张文龙ZHANG Wen-long；程贵海CHENG Gui-hai；苏宇SU Yu；周泰安ZHOU Tai-an；王爽WANG Shuang

（广西大学资源环境与材料学院，南宁 530004）

1 工程概况

该工程在巴马—凭祥公路大新经龙州至凭祥段No5标段金塘枢纽互通区，边坡位于龙州县下冻镇金塘互通，边坡开挖桩号为HK0+400~HK0+521.8。互通区与崇水高速相连，交通条件较便利。

1.1 地形地貌

该区段属于构造侵蚀、剥蚀中丘陵地貌（以岩溶地貌特征为主），山间盆地地形，地形起伏较大。

1.2 地层岩性

覆盖层主要为红黏土，厚度约1-1.2m，下伏基岩为中风化灰岩。互通区域具有岩溶、危岩、堆积体等不良地质条件，岩溶发育性强，整段路基岩溶裂隙发育较为严重、存在多处溶洞等溶蚀现象。

1.3 地质构造

互通开挖区域存在断层，倾角45°。边坡倾角为45°、53°，与断层倾角相近，该结构面可能会造成边坡开挖后失稳。

1.4 边坡周边环境

开挖山体紧邻崇水高速路，与崇水高速路直线距离仅5m，山体较为陡峭，距施工区域350m处有民房。山体最大开挖高度98.3 m，台阶高度8 m，坡度45°，周边环境如图1所示。

图1周边环境图

2 施工难点及方法

2.1 施工难点

①施工区紧邻崇水高速路，施工区边坡陡峭，岩溶、裂隙发育，施工时高边坡处岩石极易垮落，严重影响崇水高速路的运营，对高速路面及周边相关设施造成严重损坏。

②施工工期紧张，施工时为保证施工进度，必须采用大规模爆破，增大了保护高速的难度，使爆破条件更为复杂，对爆破安全、爆破参数、布孔方式、起爆方式等方面的要求高。

③山体内部溶洞较为发育，溶洞对爆破效果的影响较大，需要对溶洞处进行相关处理，增大了施工难度，复杂了施工工序，增加了施工作业时间，提高了爆破要求。

④山体较为陡峭，施工便道位置窄，大型机械设备难以上山，爆破后清渣工作难以开展，由于工期紧，无法重新建设施工便道，爆后清渣工作难度较大。

⑤山体内部存在倾角为45°的断层，断层倾角与边坡设计倾角相近，且距离边坡较近，对边坡成型及边坡稳定性影响较大。

2.2 爆破方法选取

根据施工难点进行综合分析，具体爆破方法为：

①主体爆破区域采用深孔控制爆破作业[4]。为保护崇水高速公路，减少对崇水高速运营的影响，采用以松动爆破为主、机械开挖为辅的方法进行施工。

②边坡处采用大孔径预裂爆破的方式开挖。小孔径预裂爆破钻孔时间较长，且孔较深时无法保证钻孔的角度[5]。考虑本工程工期紧，在保证施工安全的同时，尽量降低爆破对高边坡的破坏，结合现场实际情况，高边坡采用深孔大孔径预裂爆破的方式开挖[6]。

③爆破顺序采用从里向外的方式。即爆破顺序依次为：预裂孔、辅助孔、主爆孔，可以有效的降低爆破时爆渣的抛掷距离，减少爆渣飞入高速路面，保护高速路。

④根据爆破顺序，选择合适的辅助孔参数，在保护边坡的同时，使辅助孔爆破区域尽量粉碎，形成“软弱面”，为主爆孔提供“自由面”。

⑤为保护高速路，减少抛掷物对高速的影响，减弱第一排主爆孔（靠近山体边缘的一排炮孔）的药量，适当增大抵抗线强度。

3 施工设计

3.1 爆破设计

根据施工难点及爆破方法选取，对爆破参数进行设计。本工程中高边坡共9个台阶，边坡倾斜角度不完全相同，设计参数有所区别，为方便计算，以边坡坡率为1:1的台阶进行设计。

3.1.1 爆破参数设计

3.1.1.1 深孔控制爆破

边坡为工整的平面，山体边缘为不规则圆弧状，主爆孔排数根据现场情况调整。沿山体轮廓布置主爆孔，主爆孔参数根据深孔控制爆破设计。

主爆孔采用深孔控制爆破方式设计，具体参数如下：

①钻孔采用竖直孔，则钻孔角度α=90°。

②炮孔直径：d=115mm。

③孔深与超深。

国内深孔台阶爆破超深值一般为0.5～3.6m，根据岩石性质、孔径、孔深，超深取h=0.8m；边坡高度H=8m，则孔深L=H+h=8.8m。

④底盘抵抗线。

按孔径计算，W1=Kd，式中K为系数，取24～48[5]，则W1=2.76～5.52m，W1取3m。

由于开挖山体紧邻高速公路，开挖主要以松动为主，为减弱爆破时岩石抛掷距离，将底盘抵抗线加大0.5～1.0m。即实际底盘抵抗线W1=3.5～4m。

⑤炮孔间排距。

孔距a=mW1，m为炮孔密集系数，取1.0～1.5。根据现场实际情况，孔距a取4.5m。排距b=a/m，排距b取3.6m。

⑥填塞长度。

按底盘抵抗线计算公式为：L1=（0.7～1.0）W1；按孔径计算公式为：L1=（20～30）d。则按底盘抵抗线计算公式得出填塞长度为：2.45～4.0m；按孔径计算公式得出填塞长度为：2.3～3.45。根据设计情况，堵塞长度取3.0m。

⑦单位炸药消耗量。

根据以往经验，考虑到岩石为中风化灰岩，坚固性系数较小，且开挖山体紧邻高速路，为保护高速路，应选取较小的单耗。但山体内部含有溶洞、断层等不稳定因素，在保证爆破效果的情况下，会使单耗增加。根据以往经验及试爆效果，选取单耗q=0.32kg/m3。

⑧每孔装药量。

因第一排与后排孔的参数不同，第一排与后排的单孔药量应使用不同的公式计算：

第一排：Q1=qaW1H；

后排：Q后=kqabH。

式中，k为考虑受前排炮孔矿岩阻力作用的增加系数，取k=1.1～1.2。为保护高速路，需降低第一排炮孔药量，计算时W1取3m，经计算，Q1=35kg，Q后=45.6～49.8kg，取Q后=49kg。主爆孔主要参数汇总表见表1所示。

表1主爆孔主要参数汇总表

3.1.1.2 预裂爆破

边坡面采用预裂爆破开挖，预裂孔沿边坡布置，在预裂孔与主爆孔之间布置缓冲孔。

①预裂孔。

预裂孔炮孔沿开挖边界布置，倾角与边坡倾角相同，预裂孔孔低应在同一水平标高。预裂爆破时，预裂孔应超出爆区范围，向两边延伸L延=5~10m。

1）孔径d1=90mm。

2）孔深与超深。

炮孔超深hy=0.5~1.5m。根据现场岩石情况，取hy为0.5m。炮孔深度Ly=（H+h）y/sinα，α为钻孔倾角（45°）。则炮孔深度Ly=12.0m。

3）孔距。

参考瑞典兰格弗斯[7]给出的预裂孔间距计算公式：ay=（8～12）d（d＞60mm）；ay=（9～14）d（d≤60mm），孔间距ay=（8～12）d=72～108cm，根据以往经验，孔间距取0.8m。

4）装药线密度。

对预裂爆破[7～9]：q线=Kda1/2。式中K为岩石系数，中等强度岩石取0.4～0.5。装药线密度q线=0.32～0.40kg/m，取q线=0.32kg/m。

表2预裂孔底部加强装药段药量增加表

预裂孔底部要加强药量，顶部减弱药量。根据表2，经计算，加强段装药线密度为1.5kg/m，加强段长度为1.5m；根据现场情况，减弱段长度取2m，减弱段装药线密度为0.16kg/m。

5）不耦合系数。

增大不耦合系数，可以降低作用与孔壁上的最大切向应力，作用于岩石是的爆炸应力波越小，可以有效的降低爆破产生的粉碎区。但过大的不耦合系数会降低炸药的利用率，影响爆破效果。预裂爆破开挖边坡时，不耦合系数B一般为2～4[7]。根据现场炸药型号，选取直径32mm的炸药，则B=90/32=2.81。

6）最小抵抗线。

预裂孔到缓冲孔的最短距离，参照经验公式[6]：Wy=1.5，ay=1.2m。

②缓冲孔。

缓冲孔紧邻预裂孔布置，缓冲孔的存在可以降低爆破时主爆孔对预留边坡的有害效应。

由于爆破顺序为从内向外，缓冲孔先与主爆孔起爆，为主爆孔爆破提供软弱面，同时考虑到缓冲孔爆破时对边坡的影响，综合考虑，将缓冲孔药量增大到原来的1.1～1.2倍。

设计布置两排炮孔，缓冲孔孔网系数小于主炮孔，一般为主炮孔孔网参数的0.5～1倍，考虑该工程实际情况，取其为主爆孔孔网参数的0.8倍。即a缓=3.6m，b缓=2.9m，其余参数按照深孔控制爆破参数相关计算公式进行计算。

3.1.2 布孔形式

预裂孔沿边坡开采线布置，主爆孔、缓冲孔采用矩形布孔，预裂孔边界超出设计边坡边界5m。炮孔布置图如图2所示。

图2炮孔布置图

3.1.3 装药结构

①主爆孔和缓冲孔：采用连续装药结构，孔底部耦合装药，上部不耦合装药。

②预裂孔：使用不耦合装药结构，空气间隔。孔内使用导爆索引爆炸药，在地表将导爆索插入截好的炸药内，用竹条固定药包，将其一起放入炮孔中。

预裂孔不耦合系数较大，装完药后先在炮孔中填柔性物体，再回填岩粉、炮泥等。为保证回填质量，在回填时使用木棍将回填区捣实。预裂孔装药结构如图3所示。

3.1.4 爆破顺序

由于施工区域临近高速路，为减少爆渣的抛掷距离，减少爆渣飞入高速路面，降低对崇水高速路运营的影响，爆破顺序采用从里向外的方式，即爆破顺序依次为：预裂孔、辅助孔、主爆孔。预裂孔爆破形成预裂缝，可以有效的降低爆炸应力波对边坡的损坏；辅助孔起爆后，留下一条较为粉碎的岩石破碎区，为主爆孔起爆提供软弱面，从而达到改变爆破方向，保护高速公路的目的。

图3预裂孔装药结构图

表3预裂爆破主要参数表

3.1.5 起爆网路

①主爆孔与缓冲孔。

主爆孔与缓冲孔使用数码电子雷管起爆，基于奥瑞凯公司现场实验得出的结论[10]，岩石易爆时，孔间延期时间17ms，排间延期时间42ms，爆破效果最好。根据现场岩石性质，选用孔间延期17ms、排间延期42ms作为爆破网路的延期时间。

②预裂孔。

预裂孔孔内采用导爆索起爆，在预裂孔孔口处使用数码雷管引爆导爆索。预裂孔与主爆孔、缓冲孔同次分段起爆，根据以往经验，预裂孔先起爆120ms一次起爆预裂孔10个左右。

3.2 不良地质条件处理措施

3.2.1 溶洞处理措施

经前期地质勘探资料显示，该处地貌溶洞发育性强。经现场钻孔施工发现，该处溶洞多为小溶洞，钻孔时钻杆穿过溶洞后可继续钻孔，对钻孔、装药及爆破效果影响较小，可不作处理；根据现场施工经验，溶洞高度大于0.3m时，对装药有影响，药包容易滑落至溶洞里，对爆破效果影响较大，需要进行处理。具体处理措施如下：

①溶洞高度小于0.3m时，对钻孔、装药及爆破效果影响较小，可不做处理；

②溶洞高度在0.3~0.5m时，增大下方装药密度，炸药装至溶洞处时进行回填处理，捣实后继续装药，使用两发雷管同时起爆；

③溶洞高度大于0.5，回填量较大时，对溶洞上下方分别处理。溶洞下方加强装药并留0.5~1m高的回填层；将装沙子的塑料瓶顺着炮孔滑落至溶洞处，横在炮孔与溶洞上部交界处，对炮孔进行回填处理，回填高度1m左右，在进行装药，可根据装药长度适当减小顶部填塞长度，上下段使用两发雷管同时起爆。具体措施如图4所示。

图4溶洞处理措施图

3.2.2 断层处理措施

断层倾角与边坡倾角相近，边坡开挖以后，若不能及时进行防护，爆破震动及地下水的作用下，边坡易发生失稳破坏。因此需对边坡进行锚固支护，提高边坡的抗剪能力，增加边坡稳定性，断层处裂缝较大时，可做注浆加固防水处理，进一步增加边坡稳定性。

4 安全防护措施

4.1 爆破震动

受保护建筑物距施工区域350m，采用萨道夫斯基经验公式计算爆破振动安全距离：

式中：R—爆破振动安全允许距离，m；v—保护对象允许振速；K、α—与地形、地质等条件有关的系数和衰减系数。根据受保护对象，K取250，α取1.8，V取2.5cm/s根据上式，单段最大药量为49kg时，爆破安全允许距离R=52.8m。在允许范围之内。

4.2 爆破飞石

根据瑞典德汤尼克基金会经验公式[4]：

经上式计算，安全距离R=181m。深孔控制爆破安全距离应不小于200m，考虑高程的影响，最小允许安全距离取350m。

4.3 施工控制

4.3.1 钻孔控制

对地表起伏处先进行平整，根据平整后的地面调整孔深。钻孔时，先进行放线测量，确保孔底标高偏差不得超过5cm，确保孔口位置与设计相同；倾斜孔钻孔时，确保角度误差不得超过1°。

4.3.2 堵塞控制

堵塞长度严格按照设计要求，使用岩粉或炮泥堵塞并进行捣实；对倾斜孔进行堵塞时，先塞入柔性纺织袋等物，在使用岩粉或炮泥填塞炮孔。

4.3.3 高速路防护

对靠近施工区一侧高速路做防护措施，另一侧高速路临时双向通行。将施工区沿高速路向两端延伸50m作为防护范围，范围内高速路路面上铺设细沙料，并在高速路的中间绿化带处搭设防护棚架，防止垮落的岩石滚到另一边路面上。

5 结语

对该工程高边坡进行控制爆破开挖，通过科学的计算爆破参数、精细化施工，在工期紧、紧邻高速路、溶洞发育等情况下，安全、高效的完成了爆破任务。确保了边坡的完整与稳定，降低了对高速路运营的影响，对紧邻高速路处高边坡安全、高效的施工具有指导作用，可为类似工程提供参考。