光面爆破技術(shù)在龍華口水庫(kù)上壩公路開挖中的應(yīng)用

張銳杰

(山西省水利建筑工程局)

1 工程簡(jiǎn)介

龍華口水庫(kù)為碾壓混凝土大壩，位于盂縣下社鄉(xiāng)會(huì)里村龍華河上游約0.5 km處，214省道石陽(yáng)公路穿越壩址。施工時(shí)結(jié)合214省道主干交通道路規(guī)劃永久上壩公路，從壩上游右岸214省道接線，沿右岸山坡修一條至右岸壩頂?shù)牡缆罚瘘c(diǎn)高程約550 m，終點(diǎn)高程575 m，長(zhǎng)約450 m，路面寬度8 m，最大縱坡約10%，邊坡開挖高度約10 m左右。開挖巖石主要為黑色斜長(zhǎng)片麻巖，堅(jiān)固系數(shù)等級(jí)(f)為4－6級(jí)。

2 開挖方案

爆破對(duì)巖石邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在開挖形成新的坡面，改變了原始地形對(duì)坡腳的約束條件，爆破應(yīng)力波與地震波的動(dòng)力作用削弱了巖體結(jié)構(gòu)的抗剪能力，改變了結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。上壩公路邊坡石方開挖采用光面爆破與深孔爆破相互結(jié)合的微差控制爆破技術(shù)，有效地維護(hù)了邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，減少了爆破對(duì)邊坡的破壞程度。在開挖中深度控制在10 m左右，邊坡采用光面爆破，主炮孔與周邊光面孔均采用潛孔鉆按設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行鉆孔。

3 爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)主要為爆破參數(shù)選擇，包括臺(tái)階高度、孔距、排距及單位裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、網(wǎng)路形式等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件來確定施工爆破參數(shù)，滿足公路邊坡開挖設(shè)計(jì)要求。初步擬定爆破參數(shù)如下。

3.1 深孔爆破參數(shù)的選擇

(1)鑿孔。依據(jù)工程情況，鑿孔采用 QZJ－100B型潛孔鉆，孔徑D=90 mm。

(2)孔距與排距。為降低爆破振動(dòng)效應(yīng)，減少大塊率，達(dá)到良好的破碎效果，選擇孔距a=3.0 m，排距b=2.5 m，矩形或梅花形布置。

(3)底盤抵抗線W的確定。底盤抵抗線是緊臨臨空面第一排爆孔根部到臨空面的距離，取W1=

2.0 m。

(4)鉆孔傾角α。根據(jù)實(shí)際，取1∶0.3。

(5)梯段高度H。合理確定梯段高度，可以有效保證鉆孔準(zhǔn)確率，提高鉆孔工效。依據(jù)邊坡高度、鉆孔機(jī)械的鉆孔能力和操作人員的施工技術(shù)水平，合理確定梯段高度。根據(jù)設(shè)計(jì)邊坡，取H=10 m。

(6)超鉆孔深h。h=10·D=0.9 m。

(7)鉆孔深度L。按公式計(jì)算:L=(H+h)/sinα。

(8)堵塞長(zhǎng)度L2。L2=(20－30)D，取L2=25D=2.2m。

(9)單位耗藥量q。巖石的爆破性能與巖石物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，巖石越硬、越完整，風(fēng)化程度越弱，單耗越高;使用的炸藥威力越小，單耗越高。根據(jù)地質(zhì)資料，巖石的堅(jiān)硬度系數(shù)為f=4－6，選取 q=(0.40 －0.50)kg/m3。

(10)單孔裝藥量Q計(jì)算。第一排孔的每孔裝藥量為:Q=qaW1H;從第二排起，以后各排孔的每孔裝藥量為:Q=kqabH(式中k為克服前排孔巖石阻力的增加系數(shù)，一般取1.1－1.2)。

3.2 光面爆破參數(shù)確定

(1)最小抵抗線W光。光面爆破W光選擇好壞，直接關(guān)系光爆效果和邊坡的穩(wěn)定性。W光過大，爆破后大塊多，底盤處形成石坎，需進(jìn)行手風(fēng)鉆二次處理;W光過小，則光爆效果差，殘孔率小，巖面平整度較差，甚至影響邊坡的穩(wěn)定。

采用公式計(jì)算:W光=KD

式中:K—計(jì)算系數(shù)，一般K=15－25，本工程取K=20;

D—鉆孔孔徑，D=90 mm。

代入上式計(jì)算得:W光=1.8 m。

(2)光爆孔距a。采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:a=mW光

式中:m—比例系數(shù)，取m=0.6－0.8。

計(jì)算得:a=(0.6－0.8)×1.8=1.08－1.44。通過爆破試驗(yàn)，選取a=1.0m。

(3)光面爆破線裝藥密度q光。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和地質(zhì)情況確定光爆孔的線裝藥密度，一般q光=200－300 g/m。通過爆破試驗(yàn)，確定 q光=250g/m。

(4)起爆時(shí)間間隔。光面爆破要遲于主爆孔起爆，一般間隔為Δt=50－100 ms。

(5)底部加強(qiáng)藥長(zhǎng)度。為了保證底部爆破效果，一般的光爆孔在底部設(shè)加強(qiáng)藥量:H≥10 m時(shí)，應(yīng)在底部1－2 m范圍內(nèi)增加3－5倍的線裝藥密度，為750 g/m。

4 光面爆破施工

4.1 鉆孔

首先測(cè)量人員按設(shè)計(jì)邊坡準(zhǔn)確放出開口邊線，根據(jù)不同地形對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行定位編號(hào)，測(cè)出孔口高程，根據(jù)鉆孔傾角，計(jì)算出鉆孔深度。鉆孔作業(yè)人員嚴(yán)格控制鉆孔深度和角度，作業(yè)過程中要隨時(shí)檢查鉆孔傾角，以符合設(shè)計(jì)邊坡坡度。

4.2 裝藥與堵塞

鉆孔作業(yè)完成后，由技術(shù)人員對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行檢查驗(yàn)收，給出鉆孔成果圖，然后根據(jù)爆破設(shè)計(jì)及實(shí)際鉆孔情況計(jì)算出每孔的實(shí)際裝藥量，按照設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥。

(1)裝藥結(jié)構(gòu)。周邊光爆孔的裝藥應(yīng)采取不偶合間隔裝藥，以保護(hù)保留巖體不受破壞。一般爆破孔采用偶合間隔裝藥。不偶合間隔裝藥與偶合間隔裝藥見圖1。

(2)裝藥與堵塞。裝藥時(shí)先將孔內(nèi)的粉渣及積水用風(fēng)管吹沖干凈，按設(shè)計(jì)裝藥量進(jìn)行裝藥。根據(jù)光爆孔線裝藥密度，將炸藥均勻間隔綁扎在竹片上，連導(dǎo)爆索一起緩慢送入孔內(nèi)。光爆孔堵塞長(zhǎng)度L2為1.0－1.5 m，堵塞材料為鉆孔巖粉或粘土，堵塞前先用紙團(tuán)封住藥口，防止巖粉漏入下部空間。

(3)起爆網(wǎng)絡(luò)。起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)為非電毫秒雷管孔外延時(shí)微差控制爆破，采用導(dǎo)爆索配合非電毫秒雷管接力網(wǎng)路，嚴(yán)格控制單響藥量，保證邊坡穩(wěn)定。

圖1 間隔不偶合與偶合裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

5 安全距離控制

5.1 飛石安全距離RF

按公式計(jì)算:RF=20n2WKF

式中:RF—安全距離，m;

n—爆破作用指數(shù);

W—最小抵抗線;

KF—安全系數(shù)，通常取1.0－1.5，當(dāng)風(fēng)速大而又順風(fēng)方向時(shí)取1.5－2.0。

定向拋擲爆破、單側(cè)松動(dòng)爆破、抵抗線較大的藥包爆破以及土中爆破等，用上述公式計(jì)算出的安全距離往往偏大。根據(jù)上式計(jì)算，飛石安全距離為RF=225 m，根據(jù)爆破安全規(guī)程，取300 m。

5.2 爆破安全震動(dòng)

在野外進(jìn)行爆破施工作業(yè)，作業(yè)區(qū)500 m范圍內(nèi)沒有重要建筑物與文物，最大震動(dòng)速度控制在《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的允許范圍。

6 爆破效果分析

本工程共進(jìn)行了6次大規(guī)模光面爆破，鉆孔總進(jìn)尺4 000余m。光爆后邊坡壁上留下的殘孔率達(dá)80%以上，整個(gè)工程沒有發(fā)生由于爆破處理不當(dāng)而使邊坡巖石受到損傷，殘留孔壁上沒有產(chǎn)生爆破裂紋，爆破所形成的邊坡平整、美觀，有效維護(hù)了邊坡的穩(wěn)定。

7 結(jié)束語(yǔ)

光面爆破和預(yù)裂爆破均是保證邊坡穩(wěn)定，做到邊坡平整、美觀的重要技術(shù)措施。光面爆破在龍華口上壩公路石方邊坡開挖中取得了良好的爆破效果，可在水利、公路等石方邊坡施工中廣泛應(yīng)用。