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龙永高速高边坡预裂爆破技术及应用

2016-07-19 责任编辑:崔玮娜

毛益松1  刘国生2  陈志阳1  纪国清2

(1.国防科学技术大学九院.湖南长沙,410003;

2.中铁隧道集团四处有限公司,广西南宁,530003)

摘要:龙(山)永(顺)高速公路第四合同段需穿越一段长90m的高边坡路基。该路基地层是弱风化至微风化石灰石,属于岩溶地区,节理发育。为确保边坡稳定,减少后期的锚杆加挂网支护施工费用,克服高边坡易滑坡的隐患,采用了预裂控制爆破技术。本文主要介绍边坡预裂爆破的技术参数确定、起爆网络及施工工艺。

关键词:高边坡;预裂爆破;爆破振动

 

1工程概况

湖南省龙(山)永(顺)高速公路第四合同段路基(k17+800~k17+890)位于龙山县洗洛乡小井村。路基宽26.6m,长90m,单面边坡高度30~50m,边坡比为1:0.3或1:0.5。山体岩石为弱风化至微风化的石灰石,中厚层构造状,节理裂隙发育,岩质较坚硬,岩体较完整。单轴抗压强度为37.7~77.0MPa。

爆破周围环境复杂(见图1):东侧为山体,没有建筑物;西南侧是小井村居民楼,爆破路基边线距离最近处房屋28m,边坡顶距民房68m;西北侧与G209相距40m,过往行人车辆多。

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该高边坡爆破工程位于居民楼和G209旁,山高坡陡,是龙永高速4标路基必须穿越之地。如何做好高边坡爆破开挖成了本工程的难点。不仅要创造美观漂亮的边坡,而且要减少后期的锚杆加挂网支护施工费用,克服高边坡易滑坡的隐患,为此,决定采用预裂控制爆破技术。

2边坡预裂爆破施工存在风险及方案确定

2.1边坡预裂爆破存在的风险

针对本工程的岩石特性及施工过程中彰显的各种矛盾,对存在的爆破风险进行了如下分析:

(1)爆破飞石影响G209车辆通行和行人风险。爆破点地处G209东侧,最近处不到40m,因此岩石爆破确保交通和人员安全是重中之重。

(2)爆破震动影响周围房屋风险。小井村居民楼几乎紧挨着爆破区域,墙体是砖结构空心墙结构,有的没有构造柱和圈梁,抗震强度低,墙体已经出现风化、裂缝,所处地势较低,涨水季节经常被淹浸泡,基础不牢。

(3)岩石爆破处在岩溶地区,溶洞、溶沟、溶缝以及石芽、石笋、探头石多,裂隙发育,存在着钻孔装药困难及边坡不容易形成的问题。

2.2高边坡预裂爆破技术方案

为使边坡开挖面符合施工图纸所示的开挖线,保持开挖后边坡基岩的完整性和开挖面的平整度,边坡开挖采用深孔预裂爆破技术,确保边坡稳定。

预裂爆破边坡开挖面的不平整度应严格控制在20cm以内;边坡面应符合业主提供的施工图纸的要求;边坡开挖应自上而下进行,高度较大的边坡,应分台阶开挖,台阶高度一般不大于8m。随着开挖高程下降,应及时对坡面进行测量检查以防止偏离设计开挖线,避免在形成高边坡后再进行处理。

3预裂爆破参数的确定

3.1炮孔直径

本工程主体开挖爆破穿孔设备为φ90mm潜孔钻机,炮孔直径为φ100mm。

3.2炮孔间距(α)

本工程预裂爆破炮孔间距(α)主要参照瑞典兰格弗尔斯给出的公式确定[1]。即:α=(8~12)d(d≥60mm),式中,α为预裂爆破炮孔间距,cm;d为预裂炮孔直径,cm;对软岩或结构破碎的岩石,取小值,对硬岩或完整性好的岩石取大值.本工程预裂孔间距取为100cm。

3.3平均线装药量

预裂爆破只要求形成贯通预裂缝,而不是大量崩落岩石,也不能炸坏围岩,因此不宜采用过大的装药量。本工程采用长江科学院[1]经验公式计算装药量:

q线=0.034[σ]0.063α0.67

式中,q线为顶裂炮孔每米装药量,kg/m;σ为岩石极限抗压强度,MPa,据地质报告资料,取σ=60MPa;α为预裂孔间距,α=1.0m,那么q线=0.448kg/m。

在以上计算的基础上,经考察现场试爆效果,将预裂孔平均线装药量确定为:一般地段q线=500g/m,中硬岩体q线=350g/m。

3.4孔底线装药量(qd线)、孔口线装药量(qc线)

由于预裂炮孔深,底部夹制力大,将孔底2m范围内的线装药量增大一倍,即qd线=1000g/m。

同样,为避免预裂爆破形成爆破漏斗,减小孔口处围岩破坏,孔口堵塞段以下lm段的线装药量减小一半,即qc线=200g/m。

3.5不偶合系数(m)

本工程预裂孔采用Ф32mm卷状岩石乳化炸药,其不偶合系数为m=3.125。

4预裂孔起爆施工工艺

4.1预裂孔钻孔方法

由于履带式潜孔钻机不宜行走,故将钻机放在样架上倾斜钻孔(见图2)。使预裂孔的位置准确,对于倾斜的孔,特别是预裂面是呈某种曲折面的斜孔,放样更需仔细。这是因为斜孔的孔口与孔底并不在同一个坐标位置上,而是随该孔的倾斜度以及地面的起伏而变化。地面比较平整时,它可以通过计算来确定孔口的位置。而在实际中,地面的起伏状况往往是无规则的,想要精确地定出孔口的位置比较困难,为此,采用整体排架很方便。

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4.2装药材料准备及装药结构

为减小预裂孔间起爆时差,保证孔内所有药卷爆轰效果,边坡预裂孔采用导爆索沿预裂孔轴向全长敷设、将Ф32mm、炸药卷按设计计算值分配串绑于导爆索的装药结构(见图3),具体方法如下:

(1)孔底2m:qd线=1000g/m,Qd=2.0kg,需Ф32mm岩石乳化炸药10卷,那么炸药首尾相接,组成连续柱状药柱,用胶布将其与导爆索绑固。

(2)孔中部:q线=500g/m,每lm孔需Ф32mm乳化炸药0.5kg,那么每卷炸药间隔20cm分别与导爆索绑捆。

(3)孔口堵塞段下lm范围:qc线=200g/m,Qc=0.2kg,需用Ф32mm乳化炸药1卷,将其分为5个半卷,在此段导爆索上每隔30cm拥绑上半卷药。

为方便现场装药施工,并阻减爆炸冲击波对边坡围岩孔壁的作用,在炸药卷串导爆索一侧垫铺一条竹片,具体实施装药时,将竹片侧靠于边坡围岩侧,而使炸药卷朝向开挖侧。

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4.3起爆网路

第一个台阶布置2~3排主爆孔和一排沿边坡面的预裂孔。以第四层(顶层)台阶为例,如图4所示,预裂孔孔内用导爆索支线起爆炸药与地面一股导爆索并联搭接,导爆索由2发Ms3段导爆管雷管引爆;第1、2排主爆孔孔内装相同高段别导爆管雷管起爆炸药,分别用Ms11段、Msl3段导爆管雷管,孔外用l发Ms3段导爆管雷管逐孔延期起爆孔内雷管。3排孔的导爆管雷管组成的起爆网路一次起爆。

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5爆破效果

爆破效果具体如下:

(1)在地质条件较好的第l、3、4台阶,采用预裂爆破技术形成的边坡,清晰地显示出人工“雕琢”的痕迹:一排排残留的半壁孔,如图5所示,经清渣后统计,边坡围岩上的残留半孔率达80%以上,边坡面小平整度小于20cm。

(2)在比较风化或破碎的第2层台阶,虽然没能保留下预裂孔孔痕,但边坡壁面也较平整,没有发现明显的岩石片落现象。

(3)爆破振动感觉不明显,通过TC-4850爆破测震仪监测,其最大振动速度为1.25cm/s,小于《爆破安全规程》(GB6722—2003)要求。

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参考文献

[1]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工业出版社,2011,252~262.

[2]李爱国.预裂爆破技术在公路边坡工程中的应用[J].爆破,2002,12(4):24~25.

[3]李夕兵.凿岩爆破工程[M].长沙:中南大学出版社,2011,9:277~293.

[4]葛勇,汪旭光.逐孔起爆在高速公路路堑开挖中的应用[J].工程爆破,2008,3(1):3~38.

[5]中国工程爆破协会.GB 6722--2003爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社,2004.

摘自《中国爆破新进展》