完成时间：2000年8月～2001年11月
完成单位：中铁十七局集团第五工程有限公司、中铁三局集团有限公司、山西华通路桥有限公司
项目主持人及参加人员：郝占胜、刘宏刚、赵政伟、张正宇、汤茂宁、刘鸿冠、王书新、王广瑞、赵奎银、李建华、李艳丽、李小对、刘远征、敬佩仁
撰稿人：刘宏剐、李艳丽
1 前言
在公路、铁路石方路堑施工中，主体石方的爆破效果和路堑边坡质量问题是石方爆破的重点和难点，高边坡石方又是石方路堑施工的难点，硐室爆破具有地形适应性强、施工机具简单、施工速度快、且成本较低的优点，但难以解决高边坡稳定问题。因此，一般公路、铁路路堑设计规定禁止使用硐室爆破。中铁十七局集团公司根据与山西省科委签订的项目合同，联合中铁三局集团公司和山西华通路桥公司，进行了石方路堑高边坡分台阶条形硐室加预裂一次成型爆破技术的研究，并成功地应用于焦晋高速公路K5+840～K6+010段石方路堑，解决了硐室爆破难以解决的高边坡稳定问题，确保了一次爆破成型的实现，有效地降低了工程成本，加快了施工进度。
该项成果于2002年12月通过山西省科学技术厅组织的科学技术成果鉴定，2003年12月获中国铁道建筑总公司科技进步一等奖。
2 焦晋高速公路K5+840～K6+010段工程概况
焦晋高速公路第四合同段K5+840～K6+010路堑石方比较集中，地面最大开挖宽度67m，路基最大设计宽度32m，中心最大挖深30m，石方开挖数量22.2万m3，边坡开挖高度最高达92m，边坡开挖面积达1.03万m3，傍山开挖，原地面横坡坡度陡，坡度达50°～70°。开挖石方为白云质灰岩，岩石顶部风化，局部出现多层泥灰岩夹层，地表覆盖层较薄，植被少。地质资料显示，在K5+900处有一夹层，厚度50～70cm，岩性较差。
本工程周围环境比较复杂，距边坡开口线1.5～3.0m范围内，有高压线及电杆；沿路基开挖一侧30m处，有一条与线路平行的2m×2m的引水洞；路基两端均为大桥工程；开挖区两侧有临时工棚，对面260m处有村庄。爆破必须保证周边建(构)筑物的安全。
3 工程爆破设计方案及实施
3.1 爆破主要设计原则
(1)采用“高边坡分台阶石方路堑条形硐室加预裂一次成型爆破技术”进行设计与施工，为了改善爆破效果，降低硐室爆破大块率，采用深孔加硐室综合爆破技术进行主体石方爆破施工。
(2)根据边坡开挖高度，分四个台阶，每个台阶高20～25m，从上到下逐层进行爆破施工，根据实际情况，最上一层台阶采用深孔加预裂爆破，其余各层采用硐室加预裂爆破。
(3)根据不同地形条件及开挖宽度，采用二排式二层条形药包，并在第三台阶进行试验爆破，通过试验总结经验，修正爆破参数，指导第二台和第一台阶施工(台阶由上而下编号分别为四、三、二、一)。
3.2 爆破实施
采用QZ-100型三角架式潜孔钻机钻孔，英格索兰20m3空压机供风。分四个台阶从上到下逐层进行施工。
为了取得现场实际地形地质条件下各爆破参数的相互关系，在K5+875～K6+920段顶层进行了深孔加光面爆破试验，试验爆破总计装药1711kg，爆落石方5838m3，试验爆破的成功为该工程的主体爆破实施提供了科学依据。
试验段施工后，考虑到第四层其余部分(K5+920～K5+980)开挖宽度较小，采用深孔加预裂爆破施工。
对第四层爆渣清理后，经现场复查，其台阶最大开挖宽度为17.25m，故采用硐室条形药包加预裂一次成型爆破施工，为了改善条形药包顶部大块问题，在预裂孔前设1～2排7～8m深孔药包，与主药包一起起爆。
第二层开挖宽度较大，且工程数量较大，故采用单层双排硐室爆破加预裂综合爆破技术开挖。
本工程自2000年8月12日～2001年1月20日，历时5个多月，共钻主爆孔209个，累计4077.7延长米；光爆孔88个，累计1340延长米；预裂孔439个，累计8332.6延长米，硐室5个，累计药室长456延长米。总装药量88.855t，完成石方开挖22.2万m3，在本工程中，采用导爆管雷管毫秒延时接力起爆网路，不仅改善了爆破效果，而且保证了每次爆破安全准爆，取得了良好的爆破效果，并保证了周边建(构)筑物的安全。
4 工程效果及分析
“高边坡分台阶石方路堑条形硐室加预裂一次成型爆破技术”，成功地应用于焦晋高速公路K5+840～K6+010段工程，爆破效果良好，大块率控制在7％以内，约1万m2的路堑边坡(最高达92m)达到稳定、平整、光滑、美观的要求，半孔率达93％以上。
焦作市公路管理局焦晋高速公路办公室及监理代表处给予了较高的质量评价，认为中铁十七局集团在本标段运用的“高边坡分台阶石方路堑条形硐室加预裂一次成型爆破技术”，在实施过程中，保证了主体石方的爆破效果，爆破达到设计标高不留根坎，保证了边坡质量，验收结果为“该段路基边坡各项指标均达到优良。”
由于本技术的研究成功，原设计喷锚支护取消，达到了不刷坡、不清底、一次成型的目的。并节约了大量劳动力，直接经济效益达141万元，提前工期100天，保证了公路运营安全，减少了整修，且具有显著的社会效益。
5 主要创新成果——高边坡分台阶高度的选择和确定方法
5.1 台阶高度确定应满足的条件
(1)满足每层边坡稳定，进而确保边坡的整体稳定。
(2)适于钻孔机械实际钻孔能力。
(3)满足硐室爆破达到较好效果的要求。
依据上述条件，本工程爆破取台阶高度H=20～25m。
5.2 上下台阶爆破的影响及处理方法
上下台阶爆破的影响是指上层台阶爆破不得损坏下层台阶顶部平台(一般宽4.0m)，下层爆破不得振塌上层边坡。
(1)预裂孔超深应使平台上部不留根坎，且平台不受损伤，以保证下层预裂孔钻孔顺利。本工程预留孔超深为l.2～2.0m。
(2)控制条形药包爆破对平台破坏的影响。本工程取条形药包中心到平台距离S≥(0.8～1.O)R1。
(3)控制边坡允许最大点振动速度，保证下层爆破不振塌上层边坡。
5.3 高边坡分台阶石方路堑条形硐室加预裂一次成型爆破技术的相关参数选取
硐室药包中心到预裂面距离W后的确定
本工程采用
W后 = (2～2.5)R1或 W后 = (0.32～0.4)W
式中R1——药包压缩圈半径，m；
W——条形药包最小抵抗线，m，太抵抗线取小值。
5.4 预裂爆破钻孔误差标准与控制
(1)钻孔误差包括开孔误差、对中误差和轨迹误差。
(2)钻孔架设是保证钻孔质量的关键。钻孔架设“三要点”为：对位准、方向正、角度精。
(3)钻孔作业的基本要求。
1）必须熟悉岩石性质，摸清不同岩层的凿岩规律。
2）掌握钻孔操作要领，孔口要完整，孔壁要光滑，保证排渣顺利。
3）钻孔基本操作方法，软岩慢打，硬岩快打。
摘自《中国典型爆破工程与技术》
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