光面爆破技术在龙华口水库上坝公路开挖中的应用

张锐杰

(山西省水利建筑工程局)

1 工程简介

龙华口水库为碾压混凝土大坝，位于盂县下社乡会里村龙华河上游约0.5 km处，214省道石阳公路穿越坝址。施工时结合214省道主干交通道路规划永久上坝公路，从坝上游右岸214省道接线，沿右岸山坡修一条至右岸坝顶的道路，起点高程约550 m，终点高程575 m，长约450 m，路面宽度8 m，最大纵坡约10%，边坡开挖高度约10 m左右。开挖岩石主要为黑色斜长片麻岩，坚固系数等级(f)为4－6级。

2 开挖方案

爆破对岩石边坡稳定性的影响主要表现在开挖形成新的坡面，改变了原始地形对坡脚的约束条件，爆破应力波与地震波的动力作用削弱了岩体结构的抗剪能力，改变了结构面的力学性质，对边坡稳定产生不利影响。上坝公路边坡石方开挖采用光面爆破与深孔爆破相互结合的微差控制爆破技术，有效地维护了边坡的长期稳定性，减少了爆破对边坡的破坏程度。在开挖中深度控制在10 m左右，边坡采用光面爆破，主炮孔与周边光面孔均采用潜孔钻按设计坡度进行钻孔。

3 爆破设计

爆破设计主要为爆破参数选择，包括台阶高度、孔距、排距及单位装药量、装药结构、网路形式等，根据现场地形、地质条件来确定施工爆破参数，满足公路边坡开挖设计要求。初步拟定爆破参数如下。

3.1 深孔爆破参数的选择

(1)凿孔。依据工程情况，凿孔采用 QZJ－100B型潜孔钻，孔径D=90 mm。

(2)孔距与排距。为降低爆破振动效应，减少大块率，达到良好的破碎效果，选择孔距a=3.0 m，排距b=2.5 m，矩形或梅花形布置。

(3)底盘抵抗线W的确定。底盘抵抗线是紧临临空面第一排爆孔根部到临空面的距离，取W1=

2.0 m。

(4)钻孔倾角α。根据实际，取1∶0.3。

(5)梯段高度H。合理确定梯段高度，可以有效保证钻孔准确率，提高钻孔工效。依据边坡高度、钻孔机械的钻孔能力和操作人员的施工技术水平，合理确定梯段高度。根据设计边坡，取H=10 m。

(6)超钻孔深h。h=10·D=0.9 m。

(7)钻孔深度L。按公式计算:L=(H+h)/sinα。

(8)堵塞长度L2。L2=(20－30)D，取L2=25D=2.2m。

(9)单位耗药量q。岩石的爆破性能与岩石物理力学性质和结构特征有关，岩石越硬、越完整，风化程度越弱，单耗越高;使用的炸药威力越小，单耗越高。根据地质资料，岩石的坚硬度系数为f=4－6，选取 q=(0.40 －0.50)kg/m3。

(10)单孔装药量Q计算。第一排孔的每孔装药量为:Q=qaW1H;从第二排起，以后各排孔的每孔装药量为:Q=kqabH(式中k为克服前排孔岩石阻力的增加系数，一般取1.1－1.2)。

3.2 光面爆破参数确定

(1)最小抵抗线W光。光面爆破W光选择好坏，直接关系光爆效果和边坡的稳定性。W光过大，爆破后大块多，底盘处形成石坎，需进行手风钻二次处理;W光过小，则光爆效果差，残孔率小，岩面平整度较差，甚至影响边坡的稳定。

采用公式计算:W光=KD

式中:K—计算系数，一般K=15－25，本工程取K=20;

D—钻孔孔径，D=90 mm。

代入上式计算得:W光=1.8 m。

(2)光爆孔距a。采用经验公式计算:a=mW光

式中:m—比例系数，取m=0.6－0.8。

计算得:a=(0.6－0.8)×1.8=1.08－1.44。通过爆破试验，选取a=1.0m。

(3)光面爆破线装药密度q光。根据岩石的坚硬程度和地质情况确定光爆孔的线装药密度，一般q光=200－300 g/m。通过爆破试验，确定 q光=250g/m。

(4)起爆时间间隔。光面爆破要迟于主爆孔起爆，一般间隔为Δt=50－100 ms。

(5)底部加强药长度。为了保证底部爆破效果，一般的光爆孔在底部设加强药量:H≥10 m时，应在底部1－2 m范围内增加3－5倍的线装药密度，为750 g/m。

4 光面爆破施工

4.1 钻孔

首先测量人员按设计边坡准确放出开口边线，根据不同地形对每个钻孔进行定位编号，测出孔口高程，根据钻孔倾角，计算出钻孔深度。钻孔作业人员严格控制钻孔深度和角度，作业过程中要随时检查钻孔倾角，以符合设计边坡坡度。

4.2 装药与堵塞

钻孔作业完成后，由技术人员对每个钻孔进行检查验收，给出钻孔成果图，然后根据爆破设计及实际钻孔情况计算出每孔的实际装药量，按照设计装药结构进行装药。

(1)装药结构。周边光爆孔的装药应采取不偶合间隔装药，以保护保留岩体不受破坏。一般爆破孔采用偶合间隔装药。不偶合间隔装药与偶合间隔装药见图1。

(2)装药与堵塞。装药时先将孔内的粉渣及积水用风管吹冲干净，按设计装药量进行装药。根据光爆孔线装药密度，将炸药均匀间隔绑扎在竹片上，连导爆索一起缓慢送入孔内。光爆孔堵塞长度L2为1.0－1.5 m，堵塞材料为钻孔岩粉或粘土，堵塞前先用纸团封住药口，防止岩粉漏入下部空间。

(3)起爆网络。起爆网路设计为非电毫秒雷管孔外延时微差控制爆破，采用导爆索配合非电毫秒雷管接力网路，严格控制单响药量，保证边坡稳定。

图1 间隔不偶合与偶合装药结构示意图

5 安全距离控制

5.1 飞石安全距离RF

按公式计算:RF=20n2WKF

式中:RF—安全距离，m;

n—爆破作用指数;

W—最小抵抗线;

KF—安全系数，通常取1.0－1.5，当风速大而又顺风方向时取1.5－2.0。

定向抛掷爆破、单侧松动爆破、抵抗线较大的药包爆破以及土中爆破等，用上述公式计算出的安全距离往往偏大。根据上式计算，飞石安全距离为RF=225 m，根据爆破安全规程，取300 m。

5.2 爆破安全震动

在野外进行爆破施工作业，作业区500 m范围内没有重要建筑物与文物，最大震动速度控制在《爆破安全规程》规定的允许范围。

6 爆破效果分析

本工程共进行了6次大规模光面爆破，钻孔总进尺4 000余m。光爆后边坡壁上留下的残孔率达80%以上，整个工程没有发生由于爆破处理不当而使边坡岩石受到损伤，残留孔壁上没有产生爆破裂纹，爆破所形成的边坡平整、美观，有效维护了边坡的稳定。

7 结束语

光面爆破和预裂爆破均是保证边坡稳定，做到边坡平整、美观的重要技术措施。光面爆破在龙华口上坝公路石方边坡开挖中取得了良好的爆破效果，可在水利、公路等石方边坡施工中广泛应用。