水壓預(yù)裂爆破新技術(shù)在硅質(zhì)巖路塹施工中的應(yīng)用

齊 超

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

近年來，我國黔、滇、桂地區(qū)高速鐵路、公路的建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期，在建工程數(shù)量較多，受區(qū)域地形、地質(zhì)條件影響，造成路基石方工程施工數(shù)量大大增加，在石方工程施工過程中，選用合理的爆破方案是優(yōu)質(zhì)、高效施工的關(guān)鍵，硅質(zhì)巖地質(zhì)構(gòu)造特殊，采用傳統(tǒng)的爆破方法，鉆爆開挖后坡面不平整，超欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，且對坡面巖層爆破擾動較大，安全隱患高，因此，如何利用現(xiàn)代爆破技術(shù)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效施工，是亟待解決的難題，本文以資興高速公路硅質(zhì)巖施工實(shí)例，對新的水壓預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

廣西資源至興安高速公路起自桂林市資源縣梅溪鄉(xiāng)，終至桂林市興安縣嚴(yán)關(guān)鎮(zhèn)，路線全長82.656公里，全線共計橋梁74座，隧道9座，橋隧占路線比例為 36.1%，高填深挖路基段落較多，其中硅質(zhì)巖路基主要位于廣西自治區(qū)桂林市資源縣天門村單面山，自然山坡橫坡較陡（約1:2），該段落不僅挖方施工困難，為增加填方穩(wěn)定性，設(shè)計還采用了齒墻加填碎石臺階處理（見圖1），在國內(nèi)工程實(shí)例中應(yīng)用較為罕見，齒墻的基礎(chǔ)開挖也涉及硅質(zhì)巖挖方施工，范圍小、數(shù)量大，更增加了施工難度，總計挖方量約為24.889×104m3。

1.2 地層巖性

元古界震旦系硅質(zhì)巖（ZbdnSi），地表出露，青灰色，礦物成份以蛋白石、石英為主，巖體較破碎，巖質(zhì)堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙以張開為主，中風(fēng)化，巖芯呈柱狀。巖層產(chǎn)狀：298°∠25°。RQD為 61，為較差巖石。VI級堅(jiān)石，fa0=2000Kpa，C=120Kpa，ф=50°。位于資新斷裂帶，斷層產(chǎn)狀294°∠25°，為低角度正斷層。

1.3 現(xiàn)場施工狀況及采用水壓預(yù)裂爆破施工方法的原因

K20+200～K27+288段單面山硅質(zhì)巖路塹于2014年底開始施工，由于工點(diǎn)位于資興斷裂帶，受斷裂影響，該處硅質(zhì)巖節(jié)理發(fā)育，巖質(zhì)極為堅(jiān)硬，通過外委檢測對硅質(zhì)巖物理性質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測其抗壓強(qiáng)度為188.9MPa（圖2），遠(yuǎn)超普通VI級堅(jiān)石標(biāo)準(zhǔn)，屬于極硬巖，邊坡開挖面與巖層層里面傾斜相同，屬順層邊坡，常規(guī)爆破施工對爆破部位上部的巖體擾動大，容易造成上部巖層整體順節(jié)理面滑塌，引發(fā)工程事故，且爆破效果不理想，坡面不平順，見圖 3?，F(xiàn)場根據(jù)設(shè)計文件及施工規(guī)范，對爆破施工參數(shù)進(jìn)行了多次調(diào)整，結(jié)果仍然達(dá)不到設(shè)計要求，鑒于施工極為困難，特邀請國內(nèi)著名爆破專家何廣沂教授對硅質(zhì)板巖爆破方法進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，專家建議使用隧道常用的水壓爆破開挖的方法，可以有效減小對非爆破巖體的破壞，后經(jīng)現(xiàn)場爆破試驗(yàn)，最終確定了將水壓爆破與預(yù)裂爆破相結(jié)合的施工方法。

2 水壓預(yù)裂爆破工作原理與確定爆破參數(shù)

2.1 工作原理

預(yù)裂水壓爆破是在預(yù)裂爆破原理的基礎(chǔ)上，采用水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，在炮眼相應(yīng)位置注入一定量的水，用炮泥回填堵塞，利用水不可壓縮的特點(diǎn)，無損失傳遞炸藥爆破能量，通過水和炮泥復(fù)合堵塞，有效利用爆破膨脹氣體作用，并通過預(yù)裂孔預(yù)先沿設(shè)計輪廓線爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，減輕邊坡巖體在主爆區(qū)爆破時受到的破壞，從而獲得較為平整的邊坡輪廓。

2.2 爆破參數(shù)確定

選擇正確的爆破參數(shù)是取得良好爆破效果的保證，預(yù)裂水壓爆破的爆破參數(shù)沒有既有的經(jīng)驗(yàn)可循，由于此種方法是基于預(yù)裂爆破的原理，采用水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，因此爆破參數(shù)的選擇參照預(yù)裂爆破選取，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)后得到。

2.2.1 預(yù)裂孔徑（d）

預(yù)裂孔孔徑應(yīng)結(jié)合施工機(jī)械及現(xiàn)場實(shí)際使用的炸藥藥卷直徑進(jìn)行選擇，本項(xiàng)目使用的炸藥藥卷的直徑為φ70mm、φ32mm，選取d=90mm。

2.2.2 預(yù)裂孔孔距（a）

一般預(yù)裂孔孔距a=(8～12)d。根據(jù)硅質(zhì)巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較破碎的巖性，施工現(xiàn)場試驗(yàn)了600mm、800mm、1000mm三個孔距參數(shù)，通過試驗(yàn)對比，a取較小值，即a=8xd=8x90mm=720mm(實(shí)際取800mm)?，F(xiàn)場取得的預(yù)裂爆破效果較好。

2.2.3 預(yù)裂孔與主爆孔間距

合理的預(yù)裂孔與主爆孔間距可以有效控制應(yīng)力波的爆破范圍，以防爆破后主爆孔與預(yù)裂孔間的巖石不能充分破壞，產(chǎn)生根底。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)了1m、1.2m、1.5m三種間距，最終取值1.5m。

2.2.3 預(yù)裂爆破炮孔布置

預(yù)裂孔采用“一字型”布孔，主炮孔采用矩形布孔，由于使用水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，可以有效減少主爆孔對預(yù)裂孔的破壞，因此，不設(shè)置緩沖孔。

2.2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)水壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，首先往炮眼最底部裝填一節(jié) 30cm水袋，隨之在底部裝填一節(jié)φ70mm加強(qiáng)藥卷，然后按常規(guī)預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)間隔裝填三節(jié)φ32mm普通藥卷，用竹條串成藥串，再往炮眼中裝填2節(jié)水袋，最后用炮泥堵塞炮眼口，以孔深4m為例

圖1 水壓預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.2.5 裝藥量

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及國內(nèi)外工程實(shí)例，根據(jù)硅質(zhì)巖堅(jiān)硬程度，選用平均線裝藥密度0.45~0.65kg/m，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，確定線裝藥密度q=0.6kg/m。

3 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢分析

3.1 炸藥單耗

水壓預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)與常規(guī)預(yù)裂爆破基本一致，采用間隔裝藥，但在炮孔底部使用一節(jié)水袋代替1節(jié)Φ70cm底部加強(qiáng)段炸藥，即1.5kg。

3.2 裝藥時間

按施工步驟進(jìn)行爆破，每個炮眼裝藥延長3~5分鐘。

水壓預(yù)裂爆破與常規(guī)預(yù)裂爆破相比，具有極其顯著的作用與效果，一是提高炸藥利用率，對比常規(guī)預(yù)裂爆破節(jié)省炸藥 15%至20%，有效降低施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，每立方可節(jié)省費(fèi)用3至5元，二是提高巖石破碎度，加快清渣進(jìn)度，縮短裝渣時間。

4 預(yù)裂水壓爆破施工方法

4.1 施工步驟：

硅質(zhì)巖分為三層開挖，每層厚度為2~4m，六大塊施工，如圖所示，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可將②③合為一體，④⑤⑥合為一體施工，見圖 2。每次施工縱向距離為10m。開挖采用預(yù)裂水壓爆破施工。

圖2 硅質(zhì)巖開挖步驟圖

4.2 水袋及炮泥制作

水袋及炮泥制作均使用專業(yè)設(shè)備加工而成，制作簡易，成本低，炮泥按照土：砂：水=0.75:0.09:0.16的比例制作，制作好炮泥放置時間不宜太長，最好在使用前 1～2小時制作好，炮泥應(yīng)不軟也不硬，軟了搗固時容易擠壓出炮眼口，硬了搗固時不易把炮泥搗固碎，堵塞不堅(jiān)實(shí)。

4.3 裝藥

裝藥前，要仔細(xì)檢查炮孔情況，清除孔內(nèi)積水、雜物，按照爆破參數(shù)計算的裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥，為確保能完全起爆，采用孔底起爆技術(shù)，即選擇較長的雷管腳線將起爆雷管安放在距孔底較近的位置，減少爆破殘藥的可能性。

4.4 炮眼堵塞

按照裝藥結(jié)構(gòu)裝藥完成后，藥卷距離炮眼口應(yīng)為 1m以內(nèi)，然后往炮眼中裝填2節(jié)水袋；最后用炮泥堵塞，炮泥采用木制炮棍填塞密實(shí)直至孔口。

4.5 爆破網(wǎng)絡(luò)及起爆方式

理論分析及工程實(shí)踐表明，一排預(yù)裂孔相鄰炮孔起爆時差越小，預(yù)裂效果越好，通過試爆，預(yù)裂孔應(yīng)超前主爆孔100ms 以上起爆。網(wǎng)路采用塑料防水導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索間用MS-2 段非電毫秒雷管隔開，孔內(nèi)用MS-15 段非電毫秒雷管起爆，孔間接力用MS-2 段非電毫秒雷管，排間采用MS-5 段非電毫秒雷管控制排間微差。為保證各孔準(zhǔn)爆率，每響均采用雙發(fā)雷管最后由電雷管起爆。

4.6 成縫效果

爆破后，對預(yù)裂縫進(jìn)行了檢查，預(yù)裂成縫作用明顯，可以形成0.1~0.3cm的貫通裂縫。

5 結(jié)語

硅質(zhì)巖屬于不常見工程地質(zhì)，施工難度大，成本高。由于作用機(jī)理與常規(guī)預(yù)裂爆破相同，水壓預(yù)裂爆破技術(shù)的施工效果與常規(guī)預(yù)裂爆破相當(dāng)，見圖2。但對比常規(guī)預(yù)裂爆破有效降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效果顯著，因此對于巖質(zhì)較硬、數(shù)量較大的石方工程施工，均具有借鑒作用。