复杂条件下高边坡石方开挖爆破防护技术应用

曹林祥 曾波存

(中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武汉 430011)

0 引言

随着高速公路的飞速发展，高边坡施工对工程的施工及运营影响越来越大，高边坡爆破开挖是最重要的环节之一。如何通过爆破控制高边坡开挖对周边环境的影响及减少对边坡的稳定性的影响，值得重视与借鉴。

1 工程概况

大岳高速一标地处构造剥蚀丘陵，山体相对高差50 m～60 m，山体自然坡度30°～40°，谷地多辟为农田，路基设计最大边坡高度为58.5 m，中心最大挖深21.0 m。地层一次为全风化花岗岩(厚1 m～5.0 m)、强风化花岗岩(厚18 m～22 m)、中风化花岗岩(钻探揭露厚度为5.6 m)。该段地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水，受季节影响小。

2 边坡稳定性分析

右侧边坡最大高度约33 m，左侧边坡最大高度约58.5 m，边坡岩体为强风化花岗岩，经分析该边坡破坏形式主要为坡体沿强风化中风化分界面产生的类土质圆弧滑动，计算采用理正软件，计算得该边坡开挖后安全系数为0.963。

3 主要施工工艺及措施

3.1 工程措施

根据边坡稳定性分析评价，拟采用以下边坡加固防护措施：

1)边坡坡率。

路堑边坡采用台阶式边坡，坡率采用：1级～4级边坡坡率采用1∶1；5级～7级边坡坡率采用1∶1.25。台阶式边坡每隔8 m设一级平台，平台宽2 m。

2)边坡加固工程。

左侧1级～3级边坡采用非预应力锚杆框架加固，右侧1级～5级边坡采用预应力锚索框架加固。

3)排水工程措施。

本段边坡坡体地下水不发育，根据边坡施工开挖情况，及时进行动态跟踪设计，确保边坡排水畅通。

3.2 施工组织

按照从上至下的开挖施工顺序逐级开挖，做到边坡开挖一级防护一级。

对于设有锚固工程的高边坡工程开挖，待上级边坡锚固工程全部实施并产生加固作用后方可进行下级边坡的土方开挖作业，逐级开挖，逐级加固。

对于石质边坡开挖，接近路堑边坡工程部位严禁采用大爆破，要求距设计坡面一定范围内一律采用光面控制爆破，对于硬质岩石石方应采用光面、预裂爆破。

坡顶危石清理方案的制定是本次爆破设计的重点，坡顶危石一旦滚落，就会顺着坡面越来越快，直接冲击到坡下的坟地；同样的，爆破产生的飞石也会顺坡而变成滚石的，危害一样大。

3.3 危石危害控制措施

1)危石清理方法选择。

危石清理主要方法有三种，一是人工削方清理，二是爆破破碎清理，三是膨胀碎裂清理。其中人工削方清理方法适用于强风化岩层、岩体破碎且无大岩块处；爆破破碎清理方法适用于岩体坚硬、块度大处；膨胀碎裂清理方法与爆破破碎清理方法相似，是通过钻孔装药(静态膨胀剂)膨胀破碎再配以人工清除，此法施工简单、安全，但投资略高。

考虑到现场实际情况，确定采用人工削方和爆破破碎相结合的清理方法对本工程复杂条件下深路堑边坡开挖工程的坡顶危石进行清理。

2)危石清理工作布局。

为了确保整个危石清理工作安全有效地开展，必须要将整个危石清理工作从空间和时间上进行合理地分布。

从空间分区上看，将整个开挖区分为两大部分，即危石清理区和常规爆破区。危石清理区主要指产生的爆破滚石能够影响到右侧岳阳方向坡下坟地的开挖区域，原则上坟地水平线上方的区域都是该区域；其他区域则为常规爆破区域。

从开挖时间顺序上看，先清理靠岳阳方向的危石，让其直接滚落到山下的征收空地中，形成有效的补偿空间，再逐渐向临湘方向进行清理，最小抵抗线方向尽量朝向岳阳方向或路基方向；清理工作遵从由上往下的顺序。

3)危石爆破破碎技术。

路堑爆破工作布局：根据现场爆破具体情况，主体爆破采用全双路堑分层台阶爆破开挖，局部爆破采用半路堑分层/单层台阶爆破开挖，对应边坡处都采用预裂光面爆破开挖。

为了有效控制飞石飞散，减少爆破块度，根据爆破条件的变化，合理确定炸药单耗和爆破参数，采用岩屑堵塞孔口并捣实，保证炮孔的堵塞长度和质量，采用密打孔少装药。

3.4 滚石危害控制措施

1)滚石基本形成。

滚石是因爆破松散碎石顺坡滚下形成，即使能控制到爆破岩石的散而不抛(实际上是难以做到的)，坡面的势能也会推动碎石下滚形成滚石。

2)滚石危害控制。

通过对爆破区周边环境的调查，由于山高坡陡且爆区紧临坟地，万一滚石落入坡下的坟地，将会产生不良的社会影响和造成一定的经济损失。

控制滚石危害应从主、被动两个方面入手，重点考虑四个问题：一是如何降低滚石速度；二是如何减小滚石块度；三是如何减弱滚石弹跳；四是如何拦截滚石。

3)降低滚石速度。

降低滚石速度的主要措施就是降低炸药单耗。在进行药孔参数设计时，炸药爆炸作用指数必须按照微量松散爆破漏斗来开展。

爆破参数中炮孔底盘抵抗线、炮孔填塞长度、炸药单耗、地形地质条件的变化都影响爆破能量的合理分布，稍有变化就会出现炸药爆炸能量过剩，从而推动碎石运动，增加了飞石和滚石的初速度。装药施工必须根据地形地质情况调整装药，起爆网路联结和毫秒微差雷管段数选用也对飞石产生影响。

4)减小滚石块度。

山坡的存在，也会促使碎石向坡下滚动。减少滚石动能破坏的另外一个重要措施就是减少单个碎石的块度，必须确保爆破块度均匀，尽量不出现特别大的块石。其控制主要措施就是优化孔网参数，即：一是采用微倾斜炮孔，使得抵抗线基本均匀；二是采用梅花形布孔，确保炮孔分布均匀；三是确保填塞长度适中，同时保证填塞质量；四是减少炸药在炮孔中的集中程度，尽量沿全长均匀分布；五是必须提前清除面上松石和浮石。

5)减弱滚石弹跳。

爆破碎石沿山坡向下滚动，当其遇到凸出物后，相互碰撞，如果碰撞角度合适，会产生撞击跳动。根据动量守恒原理，碎石越小弹跳越高，碎石越大，弹跳越低。减弱滚石弹跳主要措施为：一是优化爆破破碎顺序，尽量由下向上开挖，减少碎石随坡一路滚下可能；二是密打孔优化块度，避免块度不均匀；三是及时清除爆破碎石和坡面松石，减少二次碰撞。

6)构筑滚石拦截台。

由于坡面角比较大，人工削方和爆破破碎后的松石都会顺坡由上向下滚动，直接威胁到坡下的坟地，因此必须采取必要的拦截防护措施。

拦截防护是一种被动防护，综合考虑坡度、成本及拦截效果，确定采用的滚石拦截防护主要措施为构筑滚石拦截台。

7)滚石破碎清运。

每次爆破的碎石会沿坡面自然滚落到拦石墙前方的落石槽中进行收纳，当滚石收纳到一定数量时，必须进行及时破碎并清运，只有完成有效清理并检查合格后，才能进入下一次爆破作业。

3.5 爆破飞石控制措施

1)爆破飞石形成。

石方爆破时，部分岩块脱离岩体抛掷至远处，形成爆破飞石。

2)爆破飞石距离。

飞石抛落距离取决于抛射角、初速和地形、风向等各种因素，飞石本身形状和尺寸也有很大影响。

山区爆破要考虑地形影响，沿山坡下方抛散时飞石抛落距离为：

其中，V0为飞石初速度,m/s；α为飞石抛射角，(°)；β为山体坡角，(°)；g为重力加速度，取10 m/s2。

抛射角α=45°时飞散最远，大量测试数据表明，松动爆破时飞石初速约为10 m/s～20 m/s，本处山体坡角约45°，于是可以计算出爆破飞石最远距离为：20 m～80 m。实践证明，正常浅孔松散爆破的飞石一般不会太远。但由于过量装药、介质不均匀性、起爆顺序错误等种种原因，个别飞石距离可能大于200 m，甚至更远。

3)飞石控制措施。

按设计方案科学施工，严格测量验收，是爆破飞石控制的关键。钻孔前应该将表面覆土清除干净；装药前应认真校核各炮孔最小抵抗线及间/排距，如有变化，必须修正装药量，不准超装药量。同时采用低爆速炸药，不耦合装药、挤压爆破和微差起爆等，可以起到控制飞石的作用。

4 结语

通过以上内容对复杂条件下深路堑高边坡石方开挖爆破的施工主要从边坡加固防护措施、施工组织、控制措施三方面入手，着重对危石危害、滚石危害、爆破飞石控制措施提出相应的一些建议，以保证高边坡石方爆破施工的安全性、高效性。

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[2] 陈谋新,金人夔.电化铁路路堑边坡的爆破开挖技术[J].铁道工程学报,1995(3):98-104.

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