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