1 深孔預(yù)裂爆破技術(shù)

1.1 深孔預(yù)裂爆破技術(shù)所需材料

在實際應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)時，一般需要用到導(dǎo)爆索、炸藥和雷管等材料。 為了保證爆破技術(shù)的應(yīng)用效果，在選擇導(dǎo)爆索時，需要保證導(dǎo)爆索具有防潮、耐熱、彎曲、耐冷和良好的傳爆效果等要求，能夠在承受一定重量的藥塊與拉力的同時，有效發(fā)揮引爆的作用。 對于炸藥的選擇和配置，通常選擇藥卷直徑為32 mm 的巖石硝銨炸藥，對于炸藥成分的配置，需要結(jié)合工程的實際需要來對水分和炸藥的猛度進(jìn)行調(diào)整[1]。而對于起爆雷管的選擇， 則需要在結(jié)合工程實際需要對起爆雷管的外徑、長度和腳線長度確定之后，選擇起爆雷管的具體型號。

1.2 深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用原理

在高邊坡路基施工中應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)， 炸藥的埋深決定了爆破的實施效果。 當(dāng)炸藥的埋藏深度較大時，由于炸藥的爆破作用難以達(dá)到自由面， 在這種情況下就會產(chǎn)生巖體爆破的內(nèi)部作用；而當(dāng)炸藥的埋藏深度較小時，炸藥的爆破作用能夠達(dá)到自由面，就會產(chǎn)生巖體爆破的外部作用。

從巖體爆破的內(nèi)部作用角度來看， 在炸藥爆炸之后會在巖體中形成應(yīng)力波， 在對巖體的破壞特征進(jìn)行總結(jié)分析之后可以將巖體區(qū)域的巖石劃分為壓縮區(qū)、 破裂區(qū)以及振動區(qū)3個部分；而從巖體爆破的外部作用角度來看，炸藥爆炸不僅會對巖體內(nèi)部產(chǎn)生破壞作用，同時也會對地表產(chǎn)生破壞作用[2]。 在外部作用的情況下， 爆破技術(shù)的實際應(yīng)用效果可以用爆破作用指數(shù)n 來表示：

式中，r 為爆破漏斗底圓半徑；W 為最小抵抗線。

基于爆破漏斗在爆破技術(shù)原理和應(yīng)用效果研究中的作用，利文斯頓提出爆破漏斗理論，并以此為基礎(chǔ)建立了爆破漏斗的最佳藥量和最佳埋深公式：

式中，Lj為炸藥最佳埋深；E 為彈性變形系數(shù)；Q0為最佳藥包重量；Δ0為最佳深度比。

2 深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在高邊坡路基施工中的應(yīng)用

以巴基斯坦KKH 公路改線項目為例，對深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在高邊坡路基施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 依據(jù)項目地形情況來確定爆破方案

在應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)之前， 首先需要結(jié)合工程項目的實際情況來確定具體的爆破方案。巴基斯坦KKH 公路改線項目是為修建DASU 水電站而將淹沒的N35 公路段進(jìn)行的改建，線路沿線兩側(cè)山高壁陡谷深，各種地貌發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地層多樣，巖性多為變質(zhì)巖且復(fù)雜多變。 由于沿線地形、地質(zhì)情況復(fù)雜，為了保證開挖邊坡的穩(wěn)定性，在實施爆破作業(yè)時需要采用科學(xué)合理的爆破開挖方式。

該項目能夠根據(jù)路基施工圖紙，現(xiàn)場采用“橫向分層，縱向分段，階梯掘進(jìn)”的總體施工方法，在鉆爆模式上使用預(yù)裂爆破，根據(jù)設(shè)計邊坡高度，每次鉆孔深度H=10 m，爆破后每層開挖高度h=5 m，各施工段落間距l(xiāng) 約50 m。 如圖1 所示。

圖1 巴基斯坦KKH公路改線項目施工方法原理

2.2 爆破設(shè)計和鉆孔作業(yè)

爆破技術(shù)從本質(zhì)上來說是一種炮孔爆破技術(shù)，在施工中應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)， 一般需要保證鉆孔直徑能夠超過75 mm， 爆破范圍直徑超過5 m。 基于爆破技術(shù)本身的成本低、操作簡便、效果好的應(yīng)用優(yōu)勢，當(dāng)前高邊坡路基施工中經(jīng)常應(yīng)用該技術(shù)來達(dá)到路基開挖的目的。 實際工程施工中應(yīng)用的深孔預(yù)裂爆破技術(shù)大部分爆破范圍直徑會超過10 m，通常需要事先依據(jù)設(shè)計圖紙在爆破區(qū)域留出一條貫穿的裂縫，以便能夠?qū)?yīng)用爆破技術(shù)后產(chǎn)生的振動波進(jìn)行緩沖和釋放，盡可能減少爆破技術(shù)應(yīng)用過程中對路基周邊巖體造成的不良影響，保證在爆破技術(shù)應(yīng)用后能夠形成一種較為平整的爆破輪廓。

在進(jìn)行爆破作業(yè)的過程中， 依據(jù)深孔預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用的實際要求，選擇預(yù)裂爆破方式來進(jìn)行爆破設(shè)計。 預(yù)裂爆破主要是指沿開口線鉆布較為密集的預(yù)裂孔， 采用不耦合裝藥模式，在主爆孔起爆之前，先起爆邊坡預(yù)裂孔，通過形成一道有一定寬度的貫穿裂縫將保留邊坡與主爆區(qū)分開， 以減弱主爆區(qū)對邊坡的破壞，并形成平整的邊坡輪廓面的爆破作業(yè)。

本工程在應(yīng)用預(yù)裂爆破作業(yè)的過程中， 重點關(guān)注鉆孔和裝藥兩個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。 在鉆孔作業(yè)中，于施工前做好開口線放樣，保證預(yù)裂孔位置正確；對于炮孔深度的確認(rèn)應(yīng)在平整地面后進(jìn)行，將炮孔深度的誤差控制在±2.5%左右；對于鉆孔位置誤差為1 倍的炮孔直徑時， 如因鉆孔位置無法滿足要求導(dǎo)致炮孔位置變化，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的爆破參數(shù)的調(diào)整。 鉆孔過程中須控制好方向精度，方向誤差為1°。 具體而言，本工程于一般地段采用深孔預(yù)裂爆破法，鉆孔直徑D=100 mm，一般開挖深度控制在10 m 左右。 對于首排底盤抵抗線w 可?。?5~40）D。 此處炮眼直徑D=100 mm，取w=40D=4.0 m；孔排距b=0.75w=0.75×4 m， 取b=3.0 m； 孔間距a=（1.0~1.2）b，a=3.0~3.6 m；超深h1=（0.1~0.15）w，D=100 mm，取h1=0.5 m；孔深L=H+h1=10+0.5=10.5 m； 堵 塞 長 度h0= （30~35）D 或=（1.2~1.4）w=3.5~4.0 m；主爆孔單孔藥量Q=0.3~0.4 kg/m3。

裝藥和填塞的過程中， 在裝藥前先將炮眼內(nèi)殘渣清理干凈，清除炮眼內(nèi)積水，并采用不耦合間隔裝藥的裝藥模式，將一定數(shù)量的藥卷間隔分開， 與導(dǎo)爆索綁扎形成藥串后慢慢放入孔內(nèi)，隨后用沙土、炮灰等松散材料進(jìn)行堵孔，不必?fù)v實。 然后再按照圖2 所示的裝藥結(jié)構(gòu)來進(jìn)行填塞

圖2 不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)

2.3 預(yù)裂爆破設(shè)計

在確定好預(yù)裂爆破的準(zhǔn)備工作之后， 還需要結(jié)合工程項目的實際情況進(jìn)行預(yù)裂爆破的具體設(shè)計。 在預(yù)裂爆破設(shè)計中最為重要的就是預(yù)裂爆破參數(shù)的選擇。

以理論計算法為例， 在對預(yù)裂爆破的主要爆破參數(shù)進(jìn)行選擇時，需要保證預(yù)裂爆破的各項參數(shù)能夠滿足式（3）所示力學(xué)方程的要求：

式中，σz為作用在預(yù)裂孔壁上的最大徑向壓應(yīng)力；σT為作用在預(yù)裂孔中心連線上巖石的最大切向拉應(yīng)力；σ拉為巖石的極限抗拉強(qiáng)度；σ壓為巖石的極限抗壓強(qiáng)度。

在滿足相應(yīng)的要求之后，還需要對裝藥密度進(jìn)行計算，在確?？妆趲r石不被壓碎的情況下， 根據(jù)炮眼內(nèi)爆炸應(yīng)力波的作用理論，可以得到裝藥密度的計算公式：

式中，Δ 為最佳裝藥密度；Q＇為炸藥的爆熱能量。

基于這一公式，可以得到常見巖石預(yù)裂爆破線裝藥密度，總結(jié)分析可以得到表1。

表1 常見巖石預(yù)裂爆破線裝藥密度與經(jīng)驗值

對于預(yù)裂爆破中爆破網(wǎng)絡(luò)的敷設(shè)， 需要在確定爆破孔內(nèi)所用雷管段別的基礎(chǔ)上， 在裝藥完成后及時利用鉆孔巖屑來將孔口堵塞，并將雷管和導(dǎo)爆管連接好。 而在網(wǎng)路連好之后，還需要對雷管段別和連接的質(zhì)量再次進(jìn)行檢查， 用以保證爆破網(wǎng)絡(luò)的敷設(shè)質(zhì)量。 在應(yīng)用塑料導(dǎo)爆管孔外內(nèi)微差起爆技術(shù)敷設(shè)爆破網(wǎng)絡(luò)（見圖3）的過程中，需要對用于爆破的各種器材進(jìn)行檢查，并事先進(jìn)行試爆，在確定最佳的爆破方案之后再進(jìn)行爆破作業(yè)。

圖3 微差起爆網(wǎng)絡(luò)圖

2.4 爆破效果和注意事項

對巴基斯坦達(dá)蘇水電KKH-01 標(biāo)的高邊坡路基進(jìn)行多次試爆，并對各項指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果顯示：預(yù)裂控制爆破能夠取得明顯的效果，對減小爆破導(dǎo)致的邊坡擾動起到了明顯的作用。 實踐證明，深孔預(yù)裂爆破技術(shù)能夠應(yīng)用到高邊坡路基施工當(dāng)中，對于提高高邊坡路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要的作用。

在實際的施工中， 為了能夠進(jìn)一步提高爆破技術(shù)的應(yīng)用效果，一方面需要對深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的施工工序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并保證在爆破作業(yè)中嚴(yán)格遵守相應(yīng)的施工工序，另一方面，需要結(jié)合工程項目的實際情況，對實際應(yīng)用的爆破方案進(jìn)行優(yōu)化。在制訂爆破方案的過程中， 需要遵循盡可能減少對巖體進(jìn)行破壞的原則，減少由于爆破震動對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，同時也需要重視高邊坡路基施工周邊環(huán)境的安全問題， 對最大單段的起爆藥量進(jìn)行合理控制。 除此之外，在實際應(yīng)用爆破技術(shù)的過程中，還需要重視施工監(jiān)控對于保證爆破技術(shù)應(yīng)用效果的作用，在對爆破技術(shù)應(yīng)用的實際情況進(jìn)行監(jiān)測的過程中，重點關(guān)注內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變和外部變形觀測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整施工方法。 同時，在爆破設(shè)計的區(qū)域范圍邊界需要設(shè)置安全警戒，在保證爆破技術(shù)統(tǒng)一指揮和安排的前提下， 讓爆破作業(yè)的相關(guān)人員能夠及時撤離，確保爆破技術(shù)的實際應(yīng)用安全和效果。

3 結(jié)語