大孔径毫秒延期切割爆破技术在孤块山体快速施工中的应用

蔡泽军　曹　锋

(广东省地质局第五地质大队)



大孔径毫秒延期切割爆破技术在孤块山体快速施工中的应用

蔡泽军曹锋

(广东省地质局第五地质大队)

摘要某高速公路建成后，在一跨线桥0.5 m处有一座裂隙发育的石灰岩孤块山体，严重影响行车安全。经过对孤块山体本身及周围环境的分析，采用大孔径毫秒延期切割爆破技术进行了处理，爆破效果显著，保证了高速公路的行车安全。

关键词切割爆破快速施工孤块山体

1　工程概况

某高速公路建成后，在距公路跨线桥0.5 m处有一长约20 m、厚约10 m、高约20 m的石灰岩孤块山体。此孤块山体在常年雨水侵蚀下，裂隙比较发育，其上长有灌木、藤类植物，植物根系发达，植入到山体石块里，导致松散石块较多，给建成后的高速公路带来重大安全隐患，必须将其爆破拆除。

该孤块山体地处岩溶峰丛洼地、谷地地貌区，孤块山体旁为裸露型强岩溶化区，山体表面岩溶发育，多处可见岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶沟、石芽等岩溶现象。此孤块山体为原山体裂隙崩落而成，山体上灌木、藤类植物较密集，山上岩石松散，极易形成滚石。

孤块山体北面80 m处为省道S347，南面为山地，200 m内无其它建构筑物，西面为稻田，省道S347，东面230 m处为武广高铁(中间山体隔断)。孤块山体周围环境见图1。

2　爆破设计

2.1重点难点分析

(1)待爆山体距离武广高铁230 m，爆破振动可能会对高铁产生影响。

(2)工期紧，采用一般凿岩机钻孔速度慢，且节理裂隙发育，容易造成卡钎现象，爆破施工速度慢。

(3)待爆山体为孤块山体，大型施工机械无法上到顶部作业，如果采用小孔径潜孔爆破，则需进行多次爆破，每次爆破后的爆渣清理较困难，并且施工周期长。

图1　爆破点四周环境示意

2.2爆破总体方案

为达到方便、高效、安全的施工效果，决定采用底部倾斜中深孔毫秒微差爆破施工方法，降低最大一段起爆药量，将爆破体切断，利用爆破体自重及爆破体自身裂隙发育的特点，沿炮孔倾斜方向下滑倾倒解体。此方法一次钻孔装药后即可将待爆体爆破分解，爆破后爆渣全部爆落至地面，无需进行多次爆破及清渣。待爆山体炮孔布置见图2。

2.3爆破参数设计

(1)炮孔孔径d。采用全液压钻机钻凿，钻孔孔径d=90 mm。

(2)最小抵抗线W。本爆破是将待爆体截断，最小抵抗线应为炮孔孔底至爆破体临空面的距离，W=(25～40)D=2.25～3.6 m，为使待爆体临空面爆渣抛出，确保上部岩体下滑倾倒，取W=2.4 m。

(3)孔距a。a=RW=2.4 m，R为炮孔邻近系数，一般取1.0～1.5，取R=1.0。

(4)排距b。为使待爆体炮孔处能够充分破碎，采用两排炮孔呈三角形布置，排距b=0.5a=1.2 m。

图2　待爆山体炮孔布置剖面

(5)钻孔深度L。钻孔深度为炮孔处沿30°方向爆破体长度Lz与最小抵抗线的差值，即L=Lz-2,由于待爆体厚度不均，每个炮孔的深度L不定。

(6)堵塞长度Ld。取Ld=1.2W=2.4 m。

(7)炸药单耗q。根据附近同岩体的爆破经验，并保证爆破部位爆后石块较碎，易于使上部岩体下滑倾倒，取q=0.55 kg/m3。

(8)装药结构。为减少爆破振动，采用不耦合连续装药结构，每延米装药量为2 kg。

爆破参数及炮孔装药量见表1。图3为爆破网络示意图。

表1　爆破参数及炮孔装药量

图3　爆破网路示意

3　爆破安全控制措施

3.1爆破振动控制

爆破体周围300 m范围内，除了正在运行的武广高铁外无其它建构筑物，但高铁距爆破作业点185 m处为岩石高边坡，且岩石节理裂隙较发育，如果爆破振动造成高边坡岩石滚落并抛落到铁轨上将会造成严重的安全事故。为了安全起见，根据地震波传播公式[1-2]：

(1)

式中，R为爆破振动安全允许距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg；V为保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s；K，α分别为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数,中硬岩石K=150～250,α=1.5～1.8。

取K=200，α=1.6，V=0.5 cm/s进行安全校核。

将数据代入式(1)，计算出最大一段允许起爆药量为Q=83.45 kg，根据炮孔装药量表，决定一次起爆两孔，每段起爆间隔采用普通毫秒导爆管2段进行延期，延期时间为25 ms，每个孔内装两发11段普通毫秒延期导爆管，孔内导爆管延期时间同为460 ms，确保孔外延时雷管全部引爆后，孔内雷管才开始引爆。

3.2爆破飞石控制

深孔爆破飞石距离按经验公式计算[3-5]：

Rf=20Kfn2W ,

(2)

式中,Rf为爆破飞石安全距离，m；Kf为安全系数，一般Kf取1.0～1.5；n为爆破作用指数；W为最小抵抗线，m。

取K=1.5，n=1.0，W=2.4 m，计算得Rf=72 m。

爆破最小抵抗线方向最近距离为80 m的省道S347及稻田，除此之外300 m范围内无其它需保护的构建筑物，最小抵抗线相反方向230 m处为武广高铁，中间有山地阻隔，爆破飞石不会对高铁产生影响，为防止爆破时个别飞石对人员、车辆等造成损害，划定300 m为爆破警戒范围，对省道S347距离爆破点400 m范围设置交通封锁岗，防止爆破时车辆、人员进入封锁范围。

3.3爆破噪声控制

采用深孔爆破，炮孔均采用黏土与岩粉制成的炮泥进行炮孔填塞，爆破点地处空旷地带，爆破噪声不会对人员等造成实质性伤害。

4　爆破效果及社会效益

此次爆破工钻凿炮孔156 m,使用乳化炸药249.6 kg，普通毫秒导爆管雷管40发，从施工到爆破结束历时2.5 d。与普通爆破相比，节约了一半以上的施工成本，且施工工期短，爆破后山体全部下滑倾倒至预定位置，解体较好，爆破块度均匀，无大块石块，爆破效果超过预期。爆破效果见图4。

图4　爆破效果

5　结　语

大孔径毫秒延期切割爆破技术在石灰岩孤块山体快速施工中得到了很好的应用。实践证明，此技术在类似工程中是一种高效、安全、低成本的快速爆破施工技术，可为同类工程提供借鉴。

参考文献

[1]谢先启.精细爆破[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.

[2]王洪森,颜事龙,刘辉,等.复杂环境下露天深孔爆破的若干技术[J].工程爆破，2005，11(2)：21-24.

[3]侯云杰.深孔爆破飞石距离的计算[J].爆破，1987(1)：32-34.

[4]徐志宏.路堑山体边坡控制爆破技术[J].铁道建筑，2012(7)：91-92.

[5]闫宝杰,王松根,陈荣生.路堑山体控制爆破技术的应用研究[J].公路交通科技，2005，22(11)：65-67.

(收稿日期2016-05-06)

蔡泽军(1984—)，男，工程师，526020 广东省肇庆市瑞州区梅庵路9号。