高边坡光面爆破及控制爆破方案

温福线枢纽段路堑高边坡光面爆破及控制爆破方案

1、工程概况

温福线枢纽段位于福建省福州市，属于穿越山区方的高标准铁路。其中中铁十八局一公司

施工标段含路堑高边坡爆破开挖石方量大，要求边坡采用弱扰动光爆（或预裂）爆破法施工，

路堑石方边坡坡内岩体以坚硬花岗岩为主，呈弱风化。爆破开挖区环境较差、居民多，根据现

场环境条件和地质条件分析，认为高边坡开挖工作工点非常适宜作深孔加预裂爆破，这种爆破

技术既可加快施工进度，又可保证边坡质量，爆破开挖后边坡一次成形，最终形成的边坡整齐、美观，而且由于爆破对边坡内部的岩体扰动减弱。

我项目部承担的鼓山一号、二号和三号隧道进口段爆破工点有爆破开挖面大、周边居民密

集、民用建筑多和鼓山三号隧道进口岩石较破碎等特点，环境条件极其复杂，需要采取控制爆

破技术开挖，爆破过程中应配合拉网防护、震动检测，确保施工安全。

2、边坡光面爆破设计

爆破设计应根据地形和现场勘察资料，进行爆破方案选择和优化，按照拟定的方案，结合

本工地地形条件、施工进度、爆破安全、施工质量和经济效益等多方面因素进行综合考虑，其

设计原则如下：

选择孔深加预裂一次成型综合爆破技术方案具有较成熟的经验。边坡坡面采用预裂（光面）爆破施工，主体石方采用孔深爆破施工。对于2～3层的较高边坡，应台阶施工，边坡坡度陡于1：0.5时，钻孔方便，当坡度陡于1：0.75时，钻孔较困难。

3.1 深孔、光面、预裂参数设计

3.1.1 各种爆破参数设计见附表1～3

3.1.2 爆破参数分析

（1）深孔爆破参数分析

①孔径D

露天爆破深孔的孔径主要取决于钻机的类型。本工地采用D100三脚架潜孔钻机，通常孔径

D＝100～200mm，本次深孔爆破采用的孔径D＝100mm和D＝115mm。

②台阶高度H

台阶高度是深孔爆破的重要参数，当主体石方以孔深爆破开挖时，要作好台阶的选择工作。

台阶高度是否合理直接影响钻孔、爆破、挖装、运填全系统的工作。应根据实际地形地质条件、

开挖技术要求、钻孔机械的钻孔能力和挖装能力综合考虑，一般以5～10m最为经济合理，考虑

设计台阶平台宽均为 2.5m，顶部台阶高低不同，本设计最大台阶高度为H＝12m，具体根据不同地形在施工中进行调整。

③底板抵抗线W1

底板抵抗线是影响孔深爆破效果的重要参数，底板抵抗线过大造成根坎、大块率高、后冲

作用大；底板抵抗线过小则易造成飞石且增大钻孔工作量。根据以往的爆破经验，采用以下经

验公式：

a、根据台阶高度确定

W1=(0.6~0.8) H

b、根据孔径大小确定

W1=（35～40)D

对垂直孔还要根据安全作业条件确定和校验W1

W1=B+cotα

其中：B----孔口中心至台阶坡顶线的安全距离，一般为 2.5～3.0m；

α----台阶坡面角，一般在50°～70°之间。

本工地根据钻孔直径大小取：

当D＝100mm时，取W1=3.5～4.0（m）

当D＝115mm时，取W1=4.0～4.5（m）

③孔距a和排距b

孔距a一般按下式求得：

a=m W1

式中：对垂直孔m=0.7~1.0

对倾斜孔m=1.0~1.4

排距b是指多排孔爆破时，相邻两排深孔之间的中心距离，实质是第一排以后各排孔的底板

抵抗线值。即b＝W1

本工地为弃方，可不考虑破碎块度的均匀性和级配要求，同时对最大粒径可以适当放宽，

故大块可以控制在 1.0m以内，其孔、排距确定如下：

当D＝100mm时，取a=3.0～3.5（m），b＝3.0～3.5（m）

当D＝115mm时，取a=3.5～4.0（m），b＝30～3.5（m）

④超钻深度h

超孔深度是控制底板超欠挖，保证底板平整的主要手段，在多台阶施工中，应通过上层平

台、超钻情况，合理确定底层平台h值。本工地根据台阶高度，取：当H≤10时，取h＝1.0～1.2m，当10＜H≤20时，取h＝1.5～2.0m。

⑤堵塞长度L

堵塞长度一般不小于地盘抵抗线的0.75倍，或取20～40倍孔径，不小于20的孔径。

本工地根据两者相结合，堵塞长度大小取

当D＝100mm时，取L＝2.5～3m

当D＝115mm时，取L＝3～3.5m

3.1.3 光面爆破和预裂爆破的参数分析

（1）光面爆破和预裂爆破的设计原则

①采用D100型三脚架潜孔钻机钻孔，钻孔直径D＝100mm。

②根据岩石性质和地质条件，取孔距a＝（1.0～1.2）m。

③对于开挖深度较大的边坡，应采用2～3个台阶，深孔加预裂（或光爆）施工时，最大钻孔深

度L≤18m。

④边坡坡度可适当进行调整，为了有利于钻孔，边坡设计坡度范围为1：0.3～1：0.75。边坡平台宽度过小处应进行调整，边坡平台宽度应大于 2.5m。

（2）光面和预裂爆破参数分析

①钻孔直径D的选择

光面和预裂爆破的钻孔孔径的确定是一项十分重要的工作，选择合理与否，直接关系着光

面和预裂爆破效果、成本和质量。孔径大小的决定孔距大小的依据，应综合考虑岩石的性质、

机械配备及工程要求等因素合理选择，通常取D＝100mm。

②台阶高度H

台阶高度应视实际边坡情况、石方施工方法的不同进行选择，以主体石方施工台阶为准。

③孔距a 的确定

炮孔孔距是光面和预裂爆破的重要参数，是爆破成败及边坡质量好坏的关键。选择合理的

孔距，目的是在现有的岩石条件，装药方法起爆情况下，使边坡大道稳定平整、光滑和美观的

效果，使预裂面最终形成有一定宽度的贯通裂缝。一般取a＝（7～12）D，本工程取a＝（1.0～

1.2）m。

④线装药密度的选择

线装药密度是光面和预裂爆破的最关键因素，合理的线装药密度不仅可以保证预裂缝的贯通，而且使边坡达到稳定、平整、光滑美观的要求。药量太大会损坏边坡壁面，孔壁破裂；太小光面岩层较大，预裂面无法贯通，造成光面和预裂爆破的失败。

i）光面爆破

根据工程具体情况，结合以往的经验，q光可按下式计算：

q光＝k光·a光·W光

式中：q光-----光面爆破线装药密度（Kg/m）；

k光-----光面爆破单位用药量（g/m3）；取k光＝（75～90）；

a光-----光面爆破孔距（m）；

W光-----光爆层厚（m）。

本设计取q光＝（180～250）（g/m）

ii）预裂爆破

q裂＝k裂·a裂

式中：k裂――预裂爆破单位用药量（g/m3）；

a裂――预裂爆破孔距（m）；

一般取q裂＝（350～500）g/m

本设计取q裂＝（450～500）g/m

⑤不耦合系数 E

本工程中采用的药卷d＝32mm乳化炸药，钻孔直径D＝100mm。根据下列公式：

E＝D/d

E=3.12

3.2 孔深、光面和预裂爆破的药量计算

3.2.1 孔深爆破药量计算

单排孔或多排孔的第一排炮的药量计算公式：

Q＝q·a·W1·H

多排孔第二排以后炮孔药量计算公式：

Q＝k·q·a·b·H

式中：Q――孔深爆破单位装药量（Kg）；

q――单位用药量（Kg/ m3）；

a――孔深爆破孔距（m）

b――孔深爆破排距（m）

W1――孔深爆破底板抵抗线（m）

H――孔深爆破台阶高度（m）

k――受岩石夹制增大的系数，一般取k＝（1.1～1.2）。

3.2.2 光面爆破药量计算

Q光=q裂l+Q加

式中：Q光――光面爆破单孔装药量（Kg）；

q裂――光面爆破线装药密度（Kg/m）；

l――光面爆破孔深（m）；

Q加――光面爆破底部增加药量，取＝Q加（2～3）q裂。

3.2.3 预裂爆破单孔装药量计算

Q光=q裂l+Q加

式中：Q光――预裂爆破单孔装药量（Kg）；

q裂――预裂爆破线装药密度（Kg/m）；

l――孔深（m）；

Q加――预裂爆破炮孔底部增加药量，取＝Q加（5～8）q裂。

3.2.4预裂（光面）爆破炮孔堵塞长度

实践证明，孔口的堵塞长度对水平预裂的效果有一定的影响，堵塞长度过短，则爆破是空

气逸出，不易形成预裂缝或预裂缝宽度不够；堵塞长度过长，则在孔口附近部位易残留水平炮

孔。根据爆破的经验公式计算：

（1～1.2）a

式中：L1――孔口堵塞长度；

a――炮孔孔距；

4、孔深、光面和预裂爆破施工工艺

4.1 施工准备

（1）钻机平台修建

钻机平台是钻机作业的场地，在钻机位移和架设过程中，保证钻机精度和作业安全是相当

重要的工作，钻机平台技术要求是相对平整，保证钻机自由移动，其宽度：三脚架钻机不小于

2.0m，自行式钻机不小于 6.0m。

（2）边坡测量放线

路堑边坡测量放线工作，不允许出现任何错误，否则准会造成巨大损失。边坡定位线加宽

会增大石方开挖量，偏窄会造成路基面宽度达不到设计标准，因此必须保证边坡的准确性，边

坡测量一般分量测进行，第一次为了修建平台，第二次为了钻孔定位。

（3）便道修建

施工便道是石方施工的运输道路，应根据实际情况进行修建。其原则是便于和开挖台阶相

联接，工程量少，宽度能保证挖、运机械的运行任务。

4.2 钻孔

（1）布孔

深孔、光面和预裂综合爆破的布孔方式

单壁路堑旁山开挖段，采用纵向台阶布孔，钻孔排向均平行于边坡。对于双壁石方路堑，

两端采用横向台阶布孔。

（2）钻孔

边坡光爆（或预裂）孔可采用三脚架潜孔钻机进行钻凿，钻孔必须按设计位置、方向和角

度进行作业，以保证爆破效果和安全。钻孔完成后，应吹尽孔内残渣，并作好炮孔保护工作，

防止雨水流入孔内。其他钻孔可采取自行式钻机钻凿。

（3）钻孔排水

当孔内有水时应作好排水工作，排水是保证爆破效果的一项重要措施，排水可用Φ50胶管进行孔内吹水。

4.3 装药结构

主炮孔采用集中装药结构和不耦合装药。边坡预裂孔采用不耦合装药，药卷绑扎在导火索

上。间装药结构图。预裂（光爆）孔不同孔深的装药结构表，见附表2、3。

4.4 堵塞

堵塞材料，使用粘土和砂加粘土，严禁用石块堵塞。为保证堵塞质量，每填入0.3m时用木棍或竹竿捣实一次，做到逐层捣实。堵塞长度必须满足L2≥30D。

5.5 起爆网路

主炮孔为导爆管毫秒雷管，边坡孔为导爆索接力传递，采用复式交叉网络，导爆索下到孔

底，主炮孔下部雷管反向安置在底部，避免瞎炮和残留药。起爆网路联接示意见下图。

图：炮孔装药结构与起炮网路示意图

5、控制爆破药方案

局部挖深5.0m以内的工点，采用浅孔爆破实施开挖；挖深5m以上路堑主体石方，采用孔内

非电毫秒微差深孔松动爆破，分次施爆，以减小震动，控制飞石。临空面均设置在背向或侧向

铁路、民房的方向，同时加用柔性炮被覆盖，弱化爆破飞石的影响。

5.1 爆破参数及单孔装药结构布置

炸药：初步选取乳化炸药和铵油站药，根据钻孔情况及孔内含水量大小进行调整，如孔内

无水或较少水，在装药前吹孔后可使用铵油炸药或下部2m采用乳化炸药，上部采用铵油炸药，

线密度4.5Kg/m。

雷管：爆破孔内雷管乃采用非毫秒雷管，为了保证安全，孔内各段非电毫秒雷管限制在15段以内，逐排微差起爆的网络，微差时间取Δt＝50～100ms。这样既可以减小一次起爆药量达到

降震的目的，同时，每一排先爆孔又能为后排空提供较理想的临空面，避免群炮作用引起上冲。

群炮梯段划分：根据边坡挖深的情况，拟分上下多个梯段开槽，每个爆破梯段12m左右，先根据爆破梯段内地形条件，分多个临空进行上梯段拉槽爆破，先进行上梯段施工爆破，上梯

段爆破施工完成后，分两个工作面进行下层爆破梯段爆破施工。

炮孔布置：炮孔采用Φ76mm直径，采用潜孔钻垂直成孔，布孔孔距 2.5m，排距2.0m，采用矩形方格布孔，钻孔深度0.5～0.8m。

爆破防护：在主爆孔孔底均加设直径Φ60mm长30mm的柔性垫层，垫层材料采用竹筒或PVC 管材制作，这样可以避免炸轰波直接冲击岩体，降低峰值压力，从而达到降震的目的。

当孔深小于8.0m时，每段每排起爆3个孔；当孔深大于10m时，每段每排起爆2个孔。故最大单响起爆药量为50Kg以内，加之上述的减震措施，所以更容易做到安全减震。

6、爆破工艺流程及要点

6.1 工艺流程

图工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1场地平整。深孔预裂爆破施工前，应将钻孔地点的覆盖层或以爆酥松层碴清出岩石面，如

有突出的岩块，应小炮炸除，然后用推土机或人工将地面整平，是钻孔作业线上形成一条比较

平坦的操作场地，以保证钻机能安全自如的移动及按设计钻孔方向钻孔。

6.2.2布孔测量。根据设计要求放出预裂轮廓线，按照爆破设计的孔距放出孔位，并予以编号，

逐孔写明孔深、倾斜角度、孔径大小。

6.2.3钻孔。钻孔施工是孔深预裂爆破的关键工序，它的好坏决定预裂壁面的优劣。所以开钻前

应认真全面技术交底，钻孔时必须仔细地按着孔位进行钻孔，严防多钻、漏钻及错钻，对孔径

的质量要求是：在正常条件下，眼孔的开口的平面位置不得超过孔径的2/3，且不得大于10m。每米孔深的钻进偏差不得超过2cm，眼孔深度误差不得超过±15cm。钻进过程中，应经常测量

钻孔的倾斜度。对钻孔过程中变化等情况，由专人做好记录，成孔后用草团堵住孔口，防治地

面岩粉和石块落入或随雨水流入孔内堵塞孔眼。

6.2.4“药串”加工。深孔预裂爆破药包采用“药串”式结构，一般在爆破现场进行加工。加工方法

是：将直径Ф32mm乳化炸药药卷切成质量符合设计要求的药块（一般为75g、100g、125g和150g 四中规格），然后用有伸缩性且具有柔性的耐磨的塑料袋进行放水处理，在按照设计的线装药密

度，用塑料绑扎带均匀的绑扎在导爆索上，由导爆索引爆所有的药包。

6.2.5装药。用于深孔爆破的主炮孔采用集中连续不耦合装药，将药卷捆绑到劈好的竹片上，固

定药卷，然后先在主炮孔底部放入Ф60mm长30mm的柔性垫层后，再将捆绑的药卷顺次装入炮孔，

竹片不够长时，随装随接，以保证药卷能装到底部。加工好用于光面爆破的“药串”用同种方法固定，然后直接顺次装入炮孔，直达炮孔底部，确保预裂缝的设计深度。光面爆破

7、爆破安全

7.1 爆破安全设计

7.1.1 爆破安全震动检算

（1）按照爆破安全规程，爆破地震控制以地面质点震动速度为安全依据：

V=K(3√Q/R)a

式中：V－面质点振速（cm/s）

Q－一次起爆的最大炸药量（Kg）

K－地质条件有关系数

a－地震波衰减系数；

R－建筑物距爆破中心距离（m）。

本工程取值：K＝150；a＝1.5

（2）国家安全标准

一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求，主要类型的建（构）

物地面质点安全震动速度及主振频率规定如下：

表5－1 爆破震动安全允许标准表

序号保护对象类别

安全允许振动速度cm/m

＜10Hz （10～50）Hz

（50～100）

Hz

1 土窑洞、土坯房、毛石房屋0.5～1.0 0.7～1.

2 11.～1.5

2 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2.0～2.5 2.3～2.8 2.7～3.0

3 钢筋混凝土框架房屋 3.0～4.0 3.5～4.5 4.2～5.0

4 一般古建筑物与古迹0.1～0.3 0.2～0.4 0.3～0.5

5 水工隧道7～15

6 交通隧道10～20

7 矿山巷道15～30

8 水电站及发电厂控制室设备0.5

9 新浇大体积混凝土

龄期：初凝～3天龄期：3～7天

龄期：7～28天2.0～3.0

3.0～7.0 7.0～12

注1.表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的坡内率。

注2.频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取，选取频率时也可参考下列数据；硐室爆

破＜20Hz；深孔爆破10～60Hz；浅孔爆破40～100Hz。

A.选取建筑物安全允许偏振速度，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。

B.省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相

应的部门批准。

C.选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、埋

深、源爆方向、地震震动频率等因素。

D.非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。

7.1.2 飞石安全距离检算

本工程爆破采用松动爆破，验算公式：R f＝20n2W

式中取k f＝1.5；n＝0.7；W＝15m

得到最小安全距离R＝147m。爆破时警戒距离为300m。

7.2安全与防护

7.2.1组织机构

组织机构－成立爆破指挥部，对施工及爆破作业统一管理和领导，并有专人负责技术和安

全。

指挥部负责爆破安全的全面管理与指挥工作，协调各施工队伍的关系。

成员包括：指挥长，爆破技术组长，施工组长，安全保卫组长。

7.2.2 安全措施

（1）爆破设计必须用公安部发放的爆破安全技术作业证人员进行，所有参加爆破作业人员必须经过专门培训，持有公安部门发放的爆破员作业证，方可持证上岗。

（2）起爆信号分三次，由总指挥下达。

第一次信号，预警信号：在装药、堵塞工作完成后，起爆前30分钟发出，该信号发出后，警戒范围内开始清场工作。

第二次信号，起爆信号：起爆信号在确认人员、设备等安全撤离危险区，所有警戒人员到

位，具备安全起爆条件时发出。起爆信号发出后，准许负责起爆的人员起爆。

第三次信号，解除信号：安全时间（15分钟）过后，检查人员进入警戒范围检查、确认安

全后，方可发出解除警戒信号，在此之前，岗哨不得离岗，不准非检查人员进入警戒范围。

（3）各类信号均应使爆破危险区及附近人员能清除的听到。

（4）其他未尽事宜均按国标“爆破安全规程”办理。

8、超声波损伤测试

试验目的：通过爆破前后超声波对比判断岩体受爆破影响的损伤程度

试验内容：

爆前试验－爆破前分别在边坡光爆孔内各检测3个剖面测点参数；

光面爆破后试验－光面爆破后在垂直坡面方向钻孔，孔深5～8m、孔径89mm、孔数4个，采用超声波测试4个剖面测点参数。

普通爆破后试验－普通爆破后在爆区边缘预留的炮孔内进行超声波检测，检测3个剖面测点参数；

试验参数分析：

对比爆破前后波速变化情况、分析爆破前后波形变异情况、对比发射和接收波的波幅变化。根据以上综合分析判断坡内岩体受爆破影响的损伤程度。

需要准备的爆破器材和工具

32小卷乳化炸药、铵油炸药，

导爆索雷管15个段

竹片10000米

钻机3台，铁锹、胶布、剪刀、炮棍、高能起爆器等。