高速公路路基石方工程爆破组织与设计探讨

高速公路路基石方工程爆破组织与设计探讨唐福林1,肖泽林2,宋琳午2(1.广东虎门技术咨询有限公司,广东广州510630;2.湖南路桥建设集团公司,湖南长沙410007摘要:常张(常德张家界高速公路是湖南省首条在山岭重丘区修建的高速公路,路基石方开挖工程量大、爆破条件复杂是其显著的特点之一。施工中应投入足够的高效率穿孔设备,以提高爆破生产能力,确保工程进度;同时,应抓好施工组织管理,按控制爆破方法进行爆破设计,确保工程施工安全、优质、高速地完成。关键词:公路;石方开挖;爆破中图分类号:U416.1文献标识码:B文章编号:1671-2668(200406-0046-03常张(常德张家界高速公路是湖南省会长沙通往举世闻名的国际旅游风景区张家界公路干线的重要组成部分。该公路已于2003年2月正式动工修建,2005年12月前将建成,交通部和湖南省委、省政府要求把常张高速公路建设成一条/生态路、环保路、科技路0。和湖南省内以前建设的高速公路相比,常张高速公路路基石方开挖工程量显著增加,石方爆破施工管理与技术水平的高低对工程施工的进度,对作为填方材料的爆破石渣的质量,对山体边坡的稳定和沿线工业与民用建筑设施、人员、财产的安全,以及对环境保护等方面有着突出的影响。1工程概况1.1工程数量常张高速公路主线全长160.682km,其中第四监理处所辖10、11、12合同段,起止桩号为K72+924~K99+000,设计土石方开挖总量384万m3,其中石方271万m3。1.2地形、地貌和地质条件常张高速公路所经区域地下水蕴藏丰富,主要为第四系地层潜水、基岩裂隙水及岩溶裂隙溶洞水。路径所经各处无新构造运动迹象,区域稳定性较好。地形、地貌和地质条件变化很大,其中K72~K99慈利段地势较高,地面起伏大,地面标高为100~500m,属低山重丘剥蚀沉积区,石方为志留系页岩、泥页岩及寒武系奥陶系的灰岩、泥灰岩、白云质灰岩等;地形多为缓坡,坡角25b左右,地面标高为83~150m,地表为砂质页岩等;悬崖较多,溪沟谷地发育,地表植被稀少或不发育,基岩裸露;石方以2路基石方开挖工程施工的特点2.1工程量大主线平均每km超过10万m3,且局部路段石方量非常集中,如K84+840~K85+480之间640m的路段中就需开挖石方84万m3。2.2爆破作业面多由于石方工程量大,分布广,只要是路基挖方段,基本上都有数量大小不一的石方工程量,需要进行爆破作业,爆破作业面很多。2.3爆破条件复杂爆破条件复杂主要体现在5个方面:一是爆破作业区周围植被茂密,农田、果林等经济作物很多;二是许多路段爆破作业区紧靠河流和溪沟;三是高速公路途经无数村、镇和居民点,爆破作业区周围有许多工业与民用建筑和设施,电力、通信电杆和线路密布交错;四是爆破作业区紧靠交通量大的省道S306两旁,或附近有人行和车流的乡村道路、小径;五是爆破作业区位于高山山坡或悬崖峭壁段,不仅施工困难,而且开挖后形成的边坡需保持稳定。实际上,对某一个爆破区而言,往往上述几个因素中多个并存。2.4岩石爆破破碎质量要求高路基石方开挖的石渣绝大多数用来作为路基填方的填筑材料,粒径要求较小,一般不大于30cm,且要求级配良好。3爆破施工组织管理承担爆破工程施工的企业必须具有相应的资,46公路与汽运Highways&AutomotiveApplications第6期2004年12月必须经过严格的培训、考核,持证上岗。组建项目经理部时应派出或聘请足够的专业技术人员和施工及管理人员,成立专业爆破队伍;也可考虑采取劳务合作方式,让有资质的专业队伍承担爆破作业工作。项目经理部应成立爆破作业专门管理机构,主要从以下几个环节抓好管理工作。3.1办好相关手续管好爆炸物品有关部门对爆炸物品的使用、运输、购买、管理均有相应的规定,项目经理部应按要求到当地公安部门办理有关的手续,建立起合格的炸药库。施工前/爆炸物品使用许可证0、/爆炸物品购买证0、/爆炸物品运输证0、/爆炸物品储存许可证0四证齐全;使用、运输、购买、管理严格按要求进行。爆破技术人员、爆破员、押运员、保管员等都应持证上岗,接受当地有关部门的管理。3.2施工计划承包人应根据各个爆破区段的工程数量和爆破难易程度制定详细的施工计划,进度计划应满足总体施工组织设计的要求。对石方工程量集中、施工难度大的路段,要进行重点设计,因为,这些路段的石方开挖可能会成为该合同段的控制性工序之一,影响全线的施工进度。3.3爆破设计爆破设计应由承包人在路基土石方施工组织设计中详细做出。根据公路工程的特点,每一个区段的岩石性质、地形地貌以及周围环境千变万化,因此,对每一个爆破作业区都需作出具体的爆破设计。设计之前要对爆破作业条件进行详细的调查,一是将现场地质、地形情况与设计图纸核实;二是调查周围环境条件。3.4爆破现场管理现场管理工作主要有两个方面,一是技术人员按设计指导穿孔作业,并根据实际穿孔情况校核装药量、设计起爆网络,控制装药和起爆网络的联结;二是抓好爆破前后的组织工作,包括爆破器材的现场管理、布置警戒、处理误爆以及意外情况的应急处理措施和器具准备等。警戒是爆破施工中的一个非常重要的工作,警戒不到位容易造成安全事故的发生。爆破区周围应设置警示标志牌,明确爆破时间和警戒信号,爆破时设置必要的路障,严格警戒,确保万无一失。根据规程要求,非抛掷爆破的个别飞散物对人员的安全允许距离,即最小警戒距离是:扩爆破为200m;下坡方向警戒距离应经计算加大。3.5技术资料的管理爆破工程施工的过程中,对有关的文件、资料和施工记录应及时收集、整理、分析和保存。一方面可以总结经验,提高技术水平,改进施工工艺;另一方面为可能发生的事故或爆破施工引起的民事纠纷、索赔乃至诉讼的分析处理提供依据。4爆破施工设计的原则与方法4.1施工组织设计原则1对路基挖方段的软石和部分节理裂隙发育次坚石,能采用机械开挖,尽量采用大功率松土器松动或直接用挖掘机挖掘,以减小爆破工作量,降低施工成本,同时少承担爆破风险。2目前常用的爆破方法主要有浅孔爆破法和中深孔爆破法,当条件允许时,还可采用小硐室爆破法。其中,浅孔爆破法要求的设备为手风钻和小型空压机,承包人容易配备,但这一方法只能用于工程量小的爆破区,或用于大爆破区的辅助作业;小硐室爆破法的采用受合同条款及现场条件的多种限制,应用面很有限。高速公路路基石方工程量特别大,工期要求紧,承包人必须配备穿孔效率高的钻机,如国产或进口的各种型号的中、高风压风动潜孔钻车及液压钻车,穿孔直径以70~110mm为宜。浅孔爆破投入机械设备少,炸药单耗小,爆破直接成本低,但承包人应综合考虑爆破方法的合理配置。3爆破设计一方面要根据现场地形、地质和周围环境条件进行,另一方面要根据爆破试验和实际爆破效果及仪器测试结果进行验证和调整,以保证施工安全和经济。爆破设计应按松动爆破的原则来进行,不得采用抛掷爆破,主要采用台阶群炮方法,这有利于改善爆破效果、降低成本、减少爆破作业次数和事故,其生产能力也较稳定。台阶爆破设计主要确定爆破范围、台阶划分、台阶自由面方向、孔深、孔距、排距、炸药单耗、最大一段装药量、一次爆破总装药量、起爆方式及网络、警戒范围等。同时,根据现场爆破效果调整设计,得到合理的孔、排距和装药量等参数,充分利用爆炸能量破碎岩石,获得理想的石渣粒径和级配,满足路基填筑要求。4.2控制爆破设计方法爆破施工都应根据具体条件按控制爆破原理来设计。爆破作业过程中主要产生地震波、空气冲击,47公路与汽运总第105期Highways&AutomotiveApplications的机理来进行控制,减弱或消除爆破作业可能造成的危害。通过限制使用裸露药包爆破,严格按要求保证炮孔堵塞质量,从根本上消除空气冲击波的危害,大大地减小噪音;而对爆破地震波、飞石等危害的控制,可以针对不同的情况,通过设计控制爆破方法来实现。1控制爆破地震波,保证周围工业与民用建筑、设施的安全。一般建筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求,对于不同位置、对象可根据地面质点的安全震动速度规定和至爆破中心位置的实际距离大小,对最大一段装药量大小进行验算,根据/爆破安全规程0,可采用经验公式计算:R=(K/v1/aQm式中:R为爆破地震安全距离;Q为炸药量;v为地震安全速度;m为药量指数;K、a为与爆破点地形、地质等有关的系数和衰减指数。通过设计计算,限制最大一段装药量,同时选取合理的段间微差间隔时间,从而控制最大震动叠加值,并限制每一次爆破的总装药量。2正确设计控制爆破方案,保护路堑边坡的稳定。石方爆破时,炸药在岩体中爆炸后,处于破坏区的岩石会产生不同的张开裂隙,它既破坏了岩体的完整性,又增加了地下水的侵蚀作用,减小了结构面的抗剪强度,留下隐患;同时,最小抵抗线过大时,向坡后的反冲力强,边坡破坏也严重,因此,在爆破设计时必须足够重视,尽量降低边坡的破坏程度。陡坡或悬崖峭壁段开挖形成的高切方边坡,以及容易产生地质灾害的山体的石方爆破开挖,是爆破设计的一个重点。设计时要针对不同的地质、地形条件,可通过限制装药量和段间微差间隔时间来控制地震波,以及合理选择最小抵抗线大小,来减小对边坡坡体的破坏。在边坡岩体层理产状不利的页岩段,路堑的最终边坡可采用光面爆破方法来获得完整、平顺的边坡,必要时采用预裂爆破减小对边坡坡体的破坏和扰动;当然,适当、及时的边坡防护和排水也比较关键。3控制爆破大量堆积物的距离和范围,避免侵占农田、果林及河流等。在爆破设计时合理选择最小抵抗线大小和孔、排距参数,控制炮孔装药量和堵塞长度,特别是正确设计最小抵抗线方向,能有效地控制岩体崩落、抛掷方向及大量堆积物的方向、距离和范围,保护距爆破中心较近的建筑设施、农田、旱,,和植被。如在路线的左、右侧或两端的不同位置开拓好台阶自由面时,爆破大量堆积物的堆积方向会截然不同;即使同一情况下,如图1所示只要改变炮孔起爆顺序,也可达到改变最小抵抗线方向,控制大量堆积物堆积范围的效果。必要时采用隔墙法或导硐法等特殊方法施工,控制效果能更好。图1起爆顺序图4控制个别飞散物的产生,防止伤害人畜,损坏设备、设施。设计爆破参数时,一方面采取加密炮孔、增加堵塞长度、减小装药量等方法,有效控制上部自由面形成的无规律的飞石;另一方面合理设计最小抵抗线的大小和方向,让主要飞石朝台阶自由面方向飞散。对于一些电力、通信线路或设施、设备等,还可采取一些覆盖、包裹及隔离等防护措施进行保护。5结论和建议常张高速公路石方开挖工程的特点是工程量大、工期紧、爆破条件复杂。承包人应组织专业队伍来承担石方爆破工程施工,配备以中深孔爆破为主的穿孔机械设备,保证工程施工进度;同时,重点抓好爆炸物品的管理、现场施工组织和警戒工作。爆破设计应以控制爆破方法为主,尽量减小或消除爆破作业产生的有害效应,确保人民群众生命、财产的安全和公路路基边坡坡体的稳定,为安