高速公路既有線擴(kuò)塹深孔水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用

黃夢(mèng)昌，文昌盛，周富華，牛紅梅

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

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高速公路既有線擴(kuò)塹深孔水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用

黃夢(mèng)昌，文昌盛，周富華，牛紅梅

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

高速公路改擴(kuò)建工程擴(kuò)塹石方爆破需對(duì)爆破振動(dòng)、爆破飛石、滾石進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證既有公路正常通行，施工難度較大。文章依托桂海高速公路改擴(kuò)建工程，采用了高陡邊坡無預(yù)留隔墻、無鋼管排架防護(hù)的深孔水壓爆破技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了爆破的巖石松動(dòng)破碎而不飛散，確保了既有線公路的行車安全及交通通暢。

高速公路既有線；改擴(kuò)建工程；擴(kuò)塹；深孔水壓爆破；交通通暢

0 引言

隨著廣西區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人流、物流驟增，部分高速公路需擴(kuò)塹開挖進(jìn)行路基拓寬，以提高通行能力。擴(kuò)塹石方爆破開挖施工進(jìn)度快、成本低，但由于高能量、強(qiáng)沖擊作用也帶來一些安全災(zāi)害效應(yīng)如飛石、地震波、損傷穩(wěn)定邊坡巖體等，同時(shí)爆破作業(yè)必須確保既有線的行車安全及交通通暢、公路附屬設(shè)施的安全，施工難度大增。

目前，針對(duì)復(fù)雜條件下高速公路既有線擴(kuò)塹爆破施工中的安全控制技術(shù)，尚在發(fā)展探索中。本文通過桂海高速公路改擴(kuò)建工程高陡邊坡擴(kuò)塹爆破開挖實(shí)踐，介紹深孔水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 工程概況

桂海高速公路改擴(kuò)建工程劃分為兩個(gè)項(xiàng)目實(shí)施，分別為桂林至南寧高速公路改擴(kuò)建工程和沿海高速公路改擴(kuò)建工程，改擴(kuò)建方式以兩側(cè)拼寬為主，局部路段單側(cè)拼寬。沿線路塹總開挖高度為12～40 m，分2～5層，每層臺(tái)階高度為6～8 m，擴(kuò)塹開挖寬度約8～24 m。邊坡設(shè)計(jì)坡比為1∶0.3。典型開挖斷面見圖1。

圖1 典型路塹開挖斷面圖

改擴(kuò)建跨越區(qū)段長(zhǎng)、開挖邊坡高陡，既有線行車密度大、車速快、影響廣，爆破作業(yè)需確保安全施工，滿足“邊施工、邊通車、不堵車”的要求。

2 擴(kuò)塹爆破總體思路

本工程擴(kuò)塹石方控制爆破的基本要求如下：

(1)滿足“邊施工、邊通車、不堵車”的要求，確保高速公路既有線及公路附屬設(shè)施的安全。因此需嚴(yán)格控制爆破飛石、爆碴坍落方向，防止爆碴坍落時(shí)損壞既有高速公路及其附屬設(shè)施；

(2)確保周邊建(構(gòu))筑物的安全。因此需盡可能控制爆破震動(dòng)、爆破飛石等爆破災(zāi)害效應(yīng)；

(3)提高爆后邊坡的質(zhì)量，確保邊坡穩(wěn)定，避免次生地質(zhì)災(zāi)害；

(4)控制大塊率，便于施工工序的銜接，提高生產(chǎn)效率。因此需合理布置爆破參數(shù)，減小大塊率，便于下階段的機(jī)械挖方和路基填筑作業(yè)。

針對(duì)高速公路改擴(kuò)建擴(kuò)塹施工要求，采取控制爆破技術(shù)組織施工。路塹主爆區(qū)通過改變臨空面，使起爆方向平行于高速公路方向，控制爆破飛石與爆碴拋出方向；采用逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)，降低單響藥量，控制爆破震動(dòng)與爆破飛石對(duì)爆區(qū)周邊民房、邊坡、橋涵等建(構(gòu))筑物的影響；路塹邊坡采用光面、預(yù)裂爆破技術(shù)控制邊坡成形；通過爆破試驗(yàn)以及施工信息反饋，優(yōu)化爆破參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)，減小大塊率。

經(jīng)研究，主爆區(qū)采用深孔水壓松動(dòng)控制爆破法，邊坡采用光面、預(yù)裂爆破技術(shù)，按設(shè)計(jì)臺(tái)階高度，自上而下分層爆破的施工方法。

3 深孔水壓控制爆破設(shè)計(jì)與施工

3.1 深孔水壓爆破方案

所謂深孔水壓爆破，就是往炮孔中注入一定量的水，然后用專用“炮泥”堵塞。水壓爆破的特點(diǎn)是利用水作為傳能介質(zhì)，由于水具有不可壓縮性、緩沖性和均勻傳壓的特點(diǎn)，炸藥能量比較緩和均勻地作用于圍巖上，使圍巖破碎得比較均勻。此外還會(huì)產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，更利于巖石破碎，而且水霧有利于降塵[1]。目前國(guó)內(nèi)外水壓爆破應(yīng)用還不廣泛，僅中鐵十三局一公司研究應(yīng)用較為深入，但水壓爆破在公路擴(kuò)塹爆破中無疑具有非常可觀的應(yīng)用前景[2]。

深孔水壓炸藥能量緩沖均勻地作用于圍巖，能有效控制爆破災(zāi)害效應(yīng)。因此可以無需預(yù)留隔墻抑制飛石、無需側(cè)向鋼管排架防護(hù)飛石，施工工序得以簡(jiǎn)化，工效明顯提高。施工中通過定制專用的水袋與堵塞用炮泥，完成水壓爆破裝藥與堵塞。

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

主爆區(qū)采用深孔水壓松動(dòng)控制爆破、邊坡采用光面爆破，采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)的施工方法。以改擴(kuò)建高速公路K1248+800～K1255+405段雙側(cè)拼寬八車道路基擴(kuò)塹工點(diǎn)為例，進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，典型擴(kuò)塹工點(diǎn)見圖2。

圖2 雙側(cè)拼寬路基擴(kuò)塹工點(diǎn)示例圖

(1)臺(tái)階高度的選定。兩處擴(kuò)塹工點(diǎn)，其中左側(cè)最大開挖高度為12 m，分兩層開挖，臺(tái)階高度為6 m；右側(cè)開挖高度為24 m，分三層開挖，臺(tái)階高度8 m。設(shè)計(jì)坡比均為1∶0.3。以右側(cè)臺(tái)階為例介紹爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)。

(2)炮孔直徑及鉆孔深度的選定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)型號(hào)，取鉆孔直徑D=90 mm。超深Δh=(8～15)D，取Δh=1 m，因此孔深L=9 m。

(3)炮孔布置。主爆區(qū)炮孔為垂直炮孔，梅花型布置。取底盤抵抗線W=b=0.3 L=2.7 m，為控制大塊率，采用“寬孔距，小排距”，實(shí)際選取b=2.4 m，孔距a=3.0 m。

光爆區(qū)沿開挖面輪廓線布置密集炮孔，炮孔角度與方向與設(shè)計(jì)坡率一致。光面爆破最小抵抗線W光即為光爆孔與主爆孔最后一排炮孔之間的光爆層巖體厚度，一般取W光=(10～20)D，取W光=1.5 m；孔深L光=9.4 m，孔距a光=(0.6～0.8)W光，取a光=1.0 m。炮孔布置平面見圖3。

圖3 深孔水壓爆破炮孔布置平面圖

(4)炮孔裝藥量計(jì)算。根據(jù)爆破試驗(yàn)，取單耗q=0.45 kg/m3，主爆孔單孔裝藥量Q主=qabL=29.2 kg；光爆孔裝藥量l光=q光×a光×W光=0.67 kg/m，炮孔底部1 m線裝藥密度為：3q光=2.0 kg/m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破實(shí)踐，深孔水壓爆破炮孔裝藥量比深孔松動(dòng)控制爆破藥量減少約15%～25%，因此可以調(diào)整主爆區(qū)炮孔裝藥量為21.9～24.8 kg。

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)

為控制大塊率，采用分段間隔裝藥，將藥柱分為兩段裝入炮孔，藥柱之間以特制的水袋隔開，見圖4。裝藥前需核實(shí)炮孔孔深，以免炮孔存在堵塞，孔深減小，未疏通即裝藥易造成沖孔、飛石事故。合理利用炮棍(宜作刻度標(biāo)記)，掌握和控制裝藥長(zhǎng)度、裝藥部位。

圖4 水壓爆破裝藥堵塞示意圖

主爆區(qū)采用逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)，孔內(nèi)MS11導(dǎo)爆管雷管起爆，孔外用MS3導(dǎo)爆管雷管接力，排間用MS7導(dǎo)爆管雷管接力。光爆孔孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆，光爆孔與主爆區(qū)最后一個(gè)炮孔用兩發(fā)MS5導(dǎo)爆管雷管連接，滯后齊發(fā)起爆，見圖5。

圖5 逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)圖

3.4 安全防護(hù)措施

對(duì)爆區(qū)進(jìn)行“炮被”覆蓋，“炮被”采用廢舊汽車輪胎片(每片大小約5 cm×10 cm)用鋼絲繩編織而成，人工覆蓋，覆蓋后各片之間再互相用鋼絲繩拴接成一個(gè)整體防護(hù)被。“炮被”覆蓋完畢后，在炮孔口堆放1～2個(gè)砂土袋。從后爆破孔開始覆蓋，覆蓋時(shí)注意不要拖拉“炮被”及砂土袋，避免扯斷孔外連接導(dǎo)爆管雷管，保證起爆網(wǎng)路的完好。防護(hù)用“炮被”見下頁(yè)圖6。

圖6 防護(hù)用“炮被”示例圖

由于取消了預(yù)留巖墻對(duì)于爆破飛石的側(cè)向保護(hù)，為保護(hù)既有高速公路及其附屬設(shè)施的安全，在爆區(qū)影響范圍內(nèi)的既有線路面鋪設(shè)一層地毯，地毯上鋪設(shè)一層砂土袋，起到對(duì)飛石、爆碴的緩沖作用。在擴(kuò)塹工點(diǎn)邊坡處設(shè)置砂土袋擋墻，防止?jié)L石落入行車道。砂土袋擋墻沿高速公路既有線方向碼砌，高2.0 m，上寬1.5～2.0 m，下寬2.0～2.5 m，擋墻長(zhǎng)度以爆區(qū)長(zhǎng)度為準(zhǔn)[3]。

4 爆破效果分析

(1)實(shí)際炸藥用量。本擴(kuò)塹工程地質(zhì)條件下，相比深孔松動(dòng)控制爆破，深孔水壓爆破實(shí)際單位用藥量要小，節(jié)省炸藥量約15%～25%。

(2)爆破振動(dòng)與爆破飛石。由于水壓爆破炮孔裝藥量偏小、逐孔起爆，所以爆破振動(dòng)得以有效控制，處于安全允許范圍內(nèi)，對(duì)周圍建(構(gòu))筑物不構(gòu)成損壞。以一擴(kuò)塹工點(diǎn)為例，爆區(qū)30 m外民房處房角進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖7。個(gè)別飛散物被控制在20 m范圍以內(nèi)，爆破時(shí)有部分滾石、爆碴翻滾至側(cè)方既有線路面，但均能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)清理完畢，滿足交通管制的要求。

圖7 爆破振動(dòng)波形圖(擴(kuò)塹工點(diǎn)30 m外民房處)

(3)安全防護(hù)效果。通過采取合理的爆破參數(shù)、提高施工質(zhì)量等主動(dòng)措施，結(jié)合爆區(qū)“炮被”覆蓋防護(hù)、路側(cè)砂袋擋墻防護(hù)及路面砂袋層緩沖防護(hù)等被動(dòng)措施，取得了良好的安全防護(hù)效果，確保了既有線路的正常安全運(yùn)營(yíng)。

相比常規(guī)爆破技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無側(cè)向鋼管排架防護(hù)、無預(yù)留隔墻防護(hù)，用作防護(hù)的“炮被”與砂土袋，爆后易清理且可回收使用，因而節(jié)省了大量的人力、財(cái)力，提高了施工效率，節(jié)省了施工成本。

(4)邊坡成形效果。光面爆破后，開挖邊坡上半孔率達(dá)85%以上，開挖坡面平整、美觀，超欠挖引起的開挖面凹凸起伏差≤15 cm，有效控制了爆破對(duì)邊坡和圍巖的損傷，形成了平整、美觀的開挖邊坡。

(5)大塊率。爆后巖石破碎較為均勻，大塊率較低，二次破碎工作量較小，能滿足下階段機(jī)械挖方和路基填筑作業(yè)的順利銜接。

(6)粉塵濃度。由于采用水壓爆破方式，現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度大大降低，實(shí)現(xiàn)了文明施工。

5 結(jié)語

通過以上爆破技術(shù)及安全防護(hù)措施的采用，實(shí)現(xiàn)了高速公路既有線擴(kuò)塹工程的安全施工，達(dá)到了“零傷亡、無較大損壞”的生產(chǎn)目標(biāo)，滿足了既有高速公路交通正常運(yùn)營(yíng)的要求。

本擴(kuò)塹工程實(shí)現(xiàn)了無預(yù)留隔墻防護(hù)、無側(cè)向鋼管排架防護(hù)，極大地提高了施工效率，同時(shí)水壓爆破炸藥用量減少約15%～25%，粉塵濃度大為降低，相比其他常用爆破方法，經(jīng)濟(jì)效果與環(huán)保效果明顯。

[1]孫 英.高速公路高邊坡大方量擴(kuò)塹深孔水壓爆破技術(shù)[J].工程爆破，2010(3)：25-28.

[2]李海龍.既有高速公路高邊坡路塹擴(kuò)塹爆破開挖技術(shù)研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2012.

[3]何國(guó)敏，周應(yīng)軍，安玉東，等.鄰近既有線土石方控制爆破技術(shù)[J].爆破，2013(6)：110-114.

Application of Deep-hole Hydraulic Blasting Technology in Cutting Slope Expansion of Existing Expressway Lines

HUANG Meng-chang，WEN Chang-sheng，ZHOU Fu-hua，NIU Hong-mei

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

The cutting-slope expansion stonework blasting of expressway reconstruction and expansion project requires the strict control for blasting vibration，blasting flying-stone，and rolling rock，to ensure the normal traffic of existing highways，thus it has large construction difficulty.Relying on Guihai Expre-ssway reconstruction and expansion project，this article adopted the deep-hole hydraulic blasting tech-nology without reserved partition wall and without steel-pipe bent protection at high and steep slopes，it realized that the blasting rock is broken and loose without scattering，and ensured the safe and smooth traffic of existing expressway lines.

Existing expressway lines；Reconstruction and expansion project；Cutting slope expansion；Deep-hole hydraulic blasting；Smooth traffic

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.001

1673-4874(2016)09-0001-04

2016-05-10

黃夢(mèng)昌(1988—)，工程師，主要從事公路工程爆破及課題研究工作；

文昌盛(1982—)，工程師，主要從事公路安全方面的研究工作；

周富華(1970—)，教授級(jí)高工，主要從事公路巖土工程設(shè)計(jì)與施工工作；

牛紅梅(1981—)，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及課題研究工作。

2014年度廣西交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目“廣西高速公路既有線擴(kuò)塹石方控制爆破安全技術(shù)研究”(桂交科教發(fā)〔2014〕48號(hào))