高边坡开挖爆破技术研究

高边坡开挖爆破技术研究

王朋飞 1 强伟东 2

1. 中电建生态环境集团有限公司、广东省深圳市、518102

2. 中国水利水电第十六工程局有限公司、福建省福州市、350001

摘要：近年来，随着经济的发展，我国的现代化建设的发展也有了改善。在开挖过程中，选择合适的爆破方法是非常重要的，明确爆破数据，合理掌控炸药的爆破程度，将影响岩石稳定性的因素降到最低，从而提升爆破效果，确保施工安全，同时减少超、欠挖，提高公路工程质量及进度。

关键词：高边坡开挖爆破；技术；研究

引言

从爆破规模和速度上来说，边坡开挖由最早的小规模、缓慢爆破，发展到了目前的大规模、高速开挖爆破，从爆破工艺上来说，经历了从简单手风钻爆破、药壶爆破、洞室爆破、浅孔台阶爆破、深孔台阶爆破，洞室加预裂爆破，发展到目前的深孔台阶加预裂和光爆的组合爆破方法。边坡开挖爆破与边坡本身的规模、地质结构和施工设备等有关，但对于大规模的特高边坡，深孔台阶加预裂和光爆的组合爆破方法已经是目前普遍采用的开挖方式。但细部的完善还有许多工作要做。

1地质构造

区域范围内断裂发育，以北北东向、北东向、近南北向和北西向断裂为主，延伸一般数公里至余公里。其中北北东向、北东向断裂成带出现，延伸长；北西向断裂规模小，延伸短。该构造单元周围为深、大断裂围限，为一断裂隆起地块，先后历经加里东期、华力西一印支期、燕山期等多次构造运动。燕山晚期强烈的地质构造运动基本结束，区域第四系以来新构造运动以继承性的断裂活动和断块差异隆起为主要特征，以大面积的间歇性上升为主，差异活动不强烈，挽近期地壳抬升速度相对减弱，渐趋缓慢，区域构造稳定性好。控制地块断裂属长期活动的深、大断裂或断裂带，构造线方向主要为近东西向、北东向北北东向及北西向为主。北部近东西向的萍乡——广丰深断裂为扬子准地台与华南褶皱系在江西省的分界线，江西省境内延伸约400km，形成不晚于晋宁期，多期活动，由一系列北东向逆冲或斜冲断层组成的巨大断裂带，带宽数百米，距工程坝址区约40公里。西侧北西向的鹰潭——瑞昌大断裂为三级构造单元分界线，江西省境内延伸约260km，断裂大部分被掩盖，形成于印支运动，燕山运动期间活动强烈，张剪性，距工程坝址区约12km。东侧近南北向的铅山陈坊—湖坊断裂为四级构造单元分界线，由一系列北北东向左行压扭性断层组成，断层发育于二叠系地层中，南端切割了燕山期花岗岩，延伸30余公里，中间带宽达100m，两端宽仅20m～30m，距工程坝址区约30km。

2边坡开挖与支护工程特点、难点及可预见风险

1、工程特点：

（1）拟建公路沿线未见明显的滑坡体和较大规模的崩塌堆积体发育，沿线分布的堆积物主要为残坡物和冲洪物，沿线岸坡整体稳定；

（2）施工段山体陡峭，路堑挖方量大，土石方调配难度加大；需要安全管制，现场管理难度大，施工周期长；

（3）施工作业面狭小，施工机械设备进出效率低下，不可预见的施工风险增多。工程区在黄金寨大桥段河谷处分布有冲洪积砂。

（4）工程区沿线未见危岩出露，但区内分布粗粒花岗岩，普遍存在球状风化现象，如钻孔 DZK19揭露最为典型，上表层为腐植层，中风化花岗岩危岩体分布于残坡积土及全风化基岩中，建议路基路堑施工采取工程措施。卵砾石堆积体，堆积体对桥梁施工存在影响，需要在桥梁施工时挖除整治处理。

2、施工难点：本项目高边坡最高边坡达50.93m，施工存在难度。

3、可预见风险：边坡支护施工为高处作业，可能发生高处坠落、物体打击风险；施工机械在高处作业存在机械伤害、设备事故风险；石方开挖施工需进行爆破作业，存在爆破事故风险；边坡高度大，如遇强降雨可能发生滑坡等地质灾害。

3高边坡开挖爆破技术研究

3.1排水设施的断面形式及尺寸

1、路堑边沟釆用矩形横断面，其断面形式为底宽0.6m，深0.6m的矩形，采用C20混凝土，加固厚度为0.20m，沟底的纵坡不应小于0.5%。

2、排水沟釆用梯形横断面，其断面形式为底宽0.6m，深0.6m的梯形，内外侧边坡坡率均采用4：1，采用M7.5浆砌片石，加固厚度为0.35m，沟底的纵坡不应小于0.5%。

3、截水沟分为平台截水沟和路堑坡顶截水沟。挖方平台截水沟断面形式为底宽0.4m，深0.4m的矩形，加固厚度为0.15m，采用C20混凝土；填方平台截水沟因兼作人字形骨架防护的基础，断面形式采用底宽0.4m，深0.4m的梯形，加固厚度为0.30m~0.38m，采用M7.5浆砌片石；路堑坡顶截水沟断面形式为底宽0.5m，深0.5m的矩形，加固厚度为0.15m，采用C20混凝土。4、边沟、排水沟、截水沟等排水设施，其出水口受地形限制，落差较大时或填挖分界处设置急流槽。急流槽横断面形式为矩形，槽身采用C20钢筋混凝土，急流槽的设置应结合地形、地质情况，一直延伸至沟底或无冲刷处。

5、对于挖方路段，在路面垫层下（紧贴边沟内侧）设置纵向碎石盲沟，碎石盲沟尺寸为40cm×60cm，渗沟内设Φ150mmPE硬透水管，于填挖交界处将渗沟内的水引入急流槽排出，或通过横向排水管及时将渗水引至边沟内各排水结构断面尺寸、盖板断面和工程数量见路基排水设计图。在施工过程中，还应注意排水沟渠与当地排灌系统协调，重视环境保护，防止水土流失和水源污染，做到因势利导、因地制宜。

3.2土方边坡开挖

边坡工程开挖采用人工配合机械开挖，要求严格按照从上至下的开挖顺序逐级开挖，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开挖，逐级开挖逐级加固，直至全部防护工程结束。

在开挖过程中，根据边桩位置，预留0.2～0.3m的保护层，以利于人工修坡，施工时逐层控制，每10m长边坡范围插杆进行人工修刷。开挖中发现土层性质有变化时，及时报监理工程师，合理修改方案。

开挖时沿路线方向开施工便道，便道纵坡应保证自卸汽车空车在正常情况下能顺利爬到坡顶，为施工安全，在路线左右幅各开一条施工便道，上下汽车分道行驶。挖掘机从高至低分层分幅开挖，每层开挖深度控制在3～5m，每幅宽度控制在8～10m。开挖采用挖掘机，配合自卸车运输。

3.3预裂爆破

边坡开挖采用预裂爆破，不耦合间隔装药方式进行爆破。陡于1:0.5的边坡钻孔以CM351高风压钻机为主，潜孔钻YQ100B型辅助作业，预裂孔深度根据基础台阶高差或马道高度确定，大于10m高的台阶或马道主爆区采用分层爆破，但边坡需一次预裂。其它缓于1:0.5边坡建基面边坡采用YQ100B或高风压潜孔钻机造预裂孔，并需搭设钻架配合潜孔钻钻孔。先形成预裂缝，降低主爆区爆破时对边坡及支护的振动影响；不偶合间隔装药使预裂爆破区受力均匀，成缝贯通，避免边坡因集中装药造成的破碎或贴坡现象。

选用φ32mm的乳化炸药，采用不耦合空气间隔装药结构，线装药密度△线＝300～400g/m控制。预裂或光面爆破起爆网路采用塑料导爆索传爆，起爆方式采用数码电子雷管。其中，预裂孔起爆时间应超前主爆孔100ms以上，光面孔应滞后主爆孔150ms以上。

根据岩石的类别、岩性类比工程经验，初拟爆破参数如下：

1、爆破孔孔径D=90～105mm

2、孔距：a=（7～12）D

其中a——炮孔孔距（mm） D——爆破孔孔径（mm） 故a=700～1200mm

取预裂孔孔距a=1000mm

3、钻孔深度L=3～14.6m

4、药卷直径d=32mm

5、不偶合系数Dd=D/d=2.81

6、装药结构：间隔装药

7、填塞长度L2=1.0m

3.44.6.3.3排间微差接力起爆网络

深孔梯段爆破网络均采用排间微差顺序爆破网络，同排炮孔内装同段非电雷管，将它们连接在同一股导爆索的支线上，然后再将各排导爆索连接在主导爆索上。当单响装药量大于300kg时，中间需再串接2段的非电雷管分段起爆。

对于高边坡、大面积的台阶开挖，开挖施工完成后，需进行上一层次的边坡支护，所以爆破振动效应及爆破振动破坏成为关键性问题。降低梯段爆破单响药量、改变爆破方式，是保护永久边坡和降低爆破地震效应的有效手段。主爆破孔采用排间微差顺序起爆的网络连接，能够最大限度的降低单响药量。

预裂爆破是保护永久边坡和降低地震效应最直接有效的手段，而且紧靠永久开挖面，虽然整体装药量较小，可进行分段爆破，最大单响药量不大于50kg，以减轻爆破本身对边坡稳定的不利影响。

根据我公司在构皮滩、思林、沙沱水电站的实地爆破施工经验，初步设计排间微差时间为大于75ms。

结语

总之，在高陡边坡的开挖爆破的过程中，我们一定要选择最适当地开挖爆破技术，尽量避免高边坡开挖技术对边坡稳定性造成不利影响。

参考文献

[1]正宇，中国爆破新技术，冶金工业出版社，2002（5）

[2]袁海忠，贵州光照水电站高边坡开挖爆破，爆破，2007(1)

[3]喻胜春，爆破振动作用下影响中隔墩动态响应的因素分析，武汉大学，2001（3）