高边坡石方开挖深孔控制爆破施工实践

高边坡石方开挖深孔控制爆破施工实践摘要：南水北调中线干线京石段应急供水工程漕河段Ⅳ标段石渠工程高边坡石方开挖采用了深孔控制爆破施工技术，取得良好的工程效果，文中结合工程实践，介绍了控制爆破各技术参数的选取和施工工艺的控制。主题词：深孔控制爆破爆破参数选取施工工艺控制一、工程概况南水北调中线干线京石段应急供水工程漕河段IV标段石渠工程，位于河北省保定市满城县境内，起讫里程桩号为377+657～(378+402)，全长745m，开挖高度在12～42m，渠道过水断面型式为矩形，底宽26.50m，高度6.5m。按照开挖高度分别设置四级马道、五级边坡。该渠道起点377+657与Ⅲ标漕河渡槽临近，377+657～377+820部位右侧山坡下有一条公路。同时，377+960部位附近右侧40m左右部位存在一座明代的佛塔古迹，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，该处爆破方案可选择小钻孔浅眼爆破及深孔松动控制爆破。因该段渠道开挖高度大部分均在20～40m范围，小钻孔浅眼爆破虽然能有效控制飞石，减少边坡超欠挖，但施工时间太长且不经济，且起爆次数过多对附近干扰较大。另该段渠道起点部位挖方必须快速完成，才能保证临近的Ⅲ标漕河渡槽试验跨的施工安全。经过认真分析并结合现场实际情况，我们确定选择深孔松动爆破及边坡深孔预裂控制爆破、底板保护层水平浅孔光面爆破的施工方案。三、施工机具确定了采用深孔松动爆破及边坡深孔预裂控制爆破、底板保护层浅孔光面爆破施工方法，根据施工强度、及施工部位地形地质条件，选用1台CM-351高风压潜孔钻机、1台TOMROCK液压钻机、2台YQ-100型潜孔钻机及若干手风钻配合施工。其中两台自走式钻机CM-351高风压潜孔钻机及TOMROCK液压钻机，考虑到施工效率高、造孔质量好、造孔角度易于控制，主要进行预裂孔、缓冲孔造孔，两台钻机孔径为90mm；两台YQ-100型潜孔钻机，考虑到潜孔钻可拆卸，使用人工抬至山上的特点，主要进行主爆孔的造孔施工，孔径均为90mm；人工手持式风钻主要用于底板光爆孔造孔、配合潜孔钻施工、欠挖处理的工作，孔径40mm。四、爆破设计1、初步设计该渠道爆破部位以白云岩为主,设计确定：主爆区采用多排垂直深孔梯段微差挤压松动爆破,设计边坡采用深孔预裂爆破，底板保护层采用水平浅孔光面爆破方式。炸药采用2号岩石硝胺炸药,用1-3卷150g的2号岩石炸药做起爆药,5米或15米绞线的非电起爆毫秒雷管或导爆管起爆，爆破网络由导爆索连接，一发电雷管起爆网络，装药结构分别采用间隔不偶合装药方式、连续不偶合装药方式及连续装药方式，以钻屑混合黏土做为炮孔充填材料，人工充填、木杠夯实。这种施工方法在整个爆破作业中，从装药、堵塞到连线等工序上只有非电起爆雷管，只有在一切准备就绪，实施起爆之前才接上起爆整个爆破网络的起爆电雷管，其施工安全性较高。2、岩石性质渠道所在部位的岩性为弱风化燧石条带白云岩，岩层倾向下游，倾角平缓，节理的组合交线倾角均大于坡脚，对边坡稳定不会造成较大影响。部分岩体岩层节理、裂隙发育，破碎程度严重。根据白云岩的力学性质，通过资料查得：白云岩为X类岩石，f值为5～8，松动爆破的单位体积炸药消耗量为0.4～0.6kg/m3。3、爆破参数设计在爆破施工前,首先进行爆破试验段的施工,试验段分四组进行,分组进行孔距、单孔装药量等参数的爆破试验，并根据选择出合理的超钻深度。(1)台阶高度台阶高度是深孔爆破的重要参数之一，其选取主要考虑为钻孔、爆破和铲装运输等工序创造安全和高效的作业条件，使爆破开挖工程达到最好的经济技术指标。在本工程深孔梯段爆破开挖时，根据机械设备情况并结合马道设置情况。(2)超深与孔深超深的作用是为了克服台阶底板岩石的夹制作用，爆后不留根底，开挖后形成平整的底部平面。取值过大，将造成钻孔和炸药的浪费，增大对下一个台阶顶面的破坏，给下层钻孔带来困难；超深不足将产生底根，影响挖运施工。根据计算公式：超钻深度h=(8～12)×炮孔直径，结合以往类似工程经验，初步选取超深0.5～1.2m。岩石条件好的部位取大值，岩石较差的部位取小值。(3)底盘抵抗线采用过大的底盘抵抗线会造成根底多，大块率高，后冲作用大；过小则不仅浪费炸药，增大钻孔工作量，而且易产生飞石危害。底盘抵抗线按炮孔直径确定，一般为底盘抵抗线Wd=(32～38)×炮孔直径，根据钻孔直径和当地岩石性质，90mm炮孔的底盘抵抗线为2.88m～3.42m之间。初步选择底盘抵抗线为3.0m。(4)孔距与排距①主爆孔底盘抵抗线确定后，孔距可按底盘抵抗线进行计算，故90mm炮孔的孔距约为3.0m。根据深孔爆破布孔方案，排间采用三角形布置，故90mm炮孔孔排距=sin60×孔距≈2.6m。因此，采用90mm进行主爆孔施工时，孔距为3.0m，排距为2.6m。②缓冲孔缓冲孔孔距选择，主要根据经验结合施工机具性能，孔距选取2m。③预裂孔预裂孔孔距按照炮孔直径确定，一般为预裂孔孔距=(9～15)×炮孔直径，所以采用90mm直径孔的间距为0.81m～1.35m。考虑到施工中地质情况，90mm孔径使用0.9m、1m、1.2m三个参数。在实际施工中，过水渠道开挖梯段，因为衬砌结构为薄壁混凝土，所以对开挖质量有着更为严格的要求，所以预裂孔孔距取低值0.9m；边坡部位岩石完整的部位取大值1.2m，边坡岩石条件不好的部位，取中间值1m。(5)堵塞长度合理的堵塞长度能降低爆破气体能量损失和尽可能增加钻孔装药量。堵塞长度过长会降低钻孔延米爆破量，增加钻孔费用，并造成台阶上部岩石破碎不佳；堵塞长度过短，会造成较大的能量损失，易产生较大的空气冲击波、噪音和个别飞石危害。根据以往类似工程爆破经验，选取主爆孔堵塞长度为孔深的1/3，预裂孔堵塞长度为孔深为1/6，缓冲孔堵塞长度为孔深为1/4。(6)单位体积炸药消耗量影响岩石的单位体积炸药消耗量的因素有很多，主要有岩石的可爆性、炸药种类、自由面条件、起爆方式、和块度要求等。合理的单位体积炸药消耗量往往需要通过试验或长期生产实践来验证。本工程岩石以弱风化燧石条带白云岩为主，根据白云岩的力学性质，通过资料查得：白云岩为X类岩石，f值为5～8，松动爆破的单位体积炸药消耗量为0.4～0.6kg/m3。根据施工前的爆破漏斗试验得出，岩石松动爆破的单位体积炸药消耗量为0.3～0.5kg/m3，平均取0.4kg/m3。施工中，不断通过爆破效果调整爆破参数，在岩石条件差的爆区使用低值，在岩石条件好的爆区使用高值，并尽量减少岩石装药量，以降低对周围建筑的影响。(7)装药结构①主爆孔一般采用连续偶合装药，在地质条件不好的爆区，因为爆破装药量小的特点，所以对这种部位采用间隔偶合装药结构，既在装药段中间根据计算设计间隔，间隔部位用钻屑填塞。②缓冲孔缓冲孔的装药结构为连续不偶合装药，装药时将20mm药卷4～6卷绑扎为一束，连续装入炮孔中。③预裂孔预裂孔的装药结构为间隔不偶合装药，装药时将20mm药卷间隔绑扎在竹片上，在药卷与竹片间固定导爆索。装药时，顶部设置减药段，底部设置加强段。(8)单孔装药量①主爆孔本工程爆破施工采用毫秒爆破，主爆孔每孔的装药量为：每孔的装药量=矿岩阻力增加系数1.15×单位体积炸药消耗量0.4kg/m3×孔距×排距×台阶高度②缓冲孔本工程缓冲孔根据岩石性质与缓冲孔间距选择缓冲孔的线装药密度，线装药密度在3～4.5kg/m之间，缓冲孔每孔的装药量为：每孔的装药量=线装药密度×装药长度③预裂孔预裂孔的线装药密度是决定爆破后形成边坡的质量的确定性因素之一，线装药密度根据岩石的强度和性质查找相关资料进行选取，预裂孔线装药密度为0.3～0.5kg/m。为克服炮孔底部的更大的岩石钳制力，炮孔下部1～2m采用加强装药，加强装药段线装药密度为正常装药密度的2～3倍。炮孔顶部1～2m设置减弱装药段，减弱装药段为正常装药密度的1/2。每孔的装药量=线装药密度×装药长度深孔梯段爆破参数主爆孔缓冲孔预裂孔备注钻孔设备YQ-100CM351//TOMMROCKKCM351//TOMMROCKK孔径90mm90mm90mm梯段高度7m/122m7m/122m7m/122m钻孔角度90°81°72°1:3边坡超钻深度0.6m0.8m1m钻孔深度7.5m/12.55m7.9m/13.00m8.4m//13..6m炮孔间排距3m×2.6mm2m0.9~1.22m线装药密度6kg/m3~4.5kkg/m0.3~0.55kg//m堵塞长度2.5m/4m2m/3..3m1.5m/2m单孔装药量30kg/45kgg23.6kg/388kg2.8kg//4.66kg4、起爆网络设计本工程的爆破网络主要采用先预裂孔起爆，再主爆孔起爆，最后缓冲孔起爆的顺序进行。主爆区起爆网络主要分为两种，一种是排间起爆网络，一种是V型起爆网络，排间起爆网络一般使用于有临空面的爆区；V型起爆网络一般使用于临空面不明显或者临空面存在浮渣的爆区，这种爆破又称挤压松动爆破。五、施工工艺的控制针对本工程的施工特点，施工强度高，质量要求高，与周遍建筑物距离近的特点。本着保安全、高质量、高效率的施工原则，精确进行爆破设计计算，严抓现场施工过程工序中的质量控制。在实际施工中，作好现场记录做为爆破设计的数据，爆破设计又为现场施工提供依据。例如，每个爆区在钻孔工作时，要求现场施工人员记录岩体情况，如岩粉的颜色，钻孔入岩的速度等等记录，在爆破设计时分析岩石的性质进行综合考虑；在爆破设计中，根据现场参数，及时调整孔距、超钻深度、装药量等参数。从而精确控制，提高爆破质量。1、爆破设计(1)孔位、孔深计算在爆破设计方面，孔位、孔深的设计计算十分重要，孔位、孔深设计的准确与否，直接与爆破质量，边坡成型效果息息相关。首先对每次较大爆破的爆破区域进行测量，利用计算机绘制成平面图，再在实测的平面图上进行布孔设计，布孔中，综合考虑到地形差和爆破网络的因素。对于预裂爆破的主爆孔、缓冲孔，布孔中要作为重点考虑，逐孔计算孔位、孔深、超深等参数，在一些坡面较为复杂的扭面边坡、圆弧边坡，还要逐孔计算出孔位的坐标。(2)单孔药量计算在每个爆区的药量计算时，要参考现场的钻孔记录进行，对待存在夹泥层、岩脉等地质不良的部位，孔内装药及时进行调整。(3)爆破网络在爆破网络设计时，根据测量实测的爆区平面地形图，选择起爆方式，如果存在较好的临空面的情况下采用排间起爆网络，如果临空面条件不好存在浮渣，采用微差挤压V型爆破网络。(4)爆破振动计算每个爆区在爆破设计时，根据爆破地震安全距离计算公式V=K(Q1/3

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a对附近建筑物、古迹、临近标段混凝土龄期等参照物进行爆破振动强度验算，使用计算机辅助设计(CAD)在爆破中进行爆破振动分析工作。必要部位使用计算公式反推出爆破最大装药量，在爆破设计时根据验算参数进行设计。2、现场施工控制爆破施工一般顺序为：施工测量→标定炮孔位置→钻孔→炮孔检查→爆破器材准备→装药→联结爆破网络→布设安全岗哨→炮孔堵塞→爆破覆盖→起爆信号→起爆→消除瞎炮、处理危石→解除警戒→爆破效果分析及资料记录。(1)布孔孔位是炮孔入岩石前在地面的位置，在爆破中孔位的准确与否，直接影响到爆破质量。主爆孔的孔位不准确，引起孔距不平均，会造成爆破出渣后基础面不平整，爆破后岩石大块多，不易于出渣，降低施工效率；预裂孔的孔位不准确，会产生较大的坡面超欠挖。因此，在施工中严格控制孔位偏差，尤其是预裂孔，施工现场必须控制孔位入岩误差小于5cm。炮孔标定必须按照设计好的爆破参数准确地在爆破体上进行标识，不能随意变动设计位置。布孔前应先清除爆破体表面积土和破碎层，根据施工测量确定的边坡线，从边坡光爆孔开始标定，然后进行其他孔位的布置，布孔完成后，应认真进行校核，实际的最小抵抗线应与设计的最小抵抗线基本相符。由于预裂面就是最终的开挖面，因此，预裂面的位置必须准确，对于倾斜的或者曲面的预裂孔，孔位是随地面高差变化的，因此孔位在现场放样中，根据实际地形进行计算、调整孔位，以保证同一预裂面的预裂孔都在同一水平面上。施工中爆破孔布孔根据爆破设计进行放样，预裂孔、缓冲孔逐孔放出孔位。其他孔位若干个孔放出一个后，用钢尺量出即可。孔位放出后，用红油漆在岩石上做出标记。在预裂孔放样时，每个孔同时放出一个方位角控制的参照点，用做预裂孔施工时方位角的控制。(2)钻孔钻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。首先进行方位角对准，方位角的对准是使用放出的参照点架设测量三角架悬挂垂球，以垂线为基准线，潜孔钻钻杆轴线和其重合为准；垂直角的控制是使用地质罗盘进行控制的，地质罗盘的测量精度较高，且易于现场操作、控制，使用时将罗盘帖靠在钻杆上，设置好设计钻孔角度，调节钻杆的角度，使得罗盘气泡基本居中即可。方位角和垂直角的施工控制方法见下图：在钻孔过程中，应严格控制钻孔的方向、角度和深度，特别是边坡预裂孔的倾斜度应严格符合设计要求。孔眼钻进时应留意地质的变化情况，并做好记录，遇到夹层或与表面石质有明显差异时，应及时同技术人员进行研究处理，调整孔位及孔网参数。钻孔完成后，及时清理孔口的浮碴，清孔直接采用胶管向孔内吹气，吹净后，应检查炮孔有无堵孔、卡孔现象，以及炮孔的间距、眼深、倾斜度是否与设计相符，若和设计相差