；

(2)炮孔壁上无爆破裂纹；

(3)开挖坡面平整、美观，超欠挖引起的开挖面凹凸起伏差≤15 cm；

(4)有效控制了爆破对边坡和围岩的损伤，爆后形成了光滑、平整、美观的开挖边坡；

(5)采用逐孔起爆方式，降低了爆破震动及爆破飞石的危害效应，最大限度地减小了爆破震动对开挖边坡、周边高速公路及公路附属设施的影响。

6　结语

(1)从工程实践来看，光面爆破效果明显，边坡质量得到有效控制，无明显超挖欠挖现象，开挖面光滑平整，确保了路堑边坡的稳定性。

(2)光面爆破对光爆孔钻孔精度、装药结构、装药量等技术参数要求较高。爆破参数的选取应依据现场爆破试验为准，同时需要进行精确的测量工作与钻孔精度的严格控制，才能达到良好的光面爆破效果。

(3)相比常规爆破，光面爆破钻孔数量多、精度要求高，施工成本较高。但光爆形成的开挖边坡质量较好、稳定性较高，节省了公路运营期边坡地质病害防护费用，从长远而论，光面爆破具有较好的综合经济效益。

[1]蔡竹聪，徐建坤，王黎明，等.公路路堑边坡光面爆破控制关键技术[J].路基工程，2013(3)：41-42.

[2]王舒毅，刘宏刚.柳桂高速公路罗山石质路堑光面爆破[C].第五届铁路工程爆破学术会议论文集，1996.

[3]张志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2002.

Application of Smooth Blasting Technology in Cutting Slope Expansion Pro-ject of Existing Expressway Lines

WEN Chang-sheng，HUANG Meng-chang，ZHOU Fu-hua，NIU Hong-mei

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

In combination with cutting slope expansion project of Liuzhou-Nanning Expressway K1248 +800～YK1266+500 section，this article introduced the construction scheme and blasting parameters of smooth blasting，initiation network design，as well as control measures of smooth blasting construction，and described the blasting effect，then pointed out that the hole-by-hole initiation network can reduce the impact of blasting vibration and flying stone on the highway and highway ancillary facilities，which can meet the“construction while the traffic”requirements.

Smooth blasting；Hole-by-hole initiation network；Reconstruction and expansion project；Cut-ting slope expansion；Existing expressway lines

2016-05-10

U416.1+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.004

1673-4874(2016)06-0013-03

文昌盛(1982—)，工程师，主要从事公路安全方面的研究工作；

黄梦昌(1988—)，工程师，主要从事公路工程爆破及课题研究工作；

周富华(1970—)，教授级高工，主要从事公路岩土工程设计与施工工作；

牛红梅(1981—)，工程师，主要从事地质灾害危险性评估及课题研究工作。

2014年度广西交通运输科技项目“广西高速公路既有线扩堑石方控制爆破安全技术研究”(桂交科教发【2014】48号)；2015年度南宁市科学研究与技术开发项目“广西干线公路地质灾害智能应急响应系统研究”(南科发【2015】17号)