于 曉

（中國水利水電第十三工程局有限公司，天津 300384）

0 引言

自預裂爆破技術在水工巖石開挖中成功應用以來，由于能夠減弱主爆區(qū)爆破時地震波向邊坡方向的傳播，阻礙裂縫向邊坡方向發(fā)展，有效保護邊坡質(zhì)量，廣泛應用于路塹邊坡、建筑物基坑、露天邊坡和地下硐室等工程的施工中。 實踐證明，在完整硬質(zhì)巖體的邊坡開挖中，應用預裂爆破技術可使爆破后邊坡坡面穩(wěn)定、平整、美觀，爆破開挖半孔率可達到90%左右[1-3]。 但是，目前在我國建設工程的邊坡開挖中， 普遍采用粗放的爆破開挖施工方式，致使邊坡內(nèi)部巖體嚴重損傷，對邊坡的長久穩(wěn)定極為不利。 因此，有必要推廣預裂爆破的工程的應用范圍。 本文以南水北調(diào)中線輝縣段蘇門山渠道開挖為例，探討了預裂爆破在渠道邊坡成形中的應用。

1 工程概況

南水北調(diào)中線輝縣段蘇門山渠道石質(zhì)干渠位于河南省輝縣百泉鎮(zhèn)境內(nèi)，樁號101+230～108+000處，為挖方渠道，挖方深度一般11～35 m，最大挖深40 m 左右，渠道邊坡設計坡度為1:0.4，需要注意超欠挖。 該地段屬堅硬中厚～厚層灰?guī)r層狀結(jié)構段，渠坡巖性主要為奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，局部渠段上覆第四系黃土狀壤土和粉質(zhì)壤土，單層厚度一般為2～4 m?；?guī)r巖層走向166°，傾向256°，傾角14°～20°。 灰?guī)r裂隙比較發(fā)育，裂隙走向以60°～80°最發(fā)育，裂隙面粗糙，多為方解石追蹤充填。 上部1～3m左右灰?guī)r多為強風化巖石，巖體較破碎；下部灰?guī)r為弱～微風化巖石，巖體相對完整。 灰?guī)r中溶蝕現(xiàn)象較發(fā)育，多形成溶洞，鉆孔中遇見溶洞大者直徑達60～100 cm，多充填棕紅色黏土，發(fā)育規(guī)律性差，局部形成地下水通道，影響渠坡的穩(wěn)定，并使渠道存在滲漏問題。 巖體中隱伏構造（如小斷層）發(fā)育，斷層帶內(nèi)巖芯較破碎。 該處渠道走向125°，巖層走向與渠線呈40°夾角相交，渠道開挖邊坡左側(cè)呈順層，對邊坡穩(wěn)定不利。 因此，需要注意采取適當?shù)拈_挖方式，確保邊坡質(zhì)量及穩(wěn)定性。

2 前期預裂爆破存在的問題及原因

2.1 前期預裂爆破存在的問題

前期預裂爆破完成后，巖石完整性除了局部部位基本滿足要求外,其他地質(zhì)不良地段,每層坡面上部2 m 范圍內(nèi)出現(xiàn)不同程度的爆破拉裂破壞，馬道平臺超挖嚴重， 邊坡坡面出現(xiàn)明顯的爆破裂隙，半孔率較低坡面局部地區(qū)存在超欠挖現(xiàn)象。 從爆破效果來看，并未達到預期的最佳效果。

2.2 造成邊坡質(zhì)量缺陷的原因

經(jīng)過認真調(diào)查分析, 造成邊坡質(zhì)量缺陷的原因主要有以下幾點。

（1）該地段邊坡巖體發(fā)育有多組貫通的順坡向節(jié)理滑動面，爆破震動使節(jié)理裂隙擴展貫通,預裂縫偏離中心連線,造成超欠挖。

（2）本著“寧超不欠”的想法，考慮中、深孔爆破的超深值，造成了上級平臺爆破對下級平臺局部超挖破壞，使得裂隙更加發(fā)育。 裂隙發(fā)育段預裂爆破,平均線裝藥量太大、孔距過大，且裝藥結(jié)構也不合理。 過大的裝藥會使大量的爆生氣體侵入坡面裂隙中，形成的“氣楔”，加劇孔口段巖石抬動和拉裂破壞。

（3）預裂孔炮孔經(jīng)常發(fā)生兩孔在孔底出現(xiàn)交叉的情況，造成了預裂孔底局部炸壞或出現(xiàn)根底及貼邊現(xiàn)象。 由于采用液壓鉆，雖然加快了鉆孔速度，但是沒有控制好預裂孔鉆孔角度，造成孔底間距過大或交叉。 此外，預裂孔間距也隨意變化，沒有按照設計要求布設。

3 優(yōu)化爆破的參數(shù)及施工措施

3.1 爆破參數(shù)調(diào)整

（1）鉆孔直徑d?？讖礁鶕?jù)臺階高度和鉆機性能確定。 鉆孔機具的選擇主要以保證邊坡壁面質(zhì)量為原則。 根據(jù)現(xiàn)場的情況，為了保證預裂孔在同一直線，采用快速鉆鉆孔，炮孔直徑為90 mm。

（2）爆破孔距a。 預裂孔間距一般為炮孔直徑的8～12 倍，本工程取0.8～1m，在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中取小值，完整性好的巖石可取大值。

（3）線裝藥量q。 為了控制預裂爆破效果，保證形成預裂縫，減少對保留巖體的損傷，應盡可能減少裝藥量。 根據(jù)長江科學院一般經(jīng)驗公式[4]：q 線=0.042·[σ 壓]0.5·[a]0.6， 將原來的450 g/m 降低至300 g/m。

（4）裝藥結(jié)構。 裝藥結(jié)構一般采用孔口堵塞段、正常裝藥段及孔底加強段。 堵塞段的長度一般可取炮孔直徑的10～20 倍[5]。 如圖1 所示，采用Φ32mm直徑藥卷，將藥卷綁在竹片上（竹片置于孔臨近保護面一側(cè)），裝藥之間用導爆索串聯(lián)，以保證所裝炸藥都能起爆。 炸藥裝填好后，先用紙團等松軟的物質(zhì)蓋在藥柱上，再填干沙等松散材料。 填塞松散材料應密實，以防止炸藥氣體沖出，影響預裂效果。 孔底1.5 m 為加強段，取正常裝藥量的5 倍。 其余段為正常裝藥段。 堵塞段以下1.5 m 左右為減弱裝藥段，裝藥量為150 g/m。

圖1 裝藥結(jié)構示意圖Fig.1 Charging structure

（5）不耦合系數(shù)。 本工程設計光爆孔直徑為90 mm，炸藥選用φ32mm×200g 型的2#巖石乳化炸藥，因此，不耦合系數(shù)為2.81，能滿足一般的不耦合系數(shù)要求。

（6） 控制好起爆時間。 預裂孔應先于主爆破起爆。

3.2 鉆孔精度控制

（1）在準備進行鉆孔作業(yè)的區(qū)域，先對工作面進行平整、清理和找平。 在預裂孔邊線2m 范圍內(nèi)，大面平整度控制在20cm 以內(nèi)，確保預裂孔孔底在同一水平。

（2）測量員按照爆破設計方案，標出預裂孔炮孔位置，并標注孔深、傾斜角度。 鉆工按測量放樣定好的孔位進行鉆孔。

（3）安排相對固定有經(jīng)驗，且富有責任心的鉆機操作手進行鉆孔。

（4）預裂孔鉆孔完畢后，及時檢查孔深，對不合格孔進行補鉆。鉆孔合格后，用堵孔塞或加蓋草袋等措施保護好孔口。

3.3 施工措施改進

（1）事先鉆爆預裂孔，提前形成預裂縫。 該措施對加快整個工程施工的進度起到很大作用。

（2）做到“巖變我變”。 為加快施工進度，降低成本，對地質(zhì)條件好的部位，可拉大預裂孔孔距。 在保證預裂質(zhì)量的前提下, 預裂孔孔距由1m 拉大到1.2 m,線裝藥密度增加到450 g/m。在地質(zhì)較差條件下，可降低間距。

（3）邊坡預裂爆破采用導爆索起爆，為控制起爆藥量，需分段起爆。 但分段延時時間不大于25 ms，并于主爆區(qū)先爆。 預裂孔與最后一排主爆孔之間的延時時間間隔應大于100 ms，主爆孔之間的延時爆破時間控制在25～100 ms 內(nèi), 最大單段裝藥量控制在80 kg 以內(nèi)。 起爆網(wǎng)路如圖2 所示。

圖2 起爆網(wǎng)絡示意圖Fig.2 Initiation mesh

3.4 爆破效果分析

采取了上述技術調(diào)整措施后， 預裂爆破效果較理想，爆后開挖輪廓面半孔率達到90%以上，兩相鄰殘留爆破孔間的不平整度小于15cm，無裂隙張開、錯動及層面抬動現(xiàn)象。 邊坡面上部及平臺的爆破拉裂破壞問題得到了有效控制，除坡面頂部個別地方有缺角外，邊坡坡面和平臺輪廓完整,坡體穩(wěn)定。 邊坡預裂爆破邊坡坡面效果如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化預裂爆破參數(shù)后的渠道邊坡示意圖Fig.3 Channel side slope after optimizing pre-blasting parameters

4 結(jié)語

綜上所述，當前邊坡弱擾動爆破的理論仍然落后于實踐，但預裂爆破技術具有推廣應用的條件和基礎，它對提高路塹邊坡的開挖質(zhì)量和穩(wěn)定性具有十分重要的意義，本文對此有以下兩點認識。

（1）預裂爆破的主要鉆爆參數(shù)包括鉆孔間距、鉆孔直徑、線裝藥量、鉆孔超深等，而這些參數(shù)多以經(jīng)驗法確定，需要依據(jù)邊坡高度、巖石性質(zhì)、工程環(huán)境和地質(zhì)條件等進行調(diào)整，以滿足工程需要。

（2）注意過程控制，加強職工責任心教育，避免因人為因素造成對爆破的影響。

[1] 劉殿中. 工程爆破實用手冊[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社，1999.

[2] 張正宇. 中國爆破新技術[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

[3] 張正宇. 現(xiàn)代水利水電工程爆破[M]. 北京: 中國水利水電出版社，2003.

[4]DLT 5389-2007，水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規(guī)范[S].

[5] 張志毅，王中黔. 交通土建工程爆破工程師手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2002.