高邊坡石方開挖深孔控制爆破施工實(shí)踐

高邊坡石方開挖深孔控制爆破施工實(shí)踐摘要：南水北調(diào)中線干線京石段應(yīng)急供水工程漕河段Ⅳ標(biāo)段石渠工程高邊坡石方開挖采用了深孔控制爆破施工技術(shù)，取得良好的工程效果，文中結(jié)合工程實(shí)踐，介紹了控制爆破各技術(shù)參數(shù)的選取和施工工藝的控制。主題詞：深孔控制爆破爆破參數(shù)選取施工工藝控制一、工程概況南水北調(diào)中線干線京石段應(yīng)急供水工程漕河段IV標(biāo)段石渠工程，位于河北省保定市滿城縣境內(nèi)，起訖里程樁號(hào)為377+657～(378+402)，全長745m，開挖高度在12～42m，渠道過水?dāng)嗝嫘褪綖榫匦?，底?6.50m，高度6.5m。按照開挖高度分別設(shè)置四級(jí)馬道、五級(jí)邊坡。該渠道起點(diǎn)377+657與Ⅲ標(biāo)漕河渡槽臨近，377+657～377+820部位右側(cè)山坡下有一條公路。同時(shí)，377+960部位附近右側(cè)40m左右部位存在一座明代的佛塔古跡，其他部位均于附近村里的民房相距50～200m。二、爆破方案按照正常的爆破方法，該處爆破方案可選擇小鉆孔淺眼爆破及深孔松動(dòng)控制爆破。因該段渠道開挖高度大部分均在20～40m范圍，小鉆孔淺眼爆破雖然能有效控制飛石，減少邊坡超欠挖，但施工時(shí)間太長且不經(jīng)濟(jì)，且起爆次數(shù)過多對(duì)附近干擾較大。另該段渠道起點(diǎn)部位挖方必須快速完成，才能保證臨近的Ⅲ標(biāo)漕河渡槽試驗(yàn)跨的施工安全。經(jīng)過認(rèn)真分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，我們確定選擇深孔松動(dòng)爆破及邊坡深孔預(yù)裂控制爆破、底板保護(hù)層水平淺孔光面爆破的施工方案。三、施工機(jī)具確定了采用深孔松動(dòng)爆破及邊坡深孔預(yù)裂控制爆破、底板保護(hù)層淺孔光面爆破施工方法，根據(jù)施工強(qiáng)度、及施工部位地形地質(zhì)條件，選用1臺(tái)CM-351高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)、1臺(tái)TOMROCK液壓鉆機(jī)、2臺(tái)YQ-100型潛孔鉆機(jī)及若干手風(fēng)鉆配合施工。其中兩臺(tái)自走式鉆機(jī)CM-351高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)及TOMROCK液壓鉆機(jī)，考慮到施工效率高、造孔質(zhì)量好、造孔角度易于控制，主要進(jìn)行預(yù)裂孔、緩沖孔造孔，兩臺(tái)鉆機(jī)孔徑為90mm；兩臺(tái)YQ-100型潛孔鉆機(jī)，考慮到潛孔鉆可拆卸，使用人工抬至山上的特點(diǎn)，主要進(jìn)行主爆孔的造孔施工，孔徑均為90mm；人工手持式風(fēng)鉆主要用于底板光爆孔造孔、配合潛孔鉆施工、欠挖處理的工作，孔徑40mm。四、爆破設(shè)計(jì)1、初步設(shè)計(jì)該渠道爆破部位以白云巖為主,設(shè)計(jì)確定：主爆區(qū)采用多排垂直深孔梯段微差擠壓松動(dòng)爆破,設(shè)計(jì)邊坡采用深孔預(yù)裂爆破，底板保護(hù)層采用水平淺孔光面爆破方式。炸藥采用2號(hào)巖石硝胺炸藥,用1-3卷150g的2號(hào)巖石炸藥做起爆藥,5米或15米絞線的非電起爆毫秒雷管或?qū)П芷鸨?，爆破網(wǎng)絡(luò)由導(dǎo)爆索連接，一發(fā)電雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，裝藥結(jié)構(gòu)分別采用間隔不偶合裝藥方式、連續(xù)不偶合裝藥方式及連續(xù)裝藥方式，以鉆屑混合黏土做為炮孔充填材料，人工充填、木杠夯實(shí)。這種施工方法在整個(gè)爆破作業(yè)中，從裝藥、堵塞到連線等工序上只有非電起爆雷管，只有在一切準(zhǔn)備就緒，實(shí)施起爆之前才接上起爆整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)的起爆電雷管，其施工安全性較高。2、巖石性質(zhì)渠道所在部位的巖性為弱風(fēng)化燧石條帶白云巖，巖層傾向下游，傾角平緩，節(jié)理的組合交線傾角均大于坡腳，對(duì)邊坡穩(wěn)定不會(huì)造成較大影響。部分巖體巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育，破碎程度嚴(yán)重。根據(jù)白云巖的力學(xué)性質(zhì)，通過資料查得：白云巖為X類巖石，f值為5～8，松動(dòng)爆破的單位體積炸藥消耗量為0.4～0.6kg/m3。3、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)在爆破施工前,首先進(jìn)行爆破試驗(yàn)段的施工,試驗(yàn)段分四組進(jìn)行,分組進(jìn)行孔距、單孔裝藥量等參數(shù)的爆破試驗(yàn)，并根據(jù)選擇出合理的超鉆深度。(1)臺(tái)階高度臺(tái)階高度是深孔爆破的重要參數(shù)之一，其選取主要考慮為鉆孔、爆破和鏟裝運(yùn)輸?shù)裙ば騽?chuàng)造安全和高效的作業(yè)條件，使爆破開挖工程達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在本工程深孔梯段爆破開挖時(shí)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備情況并結(jié)合馬道設(shè)置情況。(2)超深與孔深超深的作用是為了克服臺(tái)階底板巖石的夾制作用，爆后不留根底，開挖后形成平整的底部平面。取值過大，將造成鉆孔和炸藥的浪費(fèi)，增大對(duì)下一個(gè)臺(tái)階頂面的破壞，給下層鉆孔帶來困難；超深不足將產(chǎn)生底根，影響挖運(yùn)施工。根據(jù)計(jì)算公式：超鉆深度h=(8～12)×炮孔直徑，結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，初步選取超深0.5～1.2m。巖石條件好的部位取大值，巖石較差的部位取小值。(3)底盤抵抗線采用過大的底盤抵抗線會(huì)造成根底多，大塊率高，后沖作用大；過小則不僅浪費(fèi)炸藥，增大鉆孔工作量，而且易產(chǎn)生飛石危害。底盤抵抗線按炮孔直徑確定，一般為底盤抵抗線Wd=(32～38)×炮孔直徑，根據(jù)鉆孔直徑和當(dāng)?shù)貛r石性質(zhì)，90mm炮孔的底盤抵抗線為2.88m～3.42m之間。初步選擇底盤抵抗線為3.0m。(4)孔距與排距①主爆孔底盤抵抗線確定后，孔距可按底盤抵抗線進(jìn)行計(jì)算，故90mm炮孔的孔距約為3.0m。根據(jù)深孔爆破布孔方案，排間采用三角形布置，故90mm炮孔孔排距=sin60×孔距≈2.6m。因此，采用90mm進(jìn)行主爆孔施工時(shí)，孔距為3.0m，排距為2.6m。②緩沖孔緩沖孔孔距選擇，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合施工機(jī)具性能，孔距選取2m。③預(yù)裂孔預(yù)裂孔孔距按照炮孔直徑確定，一般為預(yù)裂孔孔距=(9～15)×炮孔直徑，所以采用90mm直徑孔的間距為0.81m～1.35m?？紤]到施工中地質(zhì)情況，90mm孔徑使用0.9m、1m、1.2m三個(gè)參數(shù)。在實(shí)際施工中，過水渠道開挖梯段，因?yàn)橐r砌結(jié)構(gòu)為薄壁混凝土，所以對(duì)開挖質(zhì)量有著更為嚴(yán)格的要求，所以預(yù)裂孔孔距取低值0.9m；邊坡部位巖石完整的部位取大值1.2m，邊坡巖石條件不好的部位，取中間值1m。(5)堵塞長度合理的堵塞長度能降低爆破氣體能量損失和盡可能增加鉆孔裝藥量。堵塞長度過長會(huì)降低鉆孔延米爆破量，增加鉆孔費(fèi)用，并造成臺(tái)階上部巖石破碎不佳；堵塞長度過短，會(huì)造成較大的能量損失，易產(chǎn)生較大的空氣沖擊波、噪音和個(gè)別飛石危害。根據(jù)以往類似工程爆破經(jīng)驗(yàn)，選取主爆孔堵塞長度為孔深的1/3，預(yù)裂孔堵塞長度為孔深為1/6，緩沖孔堵塞長度為孔深為1/4。(6)單位體積炸藥消耗量影響巖石的單位體積炸藥消耗量的因素有很多，主要有巖石的可爆性、炸藥種類、自由面條件、起爆方式、和塊度要求等。合理的單位體積炸藥消耗量往往需要通過試驗(yàn)或長期生產(chǎn)實(shí)踐來驗(yàn)證。本工程巖石以弱風(fēng)化燧石條帶白云巖為主，根據(jù)白云巖的力學(xué)性質(zhì)，通過資料查得：白云巖為X類巖石，f值為5～8，松動(dòng)爆破的單位體積炸藥消耗量為0.4～0.6kg/m3。根據(jù)施工前的爆破漏斗試驗(yàn)得出，巖石松動(dòng)爆破的單位體積炸藥消耗量為0.3～0.5kg/m3，平均取0.4kg/m3。施工中，不斷通過爆破效果調(diào)整爆破參數(shù)，在巖石條件差的爆區(qū)使用低值，在巖石條件好的爆區(qū)使用高值，并盡量減少巖石裝藥量，以降低對(duì)周圍建筑的影響。(7)裝藥結(jié)構(gòu)①主爆孔一般采用連續(xù)偶合裝藥，在地質(zhì)條件不好的爆區(qū)，因?yàn)楸蒲b藥量小的特點(diǎn)，所以對(duì)這種部位采用間隔偶合裝藥結(jié)構(gòu)，既在裝藥段中間根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)間隔，間隔部位用鉆屑填塞。②緩沖孔緩沖孔的裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)不偶合裝藥，裝藥時(shí)將20mm藥卷4～6卷綁扎為一束，連續(xù)裝入炮孔中。③預(yù)裂孔預(yù)裂孔的裝藥結(jié)構(gòu)為間隔不偶合裝藥，裝藥時(shí)將20mm藥卷間隔綁扎在竹片上，在藥卷與竹片間固定導(dǎo)爆索。裝藥時(shí)，頂部設(shè)置減藥段，底部設(shè)置加強(qiáng)段。(8)單孔裝藥量①主爆孔本工程爆破施工采用毫秒爆破，主爆孔每孔的裝藥量為：每孔的裝藥量=礦巖阻力增加系數(shù)1.15×單位體積炸藥消耗量0.4kg/m3×孔距×排距×臺(tái)階高度②緩沖孔本工程緩沖孔根據(jù)巖石性質(zhì)與緩沖孔間距選擇緩沖孔的線裝藥密度，線裝藥密度在3～4.5kg/m之間，緩沖孔每孔的裝藥量為：每孔的裝藥量=線裝藥密度×裝藥長度③預(yù)裂孔預(yù)裂孔的線裝藥密度是決定爆破后形成邊坡的質(zhì)量的確定性因素之一，線裝藥密度根據(jù)巖石的強(qiáng)度和性質(zhì)查找相關(guān)資料進(jìn)行選取，預(yù)裂孔線裝藥密度為0.3～0.5kg/m。為克服炮孔底部的更大的巖石鉗制力，炮孔下部1～2m采用加強(qiáng)裝藥，加強(qiáng)裝藥段線裝藥密度為正常裝藥密度的2～3倍。炮孔頂部1～2m設(shè)置減弱裝藥段，減弱裝藥段為正常裝藥密度的1/2。每孔的裝藥量=線裝藥密度×裝藥長度深孔梯段爆破參數(shù)主爆孔緩沖孔預(yù)裂孔備注鉆孔設(shè)備YQ-100CM351//TOMMROCKKCM351//TOMMROCKK孔徑90mm90mm90mm梯段高度7m/122m7m/122m7m/122m鉆孔角度90°81°72°1:3邊坡超鉆深度0.6m0.8m1m鉆孔深度7.5m/12.55m7.9m/13.00m8.4m//13..6m炮孔間排距3m×2.6mm2m0.9~1.22m線裝藥密度6kg/m3~4.5kkg/m0.3~0.55kg//m堵塞長度2.5m/4m2m/3..3m1.5m/2m單孔裝藥量30kg/45kgg23.6kg/388kg2.8kg//4.66kg4、起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本工程的爆破網(wǎng)絡(luò)主要采用先預(yù)裂孔起爆，再主爆孔起爆，最后緩沖孔起爆的順序進(jìn)行。主爆區(qū)起爆網(wǎng)絡(luò)主要分為兩種，一種是排間起爆網(wǎng)絡(luò)，一種是V型起爆網(wǎng)絡(luò)，排間起爆網(wǎng)絡(luò)一般使用于有臨空面的爆區(qū)；V型起爆網(wǎng)絡(luò)一般使用于臨空面不明顯或者臨空面存在浮渣的爆區(qū)，這種爆破又稱擠壓松動(dòng)爆破。五、施工工藝的控制針對(duì)本工程的施工特點(diǎn)，施工強(qiáng)度高，質(zhì)量要求高，與周遍建筑物距離近的特點(diǎn)。本著保安全、高質(zhì)量、高效率的施工原則，精確進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)計(jì)算，嚴(yán)抓現(xiàn)場施工過程工序中的質(zhì)量控制。在實(shí)際施工中，作好現(xiàn)場記錄做為爆破設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，爆破設(shè)計(jì)又為現(xiàn)場施工提供依據(jù)。例如，每個(gè)爆區(qū)在鉆孔工作時(shí)，要求現(xiàn)場施工人員記錄巖體情況，如巖粉的顏色，鉆孔入巖的速度等等記錄，在爆破設(shè)計(jì)時(shí)分析巖石的性質(zhì)進(jìn)行綜合考慮；在爆破設(shè)計(jì)中，根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)，及時(shí)調(diào)整孔距、超鉆深度、裝藥量等參數(shù)。從而精確控制，提高爆破質(zhì)量。1、爆破設(shè)計(jì)(1)孔位、孔深計(jì)算在爆破設(shè)計(jì)方面，孔位、孔深的設(shè)計(jì)計(jì)算十分重要，孔位、孔深設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確與否，直接與爆破質(zhì)量，邊坡成型效果息息相關(guān)。首先對(duì)每次較大爆破的爆破區(qū)域進(jìn)行測量，利用計(jì)算機(jī)繪制成平面圖，再在實(shí)測的平面圖上進(jìn)行布孔設(shè)計(jì)，布孔中，綜合考慮到地形差和爆破網(wǎng)絡(luò)的因素。對(duì)于預(yù)裂爆破的主爆孔、緩沖孔，布孔中要作為重點(diǎn)考慮，逐孔計(jì)算孔位、孔深、超深等參數(shù)，在一些坡面較為復(fù)雜的扭面邊坡、圓弧邊坡，還要逐孔計(jì)算出孔位的坐標(biāo)。(2)單孔藥量計(jì)算在每個(gè)爆區(qū)的藥量計(jì)算時(shí)，要參考現(xiàn)場的鉆孔記錄進(jìn)行，對(duì)待存在夾泥層、巖脈等地質(zhì)不良的部位，孔內(nèi)裝藥及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。(3)爆破網(wǎng)絡(luò)在爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)測量實(shí)測的爆區(qū)平面地形圖，選擇起爆方式，如果存在較好的臨空面的情況下采用排間起爆網(wǎng)絡(luò)，如果臨空面條件不好存在浮渣，采用微差擠壓V型爆破網(wǎng)絡(luò)。(4)爆破振動(dòng)計(jì)算每個(gè)爆區(qū)在爆破設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)爆破地震安全距離計(jì)算公式V=K(Q1/3

／R)

a對(duì)附近建筑物、古跡、臨近標(biāo)段混凝土齡期等參照物進(jìn)行爆破振動(dòng)強(qiáng)度驗(yàn)算，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)在爆破中進(jìn)行爆破振動(dòng)分析工作。必要部位使用計(jì)算公式反推出爆破最大裝藥量，在爆破設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)驗(yàn)算參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、現(xiàn)場施工控制爆破施工一般順序?yàn)椋菏┕y量→標(biāo)定炮孔位置→鉆孔→炮孔檢查→爆破器材準(zhǔn)備→裝藥→聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)絡(luò)→布設(shè)安全崗哨→炮孔堵塞→爆破覆蓋→起爆信號(hào)→起爆→消除瞎炮、處理危石→解除警戒→爆破效果分析及資料記錄。(1)布孔孔位是炮孔入巖石前在地面的位置，在爆破中孔位的準(zhǔn)確與否，直接影響到爆破質(zhì)量。主爆孔的孔位不準(zhǔn)確，引起孔距不平均，會(huì)造成爆破出渣后基礎(chǔ)面不平整，爆破后巖石大塊多，不易于出渣，降低施工效率；預(yù)裂孔的孔位不準(zhǔn)確，會(huì)產(chǎn)生較大的坡面超欠挖。因此，在施工中嚴(yán)格控制孔位偏差，尤其是預(yù)裂孔，施工現(xiàn)場必須控制孔位入巖誤差小于5cm。炮孔標(biāo)定必須按照設(shè)計(jì)好的爆破參數(shù)準(zhǔn)確地在爆破體上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，不能隨意變動(dòng)設(shè)計(jì)位置。布孔前應(yīng)先清除爆破體表面積土和破碎層，根據(jù)施工測量確定的邊坡線，從邊坡光爆孔開始標(biāo)定，然后進(jìn)行其他孔位的布置，布孔完成后，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行校核，實(shí)際的最小抵抗線應(yīng)與設(shè)計(jì)的最小抵抗線基本相符。由于預(yù)裂面就是最終的開挖面，因此，預(yù)裂面的位置必須準(zhǔn)確，對(duì)于傾斜的或者曲面的預(yù)裂孔，孔位是隨地面高差變化的，因此孔位在現(xiàn)場放樣中，根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)行計(jì)算、調(diào)整孔位，以保證同一預(yù)裂面的預(yù)裂孔都在同一水平面上。施工中爆破孔布孔根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行放樣，預(yù)裂孔、緩沖孔逐孔放出孔位。其他孔位若干個(gè)孔放出一個(gè)后，用鋼尺量出即可。孔位放出后，用紅油漆在巖石上做出標(biāo)記。在預(yù)裂孔放樣時(shí)，每個(gè)孔同時(shí)放出一個(gè)方位角控制的參照點(diǎn)，用做預(yù)裂孔施工時(shí)方位角的控制。(2)鉆孔鉆孔控制的主要是控制孔斜和孔深。孔斜的控制主要是方位角的控制和垂直角的控制。首先進(jìn)行方位角對(duì)準(zhǔn)，方位角的對(duì)準(zhǔn)是使用放出的參照點(diǎn)架設(shè)測量三角架懸掛垂球，以垂線為基準(zhǔn)線，潛孔鉆鉆桿軸線和其重合為準(zhǔn)；垂直角的控制是使用地質(zhì)羅盤進(jìn)行控制的，地質(zhì)羅盤的測量精度較高，且易于現(xiàn)場操作、控制，使用時(shí)將羅盤帖靠在鉆桿上，設(shè)置好設(shè)計(jì)鉆孔角度，調(diào)節(jié)鉆桿的角度，使得羅盤氣泡基本居中即可。方位角和垂直角的施工控制方法見下圖：在鉆孔過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔的方向、角度和深度，特別是邊坡預(yù)裂孔的傾斜度應(yīng)嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求?？籽坫@進(jìn)時(shí)應(yīng)留意地質(zhì)的變化情況，并做好記錄，遇到夾層或與表面石質(zhì)有明顯差異時(shí)，應(yīng)及時(shí)同技術(shù)人員進(jìn)行研究處理，調(diào)整孔位及孔網(wǎng)參數(shù)。鉆孔完成后，及時(shí)清理孔口的浮碴，清孔直接采用膠管向孔內(nèi)吹氣，吹凈后，應(yīng)檢查炮孔有無堵孔、卡孔現(xiàn)象，以及炮孔的間距、眼深、傾斜度是否與設(shè)計(jì)相符，若和設(shè)計(jì)相差