张德尚
(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)
0 引言
渝利铁路绿春坝隧道进口端山顶存在大量危(悬)石，隧道施工过程中存在极大的安全风险，如果不彻底地清除，会给将来铁路的运营留下风险和安全隐患。经对当地村民的调查，该区域山顶经常塌落滚石，曾发生山顶滚石砸死在山间砍柴的村民和砸坏房屋的重大安全事故，已危及下方江马公路行人及行车安全。为避免今后滚石伤人毁物事件的发生，有必要讨论在复杂环境条件下边坡危石处理技术及安全防护措施。本文从控制危石处理过程中可能出现飞石、滚石等情况的角度出发，进行优选确定施工爆破方案，重点介绍露天台阶倾斜深孔爆破技术及安全防护措施。
1 工程概况
渝利铁路绿春坝隧道洞顶危岩体整治区位于山脊上，与地面相对高差达140 m～250 m，靠绿春坝村一侧边坡上部为陡立的岩壁，坡度70°～90°，中下部为岩块掉落形成的岩堆堆积区，坡度30°～60°，坡前平缓地带集中分布有大量民房及耕地，村民背靠陡崖而居，三建中学靠山侧围墙距陡崖约300 m，靠龙河一侧为倾斜向下的山脊，坡度约45°，龙河左岸局部有少量农房及耕地;危岩体山体背后为顺层缓坡，坡度约30°～60°。江马公路从坡脚通过，沿公路布设高压线、通信电缆，公路内侧分布民房、敬老院、预制厂。地理条件及施工环境造成绿春坝危岩体整治爆破开挖及边坡防护施工危险性较大。绿春坝危岩体非爆、爆破区段划分示意图见图1。
2 施工工艺介绍
总体施工方法:沿山脊顶部散落危石及部分倒悬体采用人工清撬+劈裂机或静态非爆施工。倒悬体部分若节理、卸荷裂隙发育，则采取从倒悬体后一次性潜孔爆破将倒悬体清除，以避免机械、人员在其上部施工存在整体滑塌风险。倒悬体后坡面间大部分岩体采取小爆破控爆施工。边坡面部位采取光爆施工，以增加坡面平整度及岩体整体性。
3 爆破方案选择
从现场地形环境来看，山脚下为村庄和江马公路，分布大量民房，均距爆破点在300 m范围内，这给爆破飞石安全防护带来极大的挑战，要有效地控制爆破飞石和坡面滚石是确保施工安全和工期要求的先决条件。
3.1 爆破方式对比
3.1.1 浅眼爆破
采用SY-28型风动凿岩机钻孔，孔径42 mm，孔深2 m～5 m。1)优点:使用较灵活，换孔方便(2人可完成)。2)缺点:卡钻耗材严重，钻孔效率不高，炮孔利用率低，补炮时间多，耗时长，爆料块度大挖机难挖掘。3)安全管理:爆破频率高(约2次/d～3次/d)，安全警戒避炮时间长，工效低，村民意见大难管理，飞石较多难控制，安全风险极高不可控。
3.1.2 深孔爆破
采用履带式(风动)潜孔钻机，孔径90 mm，孔深5 m～15 m。1)优点:钻孔快、效率高、耗材小、炮孔利用率高，爆量大，松动效果好，爆粒块度适中，挖掘时省力，工作效率高，炸药单耗省0.35 kg/m3。2)缺点:钻机重，移位时较费力费时(5人可完成移动)。3)安全管理:爆破频率不高约1次/周，避炮安全警戒易管理、可有效控制飞石(飞石不远)、安全风险小可控。
3.2 深孔爆破优势
深孔爆破作业主要优越性表现在:深孔具有均匀装药，各炮孔炸药微差分段起爆，具有爆破的作用力均匀，震动小，爆破量大，爆破效果好，炮孔利用率高，爆破次数减少，飞石不远，对安全警戒管理较容易。爆堆相对集中，爆破后的边坡基本没有浮石等优点。因此，采用多孔微差爆破的深孔爆破技术，改变了传统爆破方式的弊端，从根本上提高了爆破安全系数，可以有效预防和控制爆破事故的发生。
本方案重点为解决爆破飞石和坡面滚石的安全问题并处理其与施工进度指标之间的关系。通过对现场实际可操作性和经济效益等对比分析，不断地优化调整施工方案。最终采用“露天台阶倾斜深孔爆破技术”来进行组织施工。
4 爆破技术控制
4.1 台阶倾斜深孔爆破技术要点
在露天深孔的孔向有垂直深孔与倾斜深孔两种。虽然垂直深孔打钻比较方便，而垂直深孔从爆破效果看问题比较多，如:
1)易产生根底，不利装碴且导致二次爆破，增加爆破费用;2)不易于爆堆高度的控制，不利于提高采装效率;3)台阶顶部易出现突悬部分，即所谓的倒坡，不但影响第一排孔抵抗线的量测，而且雨天有坍塌的危险，直接危及机械和施工人员的安全等;4)垂直深孔不便于设计边坡成型质量的控制，因此现场采用倾斜深孔的布孔方式进行施工。
4.2 台阶构成要素
台阶构成要素主要有:台阶高度H、前排钻孔的底盘抵抗线W1、孔边距 B、钻孔超深 h、排距 b、孔距 a、孔深 L(H+h)、炮孔倾角A、堵塞长度L1等。
台阶深孔倾斜爆破构成要素及技术指标如图2，表1所示。
表1 台阶倾斜深孔爆破技术指标表
4.3 炮孔布置形式
4.3.1 布设原则
为减轻爆破震动的影响，要确定爆破方向，改变爆破地震波传播方向，尽量使爆破主地震波传播方向朝非保护对象的方向。
4.3.2 孔位的布设
1)孔位布设通常分为单排布孔和多排布孔两种形式。当开挖工作面较长或较多、台阶高度较大、单排孔爆破能确保有一定的方量且满足装运要求时，在安全允许的条件下可采用单排布孔。
2)在工作面少、台阶高度较低、单排孔爆破的爆落方量不能满足挖掘要求时，多采用多排布孔形式。多排布孔又分为矩形和三角形(或称梅花形)两种形式。从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想。
为满足施工进度指标要求(爆破开挖量在800 m3/d)，通过对现场多次爆破后，最终采用三角形(梅花形)多排布孔方式施工。
4.4 钻孔机具和布孔的技术指标
1)现场采用3台简易支架式潜孔钻机和1台履带式液压潜孔钻机进行爆破眼孔的钻设。2)孔径90 mm，台阶高度按每茬炮15 m计算，爆破孔的设置孔距3 m～3.5 m，排距2.5 m;光面爆破孔距小于1.2 m，排距1.8 m。3)为了准确布孔，必须精确测出并定位两孔间的孔距、排距。确保单孔炸药量的准确性，现场采用全站仪测出精确的孔位坐标(X，Y)及孔位高差，以此计算倾斜角度和钻孔深度以及总爆破方量和炸药用量。具体是现场对每次钻孔都做到测量定位，对每个光面爆破孔放出所对应的发线方向点，在钻孔时按“四个确保”的技术要点进行严格控制，才能有效地控制坡面的成型和超欠挖，以保证爆破质量满足设计坡度(即:眼孔定位要准确、摆钻方向要正确、起钻角度(坡度)要精确、钻孔深度要明确)。
4.5 装药结构
4.5.1 连续装药结构
施工简单，但由于孔的上部不装药段(即堵塞段)较长，这一部分岩体爆破后容易出现大块，特别是台阶较高、坡面较陡、上部岩石坚硬时，大块率较高。这种装药结构适用于台阶较低、孔深小、表面岩石比较破碎或风化严重、上部抵抗线较小的深孔爆破。
4.5.2 间隔装药结构
采用间隔装药可以改善爆破质量，提高装药高度，减少孔口不装药部分的长度，降低大块率。采用间隔装药时，应该把大部分炸药装在台阶爆破阻力最大处，孔中不装药部分要选择在距台阶坡面最近之处(即抵抗线小的地方)，或爆炸气体可能沿裂隙逸出的地方。
在间隔装药中，上部药包顶至孔口的垂直距离不能小于孔边距。间隔装药段不宜过多，在台阶高度小于15 m时可分2段～3段，中间不装药部分的长度为1 m～2 m，一般情况下，为了提高装药高度，进行间隔装药时分两段间隔即可，下部装药量要大于上部装药量。
在多孔爆破中，还可采用孔间交错间隔装药，即每孔间隔装药的不装药部分位置互相交错。间隔装药的中间不装药部分一般用砂、岩粉等堵塞，不用捣固，只要倒入即可，但要注意控制好堵塞段的长度。上下装药段可以用导爆索串联起来，也可以分别用两个雷管同时起爆。间隔装药的中间不装药部分也可以不堵塞，也就是空气间隔装药。
4.6 多排孔微差爆破
过去普遍使用单排孔齐发爆破，效果较差。可改成微差爆破又称毫秒爆破。它是在深孔内以毫秒级的时间间隔，按一定顺序起爆的一种起爆方法。这种方法具有降低爆破地震效应、改善破碎质量、降低炸药单耗、减小后冲、爆堆比较集中等明显优点。
若排数适宜，可有效地为后爆孔增加新的自由面、应力波的相互迭加作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并相应提高了炸药能量的利用率。本工程排数取3排～5排，通常取4排。排数过多，一是震动大，二是爆破效果差;排数过小，重复作业多，不经济且爆破效果相对较差。
4.7 微差时间的选取
确定合理的微差爆破间隔时间，对改善爆破效果与降低地震效应具有重要作用。在确定间隔时间时主要考虑岩石性质、布孔参数、岩体破碎和运动的特征等因素。微差间隔时间过长则可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网络，微差间隔时间过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新的自由面影响爆破质量。
根据工程中的施工经验，本工程选择毫秒非电雷管段差延时取25 ms～75 ms，最佳值为50 ms。段数有1段～17段，延期时间达2 300 ms。根据工程不同作业条件从中选取。本工程应警戒范围300 m附近有居民建(构)筑物，通过现场试验对比，为减小爆破飞石的危害，只能逐排孔起爆，且为保证足够的爆破效果，段数均控制在1段～17段。
4.8 网络设计及连接
随着开挖工程规模的不断扩大，大区多排孔微差爆破愈加显示其优越性，为保证达到良好的爆破质量，必须正确选择起爆方案。起爆方案是与深孔布置方式和起爆顺序紧密结合的，根据岩石性质、裂隙发育程度、构造特点、对爆堆要求和破碎程度等因素进行选择。现场起爆方案为梅花形布孔，排间微差起爆，见图3。
5 安全防护措施
为保证施工安全，项目部制定有严格的安全防护措施。每次爆破前均设立安全警戒，张贴“施工公告”，提示周边村民、车辆、行人配合警戒工作，同时发出警戒信号。通过对施爆区域进行划分，在施爆区域设置6个警戒点。在起爆前30 min，各警戒点均安排一名工作人员上岗执勤，警戒人员必须手持红旗和喊话筒(或口笛)，以便显示标志和传达信号。设置在公路上的警戒人员要放置移动式安全警示牌，封闭警戒区域，及时疏导过往行人、车辆远离警戒区，并随时与爆破人员进行联系，报告警戒情况。在未接到解除警戒指令前，警戒人员应坚守岗位，不准非检查人员进入爆破警戒范围。每次起爆前10 min，指挥人员应与起爆点、各警戒点使用对讲机保持通讯联络，随时协调指挥施工现场人员、机械撤离危险区域外。
6 结语
通过现场对爆破技术方案的不断优化和完善，台阶倾斜深孔爆破对该工点危岩整治工程的爆破质量有了很大改善和有效控制、提高了机械设备装运效率，并取得了良好的经济和社会效益。
［1］张新洲.高阳寨隧道高陡边坡处理［J］.隧道建设，2012，32(1):115-120.
［2］张国文.虹梯关隧道进口段危岩体形成机理及处治方案［J］.山西建筑，2012，38(21):191-192.
