预裂爆破技术在露天边坡中的应用分析

预裂爆破技术在露天边坡中的应用分析

李锋

中国水利水电第十一工程局有限公司巴基斯坦巴沙大坝项目部 河南郑州 450001

摘要：露天边坡在工程建设中具有重要地位，若其不具备良好的稳定性，必将对后续施工顺利进行产生直接影响，造成恶劣后果，致使工程项目整体效益降低。考虑到爆破作业极有可能对露天边坡稳定性及成型方面产生不良影响，故而为提高工程建设安全性，确保爆破作业符合规范要求，本文通过列举实际案例与分析文献资料，围绕预裂爆破技术展开探讨，并对该项技术手段在露天边坡中的应用进行分析，以期可以为爆破作业顺利进行奠定基础。

关键词：预裂爆破技术；露天边坡；应用

引言：在工程建设数量持续增加的背景下，由于边坡稳定性及成型方面与工程项目后续施工顺利进行及整体质量具有直接关系，故而其逐渐受到社会关注。因此为防止对边坡稳定性及成型方面产生不良影响，必须对爆破作业的重要性形成正确认知，充分掌握预裂爆破技术各项内容，明确能够对爆破效果产生影响的因素，并对该项技术手段进行科学利用，以此提高爆破效果，满足工程建设具有的各项需求，该点对促进工程建设行业发展具有现实意义。

1.预裂爆破技术

针对预裂爆破技术而言，其是一种新型爆破技术手段，能够在爆破开挖施工过程中沿着设计开挖轮廓线密集造孔对炸药进行装填，预先爆炸成缝，以此避免爆破区域爆破孔爆破导致爆破区域外留存的岩体或其他建筑物出现损坏现象，进而提高工程项目的整体效益。该项技术手段的定义如下：进行土石方开发作业的过程中，应在开展主爆区爆破作业前对设计轮廓线进行深入分析，并以此为基础，对相应宽度的贯穿裂缝进行爆破，通过反射及缓冲开挖爆破的振动波，进而降低爆破作业产生的影响，全面提高开挖轮廓的平整性^[1]。从现实角度出发，可发现该项技术手段多是被应用在道路桥梁、水利电力、露天矿边坡及交通运输等多个工程项目中，并成功取得良好的应用效果。在科学应用预裂爆破技术的情况下，保留区壁面稳定性将显著提高，工程项目整体效益将得到保障，且边坡开挖质量控制水平将明显提高。由此可见，该项技术手段具有较强的应用价值。

2.工程概况

本文列举的工程项目是洛界高速公路，其处在K18+397~K21+13215段，处在龙固公路以南龙门东山，地形属于丘陵，具有较大起伏，沟边陡坎形成数量相对较多。针对该工程而言，其与我国一级文物保护区龙门石窟之间的距离是1500米，与焦枝线新龙门隧道之间的距离是150米，与龙门水泥厂之间的距离是300米，与草店村之间的距离是1100米，与龙门煤矿之间的距离是2500米。此外，该工程的东面是山坡，不存在必须采取保护措施的对象。在该路段实际施工过程中，进行爆破施工作业时，必须对龙门石窟及上述保护对象给予重视，并对其采取有效的保护措施，确保其具有良好的安全性。通过实际调查可以发现，该路段上部覆盖一层第四系洪冲积湿陷性亚黏土及卵石层等，实际厚度处在2米至12米的范围内，下部是奥陶系灰岩。结合设计标高，可发现路线边坡高度处在10米至20米的范围内，各方面挖填工程量相对较大。在施工过程中，施工人员考虑到该路段地质条件及地理环境具有较强的复杂性，且必须对保护对象及边坡采取有效的保护措施，确保其具备良好的安全性与稳定性，故而施工人员选择对预裂爆破技术手段进行利用。

3.爆破方案

爆破方案在爆破作业中具有重要地位，其是爆破施工作业顺利进行的重要基础，因此必须对其形成正确认知。在施工过程中，应对需要开挖的石方高程及边坡要求等方面进行综合考量，以此对爆破开发方案进行制定，确保其具备良好的可行性。针对本文列举的工程爆破方案而言，其主要内容如下：①对边坡进行深入分析，并以此为基础进行预裂切割爆破，进而减少主体爆破对边坡产生的不良影响，防止边坡稳定性降低。对预裂孔倾角进行确定的过程中，必须对孔底最终坡面角进行综合考量。针对上部边界的保留部分而言，应通过填空爆破对其进行处理，促使该部分成为设计坡面；②应对最终边坡前10米至15米的范围给予重视，并将其作为最终边坡的初期整治范围，以此为后续施工奠定基础。在最终边坡线上，应对预裂爆破技术手段进行科学利用，通过缓冲爆破对预裂孔前方首排孔洞开展爆破作业。此外，应对缓冲孔及相应的主爆孔等采取统一布孔措施，并同次起爆；③针对该工程项目而言，通过对其爆破设计要求进行分析，可发现其要求台阶坡面角处在65°，预裂孔倾角处在75°，即预裂面坡面角处在75°。为实现对剥离量进行有效控制，施工人员选择对最终台阶的坡顶线进行适当移动。在上述作业结束后，立即开展相应的计算工作，提高设计与坡底线的一致性。

4.预裂爆破效果影响因素

从现实角度出发，可发现能够对预裂爆破技术应用效果产生影响的因素相对较多，例如施工质量、岩体结构、爆破参数及岩石物理力学性质等。上述因素具有较强的关联性，且能够在不同情况下对预裂爆破产生具有差别的影响。因此对预裂爆破技术进行应用的过程中，必须对各项因素进行综合考量，并及时采取相应措施，以此避免对施工效果产生不良影响。针对能够影响预裂爆破效果的因素而言，其具体内容如下。

4.1.爆破参数

通过实际调查可以发现，预裂爆破参数呈现多样化，主要包括装药结构、线装药密度、炮孔直径、线装药密度调整及炮孔间距等多项内容。其中，施工人员对炮孔直径进行选择的过程中，必须对施工现场地质状况，孔内状况、药包直径及钻孔深度等多项内容进行综合考量，以此提高炮孔直径的科学性，进而为后续施工奠定良好基础。在通常情况下，孔径必须小于100毫米。为提高炸药装填的便捷性，应确保最小孔径大于45毫米，尤其在炮孔相对较深或孔内部存在水的情况下，必须对炮孔直径进行严格把控。从爆破效果的角度出发，可发现若孔径相对较小，施工人员将实现有效提高壁面的平整性。在开展设计工作的过程中，必须对预裂面质量要求进行充分结合，并以质量要求为基础，对炮孔直径进行选择，确保孔径符合规范要求。此外，为避免对工程项目整体效益产生不良影响，必须对钻孔成本费用及综合造价进行充分结合，尽可能提高施工便捷性，保障施工质量；通过调查可以发现，能够对炮孔间距产生影响的因素主要包括起爆方式、炮孔直径、地质条件、预裂部位及岩石性质等多项内容。因此在开展施工作业时，必须对上述因素进行充分结合，以此为炮孔间距的科学性及合理性提供保障；施工人员在明确线装药密度的过程中，必须对孔壁上非预裂缝方向给予重视，确保在爆破作业结束后，其不出现严重破坏现象。进行施工作业时，应尽可能对相对较大的线装药密度进行选择。为防止爆炸作用对孔壁峰值压力产生不良影响，在应用预裂爆破技术手段的过程中，应结合相关标准合理使用不耦合装药。针对不耦合系数而言，其实际数值越大，能够对孔壁产生影响的峰值压力即越小。因此在岩石条件具有一致性的情况下，若炮孔直径增加，必须同步对线装药密度进行增加，进而为施工质量提供保障。在特定条件下，炮孔直径与地质条件对炮孔间距具有决定性作用。若炮孔直径相对较大，施工人员可选择适当增大炮孔间距。若岩石裂隙较为发育，则施工人员应适当缩减炮孔间距；装药结构与实际孔深具有密切联系，在通常情况下，其主要包括三项内容，分别是顶部装药、中部装药及底部装药。针对线装药密度而言，其主要指炮孔中部区域的实际密度值。为全面提高预裂爆破效果，正式开展爆破作业的过程中，应结合规范要求对线装药密度采取局部调整措施，以此为施工质量提供保障。

4.2.岩体结构与岩石物理力学性质

通过对岩体结构进行深入分析，可发现裂隙的频度、方位及节理在岩体结构中具有重要地位。针对本文列举的工程而言，其小湾高边坡节理与裂隙较为发育，导致施工人员通过预裂爆破技术提高坡面光滑度的难度增加。在应用预裂爆破技术的过程中，裂隙与节理能够对预裂缝产生直接影响，导致其无法依照设计方向进行延伸，在情况严重时甚至将在错误方向产生裂缝，致使预裂面超挖或欠挖现象发生，进而造成整体施工质量降低。此外，该工程的小湾高边坡岩石区域存在较大差别，不同部位的力学特性具有明显差异，导致预裂爆破设计难度显著提高，致使预裂爆破效果受到严重影响，无法满足工程要求。该点问题具有较强的严重性，因此在后续施工中必须对其给予重视。

4.3.施工质量

从现实角度出发，可发现预裂爆破效果不仅与爆破参数及地质结构具有直接关系，而且还与施工方面具有密切联系。在实际施工过程中，若未对钻孔给予重视，未对其采取有效的控制措施，致使其误差较大，必将导致预裂爆破质量降低，从而对整体施工产生不良影响^[2]。例如对预裂爆破技术进行应用的过程中，若未对平行于边坡面方向采取有效的控制措施，致使其出现误差，极有可能导致炮孔负担面积均匀性降低，若垂直于边坡方向存在误差，将导致预裂缝形成受到严重影响。在此基础上，边坡预裂面将无法顺利成型，在情况严重时甚至将导致欠挖与超挖现象发生，因此为提高爆区形状规整性，满足规范要求，必须对钻孔方面给予重视，及时采取相应措施，提高其精准性。

5.预裂爆破设计

5.1.不耦合系数计算

在应用预裂孔爆破技术的过程中，能够对炮孔产生的压力主要包括三项内容，分别是孔中原有空气冲击波的波阵面压力、高速运动的压缩空气与爆生气体质点冲击孔壁形成的增压、爆生气体存在的膨胀压力。考虑到空气冲击波压力及其增压相较于总压力明显较小，故而在开展计算工作的过程中，可选择乘以相应的修正系数。通过对相应文献资料进行分析，可发现在不对岩体压力进行考虑的情况下，能够对炮孔附近岩石产生影响的综合压力P如下（如图1所示）。

图1 综合压力P计算公式

针对本文列举的工程项目而言，其选择对相应的2^#露天铵梯炸药进行利用，各项系数如下：炸药密度 是1.0g/cm³，爆速D是3600m/s，临界压力 是200MPa。在施工现场中，通过对岩石试样进行检测，可发现其抗压为126.5MPa，抗拉强度是7.3MPa。通过对各项参数进行代入，可得出计算结果是3.125，即不耦合系数为3.125。

5.2.线装药密度

在计算线装药密度的过程中，应对以下公式进行科学利用： 。其中， 代表线装药密度，d代表炮孔直径， 代表炸药密度。

5.3.钻孔间距

对钻孔间距进行计算时，应参考以下公式： 。针对本文列举的工程而言，施工人员考虑到爆破路线岩层节理较为发育，故而其选择对相对较小的钻孔间距进行选择，即1米。

5.4.装药与装填设计

在预裂孔装药与装填设计中，为实现对孔底较大的夹制作用进行有效应对，在预裂孔装药结构中，施工人员选择采用孔底2.5米为单根φ=32毫米铵梯炸药进行连续装药，每个孔洞剩余的计算药量依照装一节φ=32毫米炸药，间隔一定距离的方法，沿着预裂孔剩余的装药长度进行间隔分布，确保其具有良好的均匀性。在孔洞下部的炸药卷内部对毫秒导爆管雷管进行安装。全炮孔对导爆索与竹片进行敷设。通过胶带在竹片上对导爆管、导爆索及炸药进行捆绑。此外，应对竹片给予重视，确保其侧靠在边坡围岩侧，且炸药卷能够朝向开挖方向。为确保一次同时起爆，应通过导爆索对预裂孔进行连接。预裂孔装药结构如下（如图2所示）。

图2 预裂孔装药结构

对缓冲孔的装药与装填进行设计时，应适当参考以下内容：缓冲孔的装药结构是孔底1.5米，用φ70毫米的药卷，以连续的方式进行装药。针对剩余的炸药而言，65%左右通过φ32毫米的药卷双根并排，在孔洞的下部进行连续装药，其他剩余炸药通过φ32毫米药卷单根，在孔洞的上部至装填部位进行连续装药。二发同段导爆管雷管进孔，一发应在孔底第二节φ70毫米的药卷内部进行装填，另一发应在孔洞的中下部32毫米的药卷内部进行装填。针对缓冲孔的剩余长度而言，应对导爆索与竹片进行敷设；开展对主爆孔的装药与装填设计工作时，应对主爆孔采用φ70毫米的药卷，以连续的方式进行装药。二发同段毫秒导爆管雷管进孔，一发应在孔底第二节炸药内部进行装填，另一发应在孔洞的中下部炸药内部进行装填。在装填过程中，应对岩粉进行科学利用，确保装填长度超过2.5米；对炮孔进行布置时，首先应在最终边坡线上对预裂孔进行科学布置，确保其具有良好的科学性。其次，依照相关标准对缓冲孔进行布置，确保其符合规范要求。最后，科学布置主爆孔，并通过梅花形状进行布孔（如图3所示）。

图3 炮孔布置

结束语：综上所述，预裂爆破技术在工程建设中具有良好的应用效果，其能够为边坡提供保障，确保其具有良好的平整性，进而提高工程整体效益。因此必须对该项技术形成正确认知，并对炸药量及孔网参数进行严格把控，以此提高爆破效果，充分体现该项技术手段的核心价值。

参考文献：

[1]胡坤伦,宋凡平,杨仁树,李毅,张计璨.新型聚能预裂爆破技术减振效果研究[J].火工品,2021(03):52-55.

[2]王宏伟. 顶板预裂爆破防治冲击地压参数设计方法研究与应用[D].煤炭科学研究总院,2021.

[3]王亚强,杨海涛,李晨,马海洋,李二宝.预裂爆破成缝宽度与线装药密度关系试验研究[J].金属矿山,2021(07):89-95.

[4]李鹏飞,丘小强,王宝,张豪.预裂爆破在吉劳金矿高陡边坡的应用[J].有色金属(矿山部分),2021,73(03):37-40.

[5]张维春,梁小阳,张浩.某水电站石料场边坡超深孔预裂爆破施工技术[J].四川水力发电,2021,40(02):33-36.

[6]常建飞.8605工作面坚硬砂岩顶板深孔预裂爆破卸压技术研究[J].山东煤炭科技,2021,39(03):54-56.

[7]师强强,潘祖瑛,李二宝.高台阶松软岩体预裂爆破半隔孔导向作用效果的试验研究[J].现代矿业,2021,37(03):40-44.

[8]贺振金.二氧化碳预裂爆破强制放顶技术在塔山煤矿的应用[J].煤矿现代化,2021,30(02):122-123+126.

[9]王述诚.爆破技术在赞比亚下凯富峡水电站大坝基坑开挖施工中的应用[J].陕西水利,2020(12):167-169.

[10]陈旭,王鹤. 宫地水电站高地应力地下厂房预裂爆破研究[C]. 辽宁省水利学会.辽宁省水利学会2020年学术年会论文集.辽宁省水利学会:辽宁省水利学会,2020:125-129.