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多边界条件下爆破技术在路基施工中的应用

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翻新时间:2013-12-17

多边界条件下爆破技术在路基施工中的应用

摘要:基于多边界条件下爆破 理论 和山区高等级公路石方路基工程

的特点,探讨了爆破技术在山区高等级公路建设石方路基施工中 应用 的

可行性和关键。实践表明:在山区高等级公路路基施工中推广和应用新

的爆破技术是加快施工进度和保证施工质量的有效措施。

b 关键词:多边界爆破理论;抵抗线;装药量;石方路基;深挖;质量;

进度

我国高等级公路经过近二十年的建设取得了巨大成就,高等级公路

里程迅速增加。 目前 ,高等级公路建设逐渐由平原微丘区向山岭重丘区

延伸 发展 。尤其是随着西部大开发战略的实施,西部公路建设所面临的

地质地形将会越来越多的遇到起伏不平的岩石山区。为了满足高等级公

路所需的技术标准,必须克服波浪起伏、高差较大、沟谷相间等各种不

利地形,深挖高填土石方工程难以避免。而深挖高填工程数量大、传统

施工速度慢、施工效率低下,同桥遂工程一样,往往成为决定工程进度

的关键。因此,必须 研究 推广采用新的爆破技术,以在山区高等级公路

建设中加快石方路基工程的施工进度并确保施工质量。

1 多边界条件下爆破技术

随着凿岩机具、装运机具和爆破技术的发展,基于多边界条件爆破理论

对公路工程 影响 较大的爆破技术是光面爆破和预裂爆破、深孔爆破以及

微差爆破技术。

1.1 多边界条件爆破

多边界条件即为地形变化条件,一般分为平坦地形、倾斜地形、山包地

形和垭口地形。多边界爆破遵循“最小抵抗线原理”。图1表示多边界

爆破漏斗。

多边界药量 计算 如下。

Q=edKW3F(E·α)

式中 Q———为药包的装药量,kg;

e———为炸药换算系数;d———为堵塞系数;

K———形成标准抛掷漏斗时的线耗药量,

kg/m3;

W———为最小抵抗线,m;F———(E,α)为药包性质指数;E——

—为抛掷(坍)率(%);

α———为 自然 地面坡度(°)。

图1 多边界条件下的爆破漏斗示意药包间距(m): a=(1.0~1.

2)W子药包间距(m)

C=0.5nWsinα+1

式中 W———为相邻两药包最小抵抗线的平均值;

n———为爆破作用指数,其余同前。爆破作用半径:

下爆破作用半径 R下=Wn2+1

上爆破作用半径 R上=WAa上n2+1式中 a上———为抵抗线出口点至

上破坏点之间的地

面坡度,(°);A———为崩塌系数。

1.2 光面爆破和预裂爆破

光面爆破和预裂爆破是专门针对设计开挖界面进行有效控制的爆破 方法

。沿爆破开挖区的设计轮廓或边坡,以较小的间距合理布置一排相互平

行的钻孔,在孔内采用间歇或不耦合装药,并在开挖区主爆破之后或之

前同时起爆,从而获得符合设计轮廓、光滑平整和稳定性好的边坡面。

光面爆破和预裂爆破在技术上采用室洞控制爆破方法,其核心是药包布

置原则。包括:

(1)在任何情况下,药包布置均以最小抵抗线为设计依据;

(2)根据路堑中心挖深和宽度,进行药包分层布置;

(3)尽量对药包进行纵向或横向分集或分条布置;

(4)合理安排药包的起爆时间。光面爆破和预裂爆破的主要参数有钻

孔直径、孔间距、抵抗线、线装药量、装药结构、最后一排主爆孔与裂

孔间距等。

钻孔直径(d):一般以50mm~70mm为宜,为增加不耦合系数也可采用

100mm~150mm。另外,孔深较大也可用较大的钻孔直径。

炮孔间距(a):孔距与孔径成正比例关系,并与岩性、岩体构造和炸md=10~16。同时在光面爆破中孔距与最小抵抗线W成正比,即a=mW,

一般m处于0.6~1.0之间。

线装药量q(kg/m);光面爆破q=(0.1~0.15)KaW;预裂爆破q=

(0.1~0.4)Ka2

式中 符号同前。

装药结构既能满足设计规定的不耦合系数值,又要尽可能保证药包爆炸

后,爆能沿钻孔全长均匀分布。装药结构一般有连续装药和间隔装药两

种。

1.3 深孔爆破

深孔爆破就是炮孔孔径大于75mm且深度在5m以上的采用延长药包的一种

爆破方法,通常有拉槽深孔爆破和台阶深孔爆破两种。炮孔需用大型的

潜孔凿岩机或穿孔机钻空。当用机械清方时,采用台阶深孔爆破效果更

好,可以实现路基石方施工全面机械化。

深孔爆破的优点是劳动生产率高,一次爆落的方量多,施工进度快,爆

破时对路基边坡的 影响 比大炮小。若配合预裂或光面爆破,则边坡稳定

,爆破效果易控制,爆破时比较安全。但由于需用大型机械,故转移工

地、开辟场地、修筑便道等准备工作都比较复杂,且爆破后仍有10%~

25%的大石块需经第二次爆破解小。

深孔爆破梯段倾角最好为60°~75°,高度应在5m~15m之间。可采用

垂直孔和斜孔两种炮孔,孔径通常为80mm~300mm。公路工程中以100m

m~150mm为宜。超钻长度大致是梯段高度的10%~15%。岩石坚硬者取

大值。

垂直孔深度(m): l=H+h斜孔的深度(m): l=H+h炮孔的间距

(m): a=MW

底板抵抗线(m): W=D7.85ptl

KmH式中 m———约为0.6~1.4,常取0.7~0.85;

D———为钻空直径,dm;p———为炸药密度,kg/m3;K———为单

位耗药量,kg/m3,且K′=K/3;τ———为深孔装药系数;

H———为梯段高度,m;其余同前。τ=0.4。W值确定后按下式估算L值:

L=W-H·ctgα式中 L———为炮孔与梯段顶边缘的距离,m;

其余同前。为确保凿岩机作业安全,此值应大于2m~3m;否则,需调整

W值。

多排孔时,排的间距b可取b=W。最后按下式 计算 炸药量Q(kg):

Q=eK′WHa式中 符号同前。

1.4 微差爆破

多发一次爆破采用微差爆破技术具有减震、前发药包为后发药包开创凌

空面进而加强岩石破碎效果、降低一次爆破堆积高度、有利于机械作业

、减少岩石夹制力、节省炸药、并可增大孔距等优点,提高每百米的炸

落方量。

1.5 抛掷(坍)爆破 定向爆破和松动爆破

对于 自然 坡度较陡(>30°),地形地质条件较为复杂、凌空面大时,

采用抛坍爆破。抛坍爆破利用岩石本身的自重坍滑

出路基,提高爆破效果,从而加快施工进度并降低工程造价。当路线通

过波浪起伏的峡谷或鸡爪地形地段、横切山包或山嘴、凌空面较多时,

采用抛坍或抛掷爆破效率更为显著。

在以借为填或移挖作填地段,特别是深挖高填相间、工程量大的鸡爪型

地区,采用定向爆破,一次可形成百米以上至数百米路基。

在软石、次坚石路基地段,采用松动爆破技术,配合机械化施工作业,

可大大提高施工效率,在坚石路段宜采用深孔技术进行松动爆破。

2 路基石方特点

2.1 工程数量大,占路基土石方工程数量比例也大

。个别路段每公里可高达十多万立方米,占路段土石方总量的95%以上

,占整段公路投资的65%以上。有必要进行爆破施工和机械化作业。

2.2 石方工程相对集中。有利于大爆破施工和机械化作业。

2.3 地形地质相对复杂,地形缓陡连续或相间、地势迂回曲折;地质

岩石也可能呈现为软石、次坚石、坚石连续或相间。需要采用各种爆破

技术综合爆破,且装运推机械进场有一定困难。

3 公路石方路基施工探讨

通常将边坡高度等于或大于20m的石质路堑称为深挖石方路堑。其挖深

较大、石方集中、地形复杂、施工难度大。公路部门传统石方机械化水

平较底,爆破施工队伍技术力量较薄弱,同时受地形和地质条件制约,

深挖石方路堑施工 方法 主要是采用浅眼爆破、药壶炮、猫洞炮和普通洞

室炮爆破进行。存在以下缺点。

3.1 浅眼爆破、药壶炮、猫洞炮等小炮开挖方法因受岩石地质条件、

机械清方等因素影响较大,爆破工效低,施工速度慢,同时在地质条件

不好的情况下未必能形成高大而美观的岩石边坡;

3.2 普通洞室爆破因其技术含量低,对岩石边坡、周围环境都会产生

较大的破坏;

3.3 加大凿岩设备投入、克服地形条件制约,在深挖石方路堑的施工

中尽量使用中深孔爆破,确保快速、优质的工程效果,这一做法 目前 尚

未达成共识。

因此,采用控制爆破技术,改变人们落后的爆破施工意识,探讨深挖石

方路堑的快速优质施工技术,是山区高等级公路施工中亟待解决的 问题

。根据多边界爆破 理论 近年来在209国道和318国道恩施州改建

工程、西安兰(田)小(墒塬)二气专用公路新建公路工程的实践(图

2为深孔爆破用于深挖石方路堑)及其它工程 应用 来看,推广和应用石

方爆破施工的快速施工 方法 ,能加快石方施工进度并能确保山区高等级

高岩石边坡的稳定和美观。

图2 深孔爆破用于深挖石方路堑示意

(1)正确确定周边炮眼的位置、

方向、深度、角度,并选用低密度、低爆速和高体积威力的炸药,是保

证光面爆破成功和增强爆破效果的关键。

(2)采用预留边坡保护层、分集或分条分层布置药包、松动或抛坍洞

室控制爆破进行路堑主体方量开挖,然后至坡顶向下用挖掘机配合浅眼

爆破进行刷坡和清方,能适用于各种复杂地形条件的深挖石方路堑开挖

,且成本低廉。

(3)采用预裂———洞室控制爆破相结合的方法进行深路堑石方深孔

爆破或松动爆破方快速开挖,然后用挖掘机、推土机、装载机配合自卸

气车联合清方,效果更为显著。

(4)利用有利地形进行定向爆破、抛坍(掷)业,对具有一定岩石厚

度边坡路堑具有显著效果。

4 结语

公路石方爆破施工是一项技术含量高的综合性工作,必须提高认识,根

据路段地形地质、施工机具及工程整体安排等条件进行合理设计和组织

施工,对加快工程进度、保证工程质量和施工安全都具有重要的意义。

因此,根据工程实践 总结 积累经验,推广新的爆破技术和施工方法是山

区高等级公路修建的一项重要任务。

参考 文献 [2]方左英.路基工程[M].北京:人民交通出版社,1990,202-226

[3]孙国富,冯马必,田墨林等.山区高等级公路石方爆破施工技术 研究 [J].北京 工业 大学学报,2001,1

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