4.2 石質(zhì)路塹開挖

4.2.1 石質(zhì)路塹開挖方法

（1）鉆爆開挖。是當(dāng)前廣泛采用的開挖施工方法（圖4.12）。有薄層開挖、分層開挖（梯段開挖）、全斷面一次開挖和特高梯段開挖等方式。

圖4.12 鉆爆開挖

（a）鉆孔；（b）安裝雷管

（2）直接用機械開挖。使用帶有松土器的重型推土機破碎巖石［圖4.13（a）］，一次破碎深度約0.6～1.0m。該法適用于施工場地開闊、大方量的軟巖石方工程。優(yōu)點是沒有鉆爆工序作業(yè)，不需要風(fēng)、水、電輔助設(shè)施，簡化了場地布置，加快了施工進(jìn)度，提高了生產(chǎn)能力。缺點是不適于破碎堅硬巖石。對于較堅硬的石方工程，可用炮機進(jìn)行破碎［圖4.13（b）］。

（3）靜態(tài)破碎法。將膨脹劑放入炮孔內(nèi)，利用產(chǎn)生的膨脹力，緩慢地作用于孔壁，經(jīng)過數(shù)小時至24h達(dá)到300～500MPa的壓力，使介質(zhì)裂開（圖4.14）。該法適用于在設(shè)備附近、高壓線下以及開挖與澆筑過渡段等特定條件下的開挖。優(yōu)點是安全可靠，沒有爆破產(chǎn)生的公害。缺點是破碎效率低，開裂時間長。

圖4.13 直接用機械開挖

（a）帶有松土器的重型推土機；（b）炮機破碎巖石

圖4.14 靜態(tài)破碎法施工

（a）裝藥前的菱形鉆孔；（b）爆破人員進(jìn)行裝藥；（c）整體破碎效果；（d）破碎后部分倒塌菱形的柱體

4.2.2 石質(zhì)路塹開挖一般規(guī)定

（1）石方開挖應(yīng)根據(jù)巖石的類別、風(fēng)化程度、巖層產(chǎn)狀、巖體斷裂構(gòu)造、工程量、施工環(huán)境等因素確定開挖方案。

（2）深挖路基施工，應(yīng)逐級開挖，逐級按設(shè)計要求進(jìn)行防護(hù)。

（3）爆破作業(yè)必須符合現(xiàn)行GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》。爆破施工要嚴(yán)格控制飛石距離，采取切實可行的措施，確保人員和建筑物的安全。爆破施工組織設(shè)計應(yīng)按相關(guān)規(guī)定報批。

（4）石方開挖靠近邊坡部分宜采用光面爆破或預(yù)裂爆破（圖4.15）。

圖4.15 石質(zhì)路塹開挖

（a）桂柳高速公路羅山光面爆破；（b）預(yù)裂爆破

（5）爆破法開挖石方，應(yīng)先查明空中纜線、地下管線的位置、開挖邊界線外可能受爆破影響的建筑物結(jié)構(gòu)類型、居民居住情況等，然后制定詳細(xì)的爆破技術(shù)安全方案。

（6）爆破開挖石方宜按以下程序進(jìn)行：爆破影響調(diào)查與評估→爆破施工組織設(shè)計→培訓(xùn)考核、技術(shù)交底→主管部門批準(zhǔn)→清理爆破區(qū)施工現(xiàn)場的危石等→炮眼鉆孔作業(yè)→爆破器材檢查測試→炮孔檢查合格→裝炸藥及安裝引爆器材→布設(shè)安全警戒崗→堵塞炮孔→撤離施爆警戒區(qū)和飛石、震動影響區(qū)的人、畜等→爆破作業(yè)信號發(fā)布及作業(yè)→清除盲炮→解除警戒→測定、檢查爆破效果（包括飛石、地震波及對施爆區(qū)內(nèi)構(gòu)造物的損傷、損失等）。

（7）炮眼按其不同深度，采用手風(fēng)鉆或潛孔鉆鉆孔，炮眼布置在整體爆破時采用“梅花形”或“方格形”，預(yù)裂爆破時采用“一字形”。

（8）裝藥前要布置好警戒，選擇好通行道路，認(rèn)真檢查炮孔、藥室等，吹凈殘渣，排除積水，做好爆破器材的防水保護(hù)工作，雨期或有地下水時，可考慮采用乳化防水炸藥。

（9）順利起爆，并清除邊坡危石后，用推土機清出道路，用推土機、鏟運機縱向出土填方，運距較遠(yuǎn)時，用挖掘機裝土，自卸汽車運輸。

（10）邊坡整修及檢驗如下：

1）挖方邊坡應(yīng)從開挖面往下分段整修，每下挖2～3m，宜對新開挖邊坡刷坡，同時清除危石及松動石塊。

2）石質(zhì)邊坡不宜超挖。

3）石質(zhì)邊坡質(zhì)量要求：邊坡上無松石、危石。

（11）路床清理及驗收如下：

1）欠挖部分必須鑿除。超挖部分應(yīng)采用無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石或級配碎石填平碾壓密實，嚴(yán)禁用細(xì)粒土找平。

2）石質(zhì)路床底面有地下水時，可設(shè)置滲溝進(jìn)行排導(dǎo)，滲溝寬度不宜小于100mm，橫坡不宜小于0.6%。滲溝應(yīng)用堅硬碎石回填。

3）石質(zhì)路床的邊溝應(yīng)與路床同步施工。邊溝施工要做到尺寸準(zhǔn)確，線型直順，曲線圓滑，溝底平順，排水暢通。

4.2.3 爆破器材與爆破方法

4.2.3.1 爆破器材

（1）炸藥。

1）炸藥的性質(zhì)。炸藥是一種化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的物質(zhì)，在外力的作用下（如沖擊、摩擦等），易發(fā)生爆炸。爆速高達(dá)每秒幾千米，爆溫高達(dá)1500～4500℃，壓力超過10萬個大氣壓，因此，具有非常大的破壞力。炸藥的性質(zhì)用以下指標(biāo)描述：

a.炸藥的威力：炸藥的威力一般用爆力和猛度來衡量。爆力是指炸藥破壞一定量介質(zhì)的能力；猛度是指炸藥爆炸時，將一定量巖石粉碎成細(xì)塊的能力。

b.炸藥的敏感度：炸藥的敏感度指炸藥在外能作用下發(fā)生爆炸的難易程度，包括爆燃點、撞擊敏感度、摩擦敏感度和起爆敏感度。

c.炸藥的安定性：炸藥的安定性指炸藥在長期存儲時，保持其原有物理化學(xué)性質(zhì)不變的能力。

2）炸藥的分類。爆破工程中常將炸藥分為如下兩類：

a.起爆炸藥：起爆炸藥是一種爆炸速度極高的烈性炸藥。爆速可達(dá)2000～8000m/s，用以制造雷管。

b.主要炸藥：用以對巖石或其他介質(zhì)進(jìn)行爆炸的炸藥稱為主要炸藥。它的敏感性較低，要在起爆炸藥強力的沖擊下才能爆炸。它可分為：緩性炸藥，爆速為1000～3500m/s，如硝銨炸藥（圖4.16）、銨油炸藥；粉碎性炸藥，爆速為3500～7000m/s，如梯恩

圖4.16 硝銨炸藥

梯、膠質(zhì)炸藥等。

（2）起爆器材。雷管是常用的起爆材料，按照引爆方式分為電雷管和火雷管兩種（圖4.17）。電雷管又分為即發(fā)、延期及毫秒雷管。雷管外殼有紙、銅、鐵等幾種。

雷管由雷管殼、正副裝藥、加強帽三部分組成。

火雷管與電雷管的不同之處，是在管殼開口的一端，火雷管留出15mm左右的空隙端，以備導(dǎo)火索插入之用；而電雷管則有一個電力引火裝置，并以防潮涂料密封端口。延期和毫秒電雷管的特殊點是在引火裝置和正裝藥之間加了一段緩燃劑。在保管、運輸、儲存過程中，嚴(yán)禁將雷管和炸藥放在一起（圖4.18）。

圖4.17 雷管

（a）電雷管；（b）火雷管

圖4.18 雷管和炸藥嚴(yán)禁放在一起

4.2.3.2 爆破方法

爆破方法應(yīng)根據(jù)石方的集中程度、地形、地質(zhì)條件及路線橫斷面形狀等具體情況確定。用藥量1t以上為大炮，1t以下為中小炮。

（1）鋼釬炮。鋼釬炮通常指炮眼直徑小于70mm、深度小于5m的爆破方法（圖4.19）。鋼釬炮比較靈活，適用于地形艱險及爆破量較小地段（如打水溝、開挖便道、基坑等），在綜合爆破中是一種改造地形，為其他炮型服務(wù)的不可缺少的輔助炮型。由于鋼釬炮炮眼淺，用藥少，每次爆破的方數(shù)不多，并全靠人工清除，所以，不利于爆破能量的利用且工效較低。

圖4.19 鋼釬炮的炮眼布置圖

圖4.20 深孔爆破

（2）深孔爆破。深孔爆破是孔徑大于75mm、深度在5m以上、采用延長藥包的一種爆破方法。深孔爆破炮孔需用大型的潛孔鑿巖機或穿孔機鉆孔，如用挖運機械清方可以實現(xiàn)石方施工全面機械化，勞動生產(chǎn)率高，一次爆破的方量多，施工進(jìn)度快，爆破時比較安全，是大量石方（萬方以上）快速施工的發(fā)展方向之一，圖4.20是深孔爆破施工現(xiàn)場。

（3）光面爆破。在開挖限界的周邊，適當(dāng)排列一定間隔的炮孔，在有側(cè)向臨空面的情況下，用控制抵抗線和藥量的方法進(jìn)行爆破，使之形成一個光滑平整的邊坡。

（4）預(yù)裂爆破。在開挖限界處按適當(dāng)間隔排列炮孔，在沒有側(cè)向臨空面和最小抵抗線的情況下，用控制藥量的方法，預(yù)先炸出一條裂縫，使擬爆體與山體分開，作為隔震減震帶，起保護(hù)開挖限界以外山體或建筑物和減弱地震對其破壞的作用。

（5）定向爆破。利用爆能將大量土石方按照指定的方向，搬移到一定的位置并堆積成路堤的一種爆破施工方法，稱為定向爆破。

（6）微差爆破。兩相鄰藥包或前后排藥包以若干毫秒的時間間隔（一般為15～75ms）依次起爆，稱為微差爆破，亦稱毫秒爆破。

微差爆破能有效地控制爆破沖擊波、震動、噪聲和飛石；操作簡單、安全、迅速；可近火爆破而不造成傷害；破碎程度好，可提高爆破效率和技術(shù)經(jīng)濟效益。但該網(wǎng)路設(shè)計較為復(fù)雜；需特殊的毫秒延期雷管及導(dǎo)爆材料。微差控制爆破適用于開挖巖石地基、挖掘溝渠、拆除建筑物和基礎(chǔ)等。

（7）藥壺炮。藥壺炮是指在深2.5～3.0m以上的炮眼底部用小量炸藥經(jīng)一次或多次烘膛，使眼底成葫蘆形，將炸藥集中裝入藥壺中進(jìn)行爆破（圖4.21）。

圖4.21 藥壺炮

（a）單藥壺布置；（b）上下層藥壺布置

藥壺炮主要用于露天爆破，其使用條件是：巖石應(yīng)在Ⅺ級以下，不含水分，階梯高度（H）小于10～20m，自然地面坡度在70°左右。如果自然地面坡度較緩，一般先用鋼釬炮切腳，炸出臺階后再使用。經(jīng)驗證明，藥壺炮最好用于Ⅶ～Ⅸ級巖石，中心挖深4～6m，階梯高度在7m以下。藥壺炮裝藥量可根據(jù)藥壺體積而定，一般介于10～60kg之間，最多可超過100kg。每次可炸巖石數(shù)十方至數(shù)百方，是小炮中最省工、省藥的一種方法。

（8）貓洞炮。貓洞炮系指炮洞直徑為0.2～0.5m，洞穴成水平或略有傾斜（臺眼），深度小于5m，用集中藥包在炮洞中進(jìn)行爆炸的一種方法（圖4.22）。

圖4.22 貓洞炮

貓洞炮充分利用巖體本身的崩塌作用，能用較淺的炮眼爆破較高的巖體，一般爆破可炸松15～150m³。其最佳使用條件是：巖石等級一般為Ⅸ級以下，最好是Ⅴ～Ⅶ級；階梯高度最小應(yīng)大于眼深的兩倍，自然地面坡度不小于50°，最好在70°左右。由于炮眼直徑較大，爆能利用率甚差，故炮眼深度應(yīng)大于1.5～2.0m，不能放孤炮。貓洞炮工效，一般可達(dá)4～10m³，單位耗藥量在0.13～0.3kg/m³之間。在有裂縫的軟石和堅石中，階梯高度大于4m，藥壺炮藥壺不易形成時，采用貓洞炮可以獲得好的爆破效果。

4.2.3.3 盲炮處理

因各種原因未能按設(shè)計起爆，造成藥包拒爆的裝藥或部分裝藥稱為盲炮。盲炮不但浪費炸藥和材料，影響施工進(jìn)度，而且嚴(yán)重地影響安全生產(chǎn)。因此，必須采取一切有效的措施防止產(chǎn)生盲炮。檢查人員發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑盲炮，應(yīng)向爆破負(fù)責(zé)人報告后組織進(jìn)一步檢查和處理，發(fā)現(xiàn)其他不安全因素應(yīng)及時排查處理，在上述情況下，不應(yīng)發(fā)出解除警戒信號。

（1）一般規(guī)定。

1）一旦出現(xiàn)盲炮，應(yīng)停止盲炮附近的所有其他工作，處理盲炮前應(yīng)由爆破領(lǐng)導(dǎo)人定出警戒范圍，并在該區(qū)域邊界設(shè)置警戒，處理盲炮時無關(guān)人員不許進(jìn)入警戒區(qū)。

2）應(yīng)派有經(jīng)驗的爆破員處理盲炮，各種類型的盲炮處理應(yīng)按國家現(xiàn)行的GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定辦理。

3）電力起爆網(wǎng)路發(fā)生盲炮時，應(yīng)立即切斷電源，及時將盲炮電路短路。

4）導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路發(fā)生盲炮時，應(yīng)首先檢查導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管是否有破損或斷裂，發(fā)現(xiàn)有破損或斷裂的可修復(fù)后重新起爆。

5）嚴(yán)禁強行拉出炮孔中的起爆藥包和雷管。

6）盲炮處理后，應(yīng)再次仔細(xì)檢查爆堆，將殘余的爆破器材收集起來統(tǒng)一銷毀；在不能確認(rèn)爆堆無殘留的爆破器材之前，應(yīng)采取預(yù)防措施并派專人監(jiān)督爆堆挖運作業(yè)。

7）盲炮處理后應(yīng)由處理者填寫登記卡片或提交報告，說明產(chǎn)生盲炮的原因、處理的方法、效果和預(yù)防措施。

（2）淺孔爆破的盲炮處理。

1）經(jīng)檢查確認(rèn)起爆網(wǎng)路完好時，可重新起爆。

2）可鉆平行孔裝藥爆破，平行孔距盲炮孔不應(yīng)小于0.3m。

3）可用木、竹或其他不產(chǎn)生火花的材料制成的工具，輕輕地將炮孔內(nèi)填塞物掏出，用藥包誘爆。

4）可在安全地點外用遠(yuǎn)距離操縱的風(fēng)水噴管吹出盲炮填塞物及炸藥，但應(yīng)采取措施回收雷管。

5） 處理非抗水類炸藥的盲炮，可將填塞物掏出，再向孔內(nèi)注水，使其失效，但應(yīng)回收雷管。

6） 盲炮應(yīng)在當(dāng)班處理，當(dāng)班不能處理或未處理完畢，應(yīng)將盲炮情況（盲炮數(shù)目、炮孔方向、裝藥數(shù)量和起爆藥包位置，處理方法和處理意見）在現(xiàn)場交接清楚，由下一班繼續(xù)處理。

（3）深孔爆破的盲炮處理。

1） 爆破網(wǎng)路未受破壞，且最小抵抗線無變化者，可重新連接起爆；最小抵抗線有變化者，應(yīng)驗算安全距離，并加大警戒范圍后，再連接起爆。

2） 可在距盲炮孔口不少于10倍炮孔直徑處另打平行孔裝藥起爆。爆破參數(shù)由爆破工程技術(shù)人員確定并經(jīng)爆破技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。

3） 所用炸藥為非抗水炸藥，且孔壁完好時，可取出部分填塞物向孔內(nèi)灌水使之失效，然后做進(jìn)一步處理，但應(yīng)回收雷管。

4.2.3.4 影響爆破的主要因素

為了爆破某一巖體，在其中或表面放置的一定數(shù)量的炸藥，稱為藥包。藥包在介質(zhì)中爆炸時，介質(zhì)被拋擲和松動的體積或破碎的程度稱為爆破效果。影響爆破效果的因素主要有以下幾種：

（1）炸藥的威力。一般在堅石中，宜用粉碎力大的炸藥，如TNT、膠質(zhì)炸藥等，爆破后巖石破碎程度較大，但破壞范圍一般較小；在次堅石、軟石、裂縫大而多的巖石中，以及松動爆破中，宜用爆力大而粉碎力較小的炸藥，如硝銨類炸藥；開采料石，則宜用爆力和猛度都較小的炸藥，如黑火藥。

（2）炸藥用量。

（3）地形條件。在爆破工程中，地形的陡坦程度及臨空面數(shù)量對爆破效果影響也很大。地形越陡，臨空面數(shù)目越多，爆破效果越好；反之，爆破效果越差。

（4）地質(zhì)條件。地質(zhì)條件是指巖石性質(zhì)和巖層構(gòu)造。巖石性質(zhì)包括巖石的密度、韌性和整體性等，是確定巖石單位耗藥量和能否采用大爆破的主要依據(jù)；巖石構(gòu)造主要指巖石的層理產(chǎn)狀等。

（5）其他因素。裝藥的密實度、堵塞炮眼和導(dǎo)洞的質(zhì)量、爆破技術(shù)的熟練與正確程度等對爆破效果均有影響。

4.2.4 深挖路基

（1）施工前應(yīng)理解設(shè)計的邊坡防護(hù)方案，并編制詳細(xì)的施工方案，獲批準(zhǔn)后實施。

（2）施工過程中，應(yīng)根據(jù)開挖情況隨時進(jìn)行地質(zhì)核查，并對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。如實際情況與設(shè)計不符，應(yīng)會同設(shè)計單位等進(jìn)行處理。

（3）應(yīng)根據(jù)地形特征設(shè)置邊坡控制點。

4.2.5 棄方

（1）施工前，應(yīng)對設(shè)計提供的棄土方案進(jìn)行現(xiàn)場核對，若有疑問，應(yīng)及時處理。

（2）棄土不得占用耕地。

（3）沿河棄土不得影響排洪、通航，不得加劇河岸沖刷。不得向水庫、湖泊、巖溶漏斗及暗河口處棄土。禁止在貼近橋墩臺、涵洞口處棄土。

（4）沿線棄土堆設(shè)置應(yīng)符合設(shè)計要求；設(shè)計無要求時應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）棄土應(yīng)相對集中堆放，并與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，嚴(yán)禁隨意處理。

2）棄土堆的幾何尺寸、壓實程度、位置應(yīng)保證路基邊坡和棄土堆自身的穩(wěn)定。棄土堆的邊坡不陡于1∶1.5，頂面向外設(shè)不小于2%的橫坡，其內(nèi)側(cè)高度不宜大于3m。

圖4.23 環(huán)保的棄土場

3）在地面橫坡陡于1∶5的路段，不得在高于路塹邊坡頂?shù)纳狡律戏皆O(shè)棄土堆。

4）在山坡上側(cè)的棄土堆，應(yīng)連續(xù)而不間斷，并在棄土堆上側(cè)設(shè)置截水溝。山坡下側(cè)的棄土堆，應(yīng)每隔50～100m設(shè)寬度不小于1m的缺口排水，排水主流方向不得對地面結(jié)構(gòu)物及農(nóng)田等造成不利影響，必要時可設(shè)人工溝渠導(dǎo)引排水。棄土堆坡腳應(yīng)進(jìn)行防護(hù)和加固（圖4.23）。

5）棄土應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行壓實。

6）應(yīng)按設(shè)計要求及時完成棄土場的防護(hù)、排水工程。

【案例4.1】

1.背景資料

某施工單位承接了某高速公路路基H合同段工程施工，該區(qū)段設(shè)計車速100km/h，平均挖深19m，路基寬度26m，其中K20+300～K20+520為石質(zhì)路塹。該區(qū)段巖石為石炭系硅質(zhì)灰?guī)r，巖石較堅硬，多為厚層構(gòu)造，局部呈薄層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育。要求路塹采用鉆爆開挖，爆破石渣最大允許直徑為30cm，對開挖石渣盡可能提高利用率。

施工單位編制的爆破設(shè)計方案摘要如下：

（1）邊坡采用預(yù)裂爆破，路基主體盡量采用深孔爆破，局部采用鋼釬炮，烘膛炮等方法。

（2）采用直徑8cm 的鉆頭鉆孔，利用自行式鑿巖機或潛孔鉆一次鉆到每階平臺設(shè)計標(biāo)高位置。

（3）爆破順序采用從上至下的分臺階，順路線方向縱向推進(jìn)爆破，控制最大爆破深度不超過10m，縱向每40～50m 為一個單元，邊坡和主體采用微差爆破一次性完成。

（4）邊坡預(yù)裂爆破孔間距為1m，采用“方格形”布置，按水平方向控制炮桿位置，路基主體內(nèi)炮孔間距4m，采用“梅花形”均勻布置。

爆破設(shè)計方案報主管部門審批時未通過，退回后由施工單位重新修改。

在確定爆破安全距離時，施工單位按GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》中安全距離不小于200m 的規(guī)定，將安全距離設(shè)為200m，并布置警戒線。爆破結(jié)束后，未出現(xiàn)安全事故。

K20+300～K20+520 段需開挖石方140000m³，采用2 臺裝載機（每臺作業(yè)率720m³/臺班）和6 臺自卸汽車（每臺作業(yè)率300m³/臺班）配合裝運石方，其他機械均配套，將石方調(diào)運到兩端的填方路段。

施工完成后，對路基工程進(jìn)行了質(zhì)量檢驗，其中針對K20+300～K20+520 路段，實測了縱斷高程、中線偏位、寬度、橫坡。

2.問題

（1）指出并改正爆破設(shè)計方案中的錯誤之處。

（2）施工單位確定爆破安全距離的做法是否恰當(dāng)？說明理由。

（3）在不考慮加班的情況下，K20+300～K20+520 路段石方調(diào)運工作需要多少天（列式計算）？

（4）K20+300～K20+520 段路基施工的質(zhì)量檢驗，還應(yīng)實測哪些項目？

答：（1）采用“方格形”布置，按水平方向控制炮桿位置錯誤。

應(yīng)改為：采用“一字形”布置，按邊坡坡度控制炮桿位置。

（2）不恰當(dāng)。因為除考慮GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》中露天爆破安全距離不得小于200m外，還應(yīng)考慮個別飛散物影響、地震波、空氣沖擊波的影響，經(jīng)計算后再確定安全距離。

（3）工作天數(shù)=140000/（2×720）=97.2=98d。

（4）實測項目還有壓實度、平整度、邊坡坡度、邊坡平順度。