风化岩体边坡开挖爆破试验研究.pdf

第2 9 卷第1 期 2 0 1 2 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 9N o ．1 M 盯．2 0 1 2 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 1 3 风化岩体边坡开挖爆破试验研究术 杨金华1 ’2 ，夏元友1 ，祝文化1 1 ．武汉理3 - 大学土木工程与建筑学院，武汉4 3 0 0 7 0 ；2 ．云南交通职业技术学院，昆明6 5 0 1 0 1 摘要风化岩体边坡的爆破开挖质量要求高，根据开挖边坡岩体条件，确定了合理的施工方案和爆破参 数；为检验参数的合理性，结合爆破试验，进行了爆破振动效应的控制研究，并利用数字式全景钻孔摄像系统 对开挖结果进行了评价。试验结果表明采用的爆破方案可以满足边坡稳定性控制要求，爆破对岩体产生的 损伤较小。试验成果可用于改善爆破施工效果、提高施工效率。 关键词路堑边坡；风化岩体；爆破；损伤检测 中图分类号T U 4 5 2文献标识码A文章编号1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 2 0 1 - 0 0 5 1 0 3 E x p e r i m e n tS t u d yo fB l a s t i n gE x c a v a t i o no fW e a t h e r i n gR o c kS l o p e Y A N GJ i n ．h u a l ”，X I AY u a n ．y o u l ，Z H UW e n h u a l 1 ．S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e ，W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a ； 2 。Y u n n a nT e c h n i c a lC o l l e g eo fC o m m u n i c a t i o n s ，K u n m i n g6 5 0 1 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h eq u a l i t yr e q u i r e m e n to fw e a t h e r i n gr o c ks l o p ee x c a v a t i o nb yb l a s t i n gi sh i g h e r ．T h eo p t i m a lc o n s t r u e t i o nm e t h o da n db l a s t i n gp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h es l o p er o c kc o n d i t i o n s ．T h eb l a s t i n ge x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tt ov e r i f yt h er a t i o n a l i t yo ft h eb l a s t i n gp a r a m e t e r s ，a n de v a l u a t e dt h ee x p e r i m e n tr e s u l tw i t ht h e d i g i t a lb o r ep a n o r a m i cc a I n e F as y s t e m ，w h i c hu s e dt ot e S tt h eb l a s t i n gr e s u l t ．T h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h eb l a s t i n g s c h e m ec B nm e e tt h es l o p es t a b i l i t yc o n t r o lr e q u i r e m e n t s ，a n dl e s sd a m a g eo nr o c km a s s ，w h i c hg i v es o m eh e l pt oi m - p r o v et h eb l a s t i n gr e s u l t sa n di m p m v et h ee f f i c i e n c yo fc o n s t r u c t i o n ． K e yw o r d s c u t t i n gs l o p e ；w e a t h e r e dr o c k ；b l a s t i n g ；d a m a g ed e t e c t i o n 在路堑开挖工程中，爆破施工对邻近的建、构筑 物及开挖成型边坡均会产生一定的影响，尤其对风 化岩体边坡。由于强度较低，岩体较为破碎，导致爆 破开挖难度大、易产生超欠挖现象，从而影响开挖边 坡的稳定性和支护方案的施工，制约着爆破施工进 度4J 。爆破产生的地震效应和爆破对岩体产生的 损伤作为影响边坡稳定的外部因素，一直受到人们 的关注，并对此进行了大量的研究工作归。7o 。结合广 贺高速公路某路堑边坡爆破开挖施工，针对爆破开 挖岩体特点和施工难点，通过现场试验与测试，寻求 收稿日期2 0 1 l 一1 2 2 6 作者简介杨会华 1 9 6 5 一 。男，教授、博士研究生，从事岩土工程的 科研和教学- I 作， E - m a i l 8 7 0 1 5 9 5 7 2 q q ．o o m 。 基金项目广东省科技计划项目 6 3 1 2 3 合理的爆破方法及控制措施，以达到良好的开挖边 坡成型质量、保障边坡稳定性。 1工程概况 广贺高速公路K 1 0 2 8 6 0 一K 1 0 3 0 3 0 段路堑 左侧高边坡路段处于山地丘陵区，其岩土体主要为 粉质黏土及白垩系砾岩，边坡段岩体处于构造发育 段，多组节理裂隙发育，相互切割，边坡岩层产状变 化不大，倾向与边坡倾向一致，为顺层边坡。该边坡 设计为6 级边坡，前5 级边坡坡高为1 0m ，第6 边坡 坡高不等，各马道平台宽2m ，坡率为l 0 ．5 一l 0 ．7 5 。 风化岩体边坡的爆破开挖质量要求高，而且开 挖区域岩体较为破碎，反复的爆破震动易诱发滑坡 万方数据 5 2爆破 2 0 1 2 年3 月 等灾害。因此对风化岩质边坡的开挖必须控制爆破 施工对成型边坡及相邻环境的影响，减少爆破对永 久边坡的破坏。爆破方案遵循“纵向分段，竖向分 层，从上至下”的施工原则，即竖向从上至下分层进 行，纵向每个作业面形成台阶。爆破施工时，先进行 爆破试验，经现场生产性试验后确定最优的施工方 法和爆破参数，同时在爆破施工期间加强监测工作， 并通过爆破地震效应监测和岩体损伤测试，进行信 息化施工。 2 爆破试验 根据开挖部位的地质条件，为减少主爆区爆破对 永久边坡的破坏，首先沿设计开挖边坡轮廓线进行预 裂爆破，以形成预裂缝，降低爆破振动对边坡的影 响埔o ；主爆区开挖采用微差松动控制爆破，根据实测本 地区岩体开挖爆破振动速度传播与衰减规律的经验公 式，控制一次起爆最大单段药量，严格控制爆破规模。 为保证边坡稳定性，应开挖一级支护一级。 2 ．1 爆破参数 预裂爆破参数预裂爆破孔径9 0m m ，孔深 1 2 ．6m ，孑L 距1 ．0m ，线装药密度3 5 0 4 0 0g ／m 。采 用西3 2m r f l 乳化药卷，导爆索传爆，进行不耦合间 隔装药，不耦合系数2 ．8 l ，堵塞段长度1 ．2 2 ．0m 。 预裂孔先于爆破孔7 5 一1 0 0m s 起爆。若预裂孔数 较多或装药量过大应进行分段起爆。 主爆区爆破参数主爆区开挖采用分层、分区中 深孔微差爆破。各爆区爆破以松动为主，以控制爆 破飞石距离和飞散方向。爆破规模根据一次起爆最 大单段药量进行控制。梯段爆破钻孔直径9 0m m ， 孔深1 2 ．6m ，钻孔超深1 ．2r f l ，前排底盘抵抗线 3 ．0 3 ．5I n ，孔距3 ．0m ，排距2 ．5m ，炸药单耗 O ．3 0 ．3 5k g ／m 3 ，孔口堵塞长度不小于2 ．5m ，采用 西7 0r f l l n 药卷连续装药。起爆网路采用非电导爆管 雷管传爆，同排相邻孔间采用M S 2 段，前后排间采 用M S 5 段，孔内起爆雷管采用M S l l 段。具体爆破 参数见表l 。 表1 爆破试验参数 T a b l e1 B l a s t i n gp a r a m e t e r so fe x p e r i m e n t 2 ．2 爆破振动测试 爆破开挖所产生的振动可能对边坡的稳定性及 其周围环境造成较大影响，为确保边坡开挖的稳定 性，对边坡开挖进行爆破振动监测，采用质点振动速 度作为判别标准。 爆破振动测试结合现场爆破施工进行，测试仪 器采用U B O X - - 2 0 0 1 6 便携式数据采集设备。监测 点从爆源一级马道坡脚处开始按照不同水平距离、 沿不同高程由下而上布置，同一高程在不同距离布 置2 个测点。每个测点布设垂直和水平径向传感器 测点布置图见图1 。 在边坡爆破施工期间，进行了多次爆破震动测 试，取得了大量的数据。根据试验数据，采用一元回 归和二元回归方法，得到本地区爆破震动质点速度 传播与衰减规律经验公式。 当不考虑高程效应时，采用一元回归分析，求得 本地区爆破震动衰减规律的经验公式 ，3 ／- A - x1 ．4 5 性直 6 4 ．1 2 I 华} 咏∥6 ．2 3 灞“柏 式中Q 为与震速y 值相对应的最大一段起爆药量， k g ；R 为测点与爆心的直线距离，i n 。 爆破 图1 振动测试布点图 单位m F i g ．1 T e s tp o i n to fv i b r a t i o n u n i t m 当考虑高程效应时，采用二元回归分析，求得本 地区爆破震动衰减规律的经验公式 万方数据 第2 9 卷第l 期杨金华，夏元友，祝文化风化岩体边坡开挖爆破试验研究 魄；瑚．s s 科“ 钢“3 K 瑚．，s 秽3 钢“4 式中D 为爆心与测点之间的水平距离，“；H 为爆 心与测点之间的高程差，m 。 比较计算振速和实测振速，结果显示，一元回归 公式较二元回归公式的计算结果误差小，现场试验 中由于高程变化不大，高程放大效应并不明显。因 此，实际应用中建议使用～元回归公式进行计算。 23 爆破振动控制 从萨道夫斯基经验公式可以看出，在地质条件、 岩石性质相同的情况下，当爆心距确定后，单段药量 的大小是决定测点位置质点震动速度的主要因素。 根据爆破振动质点速度经验公式，推导出了一次爆 破单段最大起爆药量的预测公式。 Q R 3 鼎 2 ” 根据爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 规定，结 合本工程实际，临近爆区的民房安全振动速度 y 2c m ／s 控制。边坡振动速度标准按1 0c m ／s 控制。 2 ．4 爆破效果 现场爆破后，预裂面上较完整地留下半孔痕迹， 坡面岩体没有出现严重的爆破裂隙。而且预裂面基 本光滑、不平整度较低，坡面形成效果较好。 3 岩体损伤测试 为了评价爆破参数的合理性，判定岩体开挖损 伤破坏程度，采用数字式全景钻i L 摄像系统，进行了 现场测试试验，获得了岩体爆破前、后的图像资料。 通过分析孔内结构面如裂隙宽度、产状的变化以及 微裂纹的延长、扩大和贯穿等．从而判断爆破开挖对 边坡岩体损伤的范围。1 号、2 号测试孔分别布置在 第1 级边坡坡面和第4 级坡脚处 爆破区域位于第 1 级边坡 ，测试孔布置剖面图见图2 。爆破前、后 的全孔深孔壁的图像，如图3 、图4 所示。 爆破对岩体的损伤，不仅是旧裂纹的扩展，也存 在新裂纹的张开，爆后孔口有松动和掉块现象。随着 距离的增加，爆破产生的损伤程度在降低。对比爆破 前后的裂纹情况，爆后裂纹增宽，部分裂纹贯通，裂纹 面积较爆前有所增大。1 号孔孔深7 ．8m ，爆后孔口 0 ．5m 处裂隙增宽5i T I ／1 1 ，孔壁有掉块现象；O ．8m 处 裂缝增宽3r a m ；1 ．5m 处裂缝增宽4r m ，裂隙贯通； I 号孔位置的岩石损伤程度比较明显，影响范围在 3 ．5m 范围内。2 号孔孔深6m ，爆后孔口附近产生 一些裂隙，有松动和孔壁掉块现象；1 ．2m 处裂缝增 宽3n L r n 左右；1 ．8m 处局部有孔壁掉块现象，2 号孔 位置的岩石损伤程度相对较小，影响范围在1 ．8m 范 围内。爆破对上一级边坡岩体损伤作用不是很明显， 但对爆区内岩体的损伤程度较深。 图2 测试孔布置剖面图 F i g ．2 T e s th o l el a y o u tp r o f d e 已爆区域 b 爆后 前、爆后图像 0 f N oJH o l e f a 爆前I b 爆后 图42 号孔爆前、爆后图像 F i g ．4I m a g eo f N o ．2H o l e 下转第舳页 万方数据 爆破2 0 1 2 年3 月 参考文献 R e f e r e n c e s 汪旭光，于亚伦．拆除爆破理论与工程实例[ M ] ．北 京人民交通出版社，2 0 0 8 7 4 - 7 7 ． W A N GX u g u a n g ，Y UY a l u n ．T h e o r e t i c a la n de a r l es t u d y o fd e m o l i s h m e n tb l a s t i n g [ M ] ．B e i j i n g C h i n aC o m m u n i c a - t i o n sP r e s s ，2 0 0 8 7 4 - 7 7 ． i nC h i n e s e 刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金 工业出版社，2 0 0 7 ． L I UD i a n z h o n g ，Y A N GS h i c h u n ．A p p l i c a t i o nm a n u a lo f e n g i n e e r i n gb l a s t i n g [ M ] ．B e i j i n g C h i n aM e t a l l u r g i c a lI n - d u s t r yP r e s s ，2 0 0 7 ． i nC h i n e s e 汪旭光，于亚伦，刘殿中．爆破安全规程实施手册 [ M ] ．北京人民交通出版社，2 0 0 4 8 8 9 1 ． W A N GX u g u a n g ，Y UY a - l u n ，L I UD i a n - z h o n g ．A p p l i c a t i o n m a n u a lo fs a f e t yr e g u l a t i o n sf o rb l a s t i n g [ M ] ．B e i j i n g C h i n a C o n m m n i c a t i o n sP r e s s ，2 1 3 0 4 8 8 9 1 ． i nC h i n e s e 宗琦，吕渊．钢筋混凝土框架结构物定向爆破拆 除[ J ] ．爆破，2 0 0 7 ，2 4 3 5 2 - 5 4 ． Z O N GQ i ，L VY u a n ．D e m o l i t i o no far e i n f o r c e dc o n c r e t e f r a m es t r u c t u r e b y d i r e c t i o n a lb l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 0 7 ，2 4 3 5 2 - 5 4 ． i nC h i n e s e 刘贵清，陈华腾，谭胜禹，等．控制爆破拆除楼房的若 干要素[ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 1 5 9 6 3 ． L I UG u i q i n g ，C H E NH u a - t e n g 。T A NS h e n g - y u ，e la 1 ．S o m e e s s e m i a l so fc o n t r o l l e db l a s t i n gd e m o l i t i o nf o rb u i l d i n g s [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 0 6 ，2 3 1 5 9 6 ．3 ． i nC h i n e s e 宗琦．城市拆除控制爆破中的飞石控制[ J ] ．辽宁工 程技术大学学报，2 0 0 2 ，2 1 5 5 9 8 - 6 0 1 ． Z O N GQ i ．E f f e c t i v et e c h n i q u eo fc o n t r o l l i n gf l y - r o c ki n d e m o l i t i o nb l a s t i n gi nc i t y [ J ] ．J o u r n a lo fL i a o n i n gT e c h - n i c a lU n i v e r s i t y ，2 0 0 2 ，2 1 5 5 9 8 6 0 1 ． i nC h i n e s e 刘军，秦根杰．某桥梁爆破拆除及预处理措施[ J ] ． 爆破，2 0 0 8 ，2 5 4 7 3 - 7 6 ． L I UJ u n ．Q I NG e n - j i e ．D e m o l i t i o n0 fab r i d g eb yc o n t r o l l e d b l a s t i n ga n dt h ee f f e c to fp r e c u t t i n gm e a s u r e [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 0 8 ．2 5 4 7 3 ．7 6 ． i nC h i n e s e 高旭．拆除爆破飞散物防护工程实例研究[ J ] ．工程 爆破，2 0 0 9 ，1 5 4 7 4 - 7 7 ． G A OX u ．C a s es t u d yo nf l y i n gd e b r i sp r o t e c t i o ni n ‘b l 幽- r i n gd e m o l i t i o n [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 9 ，1 5 4 7 4 - 7 7 ． i nC h i n e s e 上接第5 3 页 4 结语 根据风化边坡岩体条件及开挖特点，确定了合 理的施工方案和爆破参数。结合路堑高边坡开挖， 进行了爆破振动衰减规律的现场测试，分析得出了 适合该区域的爆破振动速度传播规律的经验公式， 依据该经验公式给出了一次起爆最大单段药量的计 算公式及爆破振动控制标准。为检验参数的合理 性，结合现场爆破试验，利用数字式全景钻孔摄像系 统对开挖结果进行了评价。试验研究表明，采用顺 序微差松动控制爆破，能够满足中深孔爆破施工对 爆破振动、边坡稳定性和岩体损伤的控制要求，而且 边坡坡面成型效果较好。为规范各标段爆破施工操 作，保证施工安全，改善爆破施工效果，提高施工效 率发挥了积极的作用，试验成果为其他类似工程提 供了参考。 [ 2 ] [ 2 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 顾毅成．爆破工程施工与安全[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 4 ． 陈清运，刘美山，王香杰，等．锦屏一级水电站边坡开 挖爆破动力稳定性研究[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 8 1 3 5 - 3 9 ． C H E NQ i n g - y u n ，L I UM e i - s h a h ，W A N GX i a n g - j i e ，e ta 1 ． S t u d yo nd y n a m i c a ls t a b i l i t y0 fs l o p ee x c a v a t i o nb l a s t i n g a t J i n p i n gO n e s t a g eH y d r o p o w e rS t a t i o n [ J ] ．B l a s t i n g 2 0 1 1 ，2 8 1 3 5 3 9 ． i nC h i n e s e 汪旭光，于亚伦，刘殿中．爆破安全规程实施手册 [ M ] ．北京人民交通出版社，2 0 0 4 ． 赵维清，刘殿中．城区台阶爆破工程的飞石控制[ J ] ． 工程爆破，2 0 0 4 ，1 0 2 6 3 - 6 5 ． Z H A OW e i - q i n g ．L I UD i a n z h o n g ．C o n t r o lo ff l y i n gr o c k s i nb e n c hb l a s t i n gi nt h ec i t yp r o p e r [ J ] ．E n g i n e e r i n gB i a s t i n g2 0 0 4 ，l O 2 6 3 - 6 5 ． i nC h i n e s e 宋光明，史秀志，陈寿如．露天矿边坡爆破振动破坏判 据新方法及其应用[ J ] ．中南工业大学学报，2 0 0 1 ， 3 1 6 4 8 5 - 4 8 8 ． S O N GG u a n g - m i n g ，S i l lX i u ．z h i ，C H E NS h o u1 3 1 ．N e wm e t h - 0 df o rd e t e r m i n i n gb l a s t i n gv i b r a t i o nd a n l a g ec r i t e r i o no n o p e n - p i ts l o p ea n di t sa p p l i c a t i o n [ J ] ．J o u r n a l o fC e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，3 1 6 4 8 5 - 4 8 8 ． i n C h i n e s e 朱传云，卢文波，董振华．岩质边坡爆破振动安全判据 综述[ J ] ．爆破，1 9 9 7 ，1 4 4 1 3 1 7 ． 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范 D L ／T 5 3 8 9 - - 2 0 0 7 [ S ] ．北京中国电力出版社，2 0 0 7 ． 楼晓明，赖红源，唐小军．紫金山金铜矿靠帮高陡边坡 爆破减震研究[ J ] ，爆破，2 0 1 1 ，2 8 2 5 6 - 5 9 ． L O UX i a o r u i n g ，L A IH o n g - y u a n ，T A N GX i a o - j u n ．S t u d y o nb l a s t i n gv i b r a t i o na b s o r b i n go fh i g hr o c ke n d - s l o p ei n Z i j i n s h a nG o l d c o p p e rM i n e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 2 5 6 - 5 9 ． i nC h i n e s e 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J ∞ 陋 № ∞ 口 口 哆 喁 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J l ． n 心 心 口 口 I - 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