沟槽爆破

4 沟槽爆破

4.1 概述

在城镇爆破中，有大量的工程是开挖与管线系统配套的沟槽、排水沟、渠道。沟槽分浅槽和深槽，一般把开挖深度大于上口宽的称为深槽，把槽深小于开口宽的称浅槽。沟槽按断面形态分为矩形槽、梯形槽和混合槽（图4-1）。

图4-1 常见沟槽的断面形态

a一矩形深槽；b—梯形浅槽；c—双梯形槽；d—混合槽

沟槽爆破可采用低台阶爆破的方式，也可以用上向掏槽的方式。前者的优点是有两个自由面，但一次爆破排数不宜太多（一般不超过5排），与一般低台阶爆破比较，其夹制作用大，单位耗药量高，更容易产生飞石、冲击波，爆破地震效应也比较强烈；后者的优点是不依赖侧向自由面，一次爆破的槽长不受限制，缺点是夹制作用更大，单耗更高，布孔与装药类似于掘进工程的掏槽孔，安全问题也就更加严峻。

4.2 低台阶爆破法

4.2.1 常规低台阶爆破法

布孔方式如图4-2所示，其特点是同排中间孔布置在边孔之前，中间孔先响，边孔后响，中间孔与边孔装药都相同，主要装药集中于底部，以克服夹制作用，上部装药线密度较低，钻孔多采用3:1斜孔(70.5o)。

图4-2 常规沟槽爆破炮孔布置

沟槽爆破常规低台阶爆破方法及其参数如下：

（1）在中硬花岗岩中，沟底宽2.0m时，一排布4孔，孔径Φ30～33mm，孔斜为3：1，不同槽深的爆破参数列入表4-1。

表4-1常规沟槽爆破参数

（2）在中硬花岗岩中，沟底宽1.5m时，一排布3孔，孔径Φ30～33mm，孔斜为3:1，不同槽深的爆破参数列入表4-2。

（3）在中硬岩中，沟底宽0.8～1.0m时，一排布孔，孔斜为3：1，不同槽深设计选取不同最小抵抗线时（安全要求越高，选取的最小抵抗线越小）的爆破参数列入表4-3。

表4-3 瑞典管道沟槽控制爆破参数表

（4）沟底宽1.5～2.0m，每排布孔3～4孔，孔径Φ30～33mm，孔斜3：1，不同深槽可以选择不同的最小抵抗线（安全要求严时选小的最小抵抗线），爆破参数列入表4-4。

（5）当环境要求不是很严格，允许有一定的抛散和震动时，可以选用较大的孔径，同时适当加大最小抵抗线和间距，以求提高开挖速度。对钻孔直径为50mm，孔斜为3：1时，可参照表4-5进行爆破设计。

4.2.2 光面沟槽爆破

当沟槽需要作混凝土挡墙和底面时，其开挖需要进行光面沟槽爆破，与常规沟槽爆破比较，其差异主要表现在两个方面：第一是同排孔要求中间孔和周边孔布在同一条线上（见图4-3），第二是中间孔和周边孔装药量与装药结构不同。

图4-3 光面沟槽爆破炮孔布置方式

光面沟槽爆破设计可参考表4-6。

表4-6 光面沟槽爆破参数表

4.3 沟槽长距离一次拉通爆破法

4.3.1 中心掏槽微差爆破

因只有一个临空面，多用V形掏槽的形式，中间孔先响，边孔后响，《交通土建工程爆破工程师手册》中介绍了五种布孔方式(图4-4)。

图4-4 一次拉通沟槽爆破布孔示意图（图中数字为起爆顺序）这5种布孔方式分别在不同的情况下应用：

图4-4 a一般沟槽爆破均可应用；图4-4 b、c适合于窄沟槽爆破；图4-4 d用于V 形或底宽小，上口宽度大的沟槽爆破；图4-4 e适用于较宽的沟槽爆破。

4.3.2 小间排距底部装药爆破法

其特点是钻孔多，孔间距小，排间距比一般台阶爆破稍小，齐发爆破，适用于岩石强度比较低的情况。

4.3.3 高效沟槽爆破开挖

沙特阿拉伯化学公司用孔径64mm炮孔开挖宽3.0m、深5.0m的沟槽，铵油炸药为主装药，非电导爆管和导爆索起爆，日进展保持在3km。其钻孔斜度3:1，每排4孔，装药参数见表4-7。

表4-7 高效沟槽爆破参数表

4.4 工程实例

4.4.1 电缆沟开挖爆破

4.4.1.1 工程概况

A. 地形及地质条件

开挖工程位于野外缓山坡处，山坡坡度10o～15o。盛长柏树、树高皆3～4m，石质为石灰岩、中厚层、较完整，岩层走向与沟槽交角较大，倾角约为20o～25o。岩层表面有些地方有溶蚀现象。地表为土及碎石覆盖，厚0～0.3m。

B. 环境条件

在山坡下方距沟槽几米处有一与沟槽平行的公路，车流稀少，可以临时断道。有一38kV 高压输电线路通过开挖沟槽上方，高12m，三股线间距11m，与沟槽方向约成70o交角，该高压线不能断电，必须确保绝对安全，如图4-5a所示。

图4-5 电缆沟开挖爆破设计图

a一平面示意图；b—A-Aˊ剖面图；c—中孔纵剖面图

C．工程内容

开挖沟槽断面为底宽0.6m、上宽1.0～1.2m、深1.0～1.5m开挖长度约200m。

4.4.1.2 沟槽爆破设计

A．布孔方式

布孔方式如图4-5b、c。按沟槽设计梯形断面布孔，在两侧沟壁布置两排向内倾斜孔，用较小的药量；中间布置一排向一端倾斜的主炮孔，用较大的药量。由两端逐段钻爆开挖，至高压线下面一段作最后一次严格控制爆破。

B．钻爆参数

孔距a= 0.4m，排距b=0.5m，挖深H=1.2m，孔深L=1.4m，超钻h=0.2m，单位耗药量q=0.4kg/m3。

C．装药量

按Q=qHabc 计算，边孔Q=100g，中间主炮孔Q=150g。分两层装药，边孔上下各50g，中间主炮孔上下各75g，堵塞长度0.6～0.7m。

D．起爆网路

在高压线下作业，采用非电起爆系统。

防护措施：爆破体上覆盖一层荆笆，再用编织袋装土压在上面，荆笆捆连在一起并与地表灌木相连。

4.4.1.3 爆破效果

岩石破碎良好。高压线不停电，未受任何影响。爆破时覆盖的编织袋和荆笆最高抛起6～7m。单位耗药量q经过试验，对岩石f=8左右的小断面沟槽控制爆破，若不用导爆索引爆可取q=0.5kg/m3，用导爆索引爆则取q=0.4kg/m3，作适当防护即可。

4.4.2 底宽4.5m的箱涵基槽开挖爆破

4.4.2.1 概况

箱涵基槽开挖底宽度4.5m，侧坡按1：0.67的坡度放坡。箱涵外基槽石方爆破区周围环境比较复杂，距爆区南侧50m有交通干道莲花西路，西侧100～120m范围内有石材厂及天源运输公司办公楼。石方爆破区正上方有管径达2.4m的供水主干管，水管为钢制，与箱涵基槽成20o夹角跨越，石方爆破区离源水管底面仅2～4m，斜跨基槽的源水管长50m，故在开挖基槽前于源水管两侧共设计了6根人工挖孔灌注桩，在各组桩上加设钢架横梁对源水管支托定位保护。

为确保爆破安全，根据本工程特点，选取多循环、小规模、小孔距的浅孔控制爆破方案，其特点是“浅打眼、密布孔、少装药、强覆盖、微差间隔起爆、逐层剥离”。将爆破分为“裂、松、散”三个破碎标准。爆破区与源水管壁距离小于5m的炮孔，以“裂”为破碎标准，做到宁裂勿散，岩石不离原位。对距离大于5m、小于20m的炮孔，以“松”为破碎标准，即产生较大裂隙，破碎岩石可用机械挖掘配合人工清理；对距离大于20m的炮孔，以“散”为破碎标准，做到宁散勿飞。严格限制爆破规模，当基槽石方爆破的深度大于2时，采用浅孔台阶分层开挖，每层高度1～2m时，爆破自上而下逐层顺序进行。

4.4.2.2 爆破设计

（1）钻孔直径在d=42mm；最小抵抗线W=0.7～0.8m，钻孔超深h=W/3，且不小于20cm；孔距a=W；孔深L=H+h（H为台阶高度），m。

（2）单孔药量Q=qHaW，式中q为单位耗药量，根据岩性、安全要求及其他现场条件的变化取值，根据本工程点爆破设计原则，以“散”为破碎标准的爆破部位取q>0.7kg/m3；以“松”为破碎标准的爆破部位取q=0.4～0.45kg/m3；以“裂”为破碎标准的爆破部位取q<0.3kg/m3。

（3）主爆炸药全部采用防水的Φ32mm的乳化炸药。孔深L及单孔装药量Q随一次开挖深度的不同而变化。以“散”为破碎准的爆破部位，其爆破参数列于表4-8。

表4-8 浅孔控制爆破参数

（4）为保证源水管不受爆破振动的影响，必须控制单响药量，采用非导爆管雷管接力式网路可实现无穷段分级。

（5）当炮孔较深时采用分层、间隔装药，炮孔较浅时采用连续装药形式。

4.4.2.3 安全设计

A ．控制爆破振动

按下式进行药量控制，并进行了试爆。

α3

3

)(K

v

R Q =

式中 Q —最大一段起爆药量，kg

R —源水管与爆破点的的距离，m v —源水管的允许振动速度，cm/s

K 、α—相关参数，根据安托山实测的有关爆破振动测试分析资料，取K=87.3，α=1.41。

取源水管的爆破振动动允许速度值[v]=5cm/s ，经计算和试爆，按表4-9控制不同距离允许的最大一段药量。

B ．爆破飞石防护

由爆区的环境条件可知，上部源水管线是深圳市的主要市政供水管，必须保证绝对安全，故针对不同的炸药单耗采取相应的飞石防护方法。

当q<0.3kg/m 3时，炮孔口加压一个砂包作防护；q=0.4～0.45kg/m 3

时，除加压砂包外，再覆盖两层竹笆；q ≥0.7kg/m 3时，采取整体加强覆盖方法，具体做法是：每个炮孔孔口加压一个砂包，而后整体覆盖两层竹笆，交错布置，上面再盖一层铁丝网，并于铁线网上加压一层每包重量不低于30kg 的砂包。另外，覆盖物的边缘要超过每次爆破开挖边界50cm 。 4.4.2.4 爆破效果

经过多次施爆，爆破效果均达到-或超过了预期的目的。现场无飞石，爆破振动速度控制在5cm/s 以内，从而确保厂源水管及周边建筑、道路交通的安全。同时，沟槽底部无根坎，岩石破碎松散，大块很少，爆碴块度适于挖掘机清运，清碴后沟槽底和上口宽度符合设计要求，边坡稳定，达到一次成型的目的。

4.4.3 西南管道管沟开挖爆破 4.4.3.1 工程概况

广东宏大爆破工程公司承担的中石化西南成品油线路陆桥至顶岩段管沟土石方工程，南起广西南丹县陆桥，北至贵州独山县顶岩，总工程量136km ，总土石方量约43万m 3。

管线主要穿越石灰岩峰林之间的农田，部分跨越山梁和山地，所处地形起伏大，属非常典型的喀斯特地貌，地表为第四系残积地层，其厚度0.4～4.0m ，局部岩石出露，基岩以石

灰岩层为主，中等硬度，层状明显，层理较为发育，大部分岩层完整性较好，局部破碎，较新鲜，局部呈微风化，大部分管沟没有水，低洼地段有积水，主要水源来自裂隙水，水量持续但水量较少。

管沟断面形状为倒梯形，规格尺寸变化较复杂，宽度除了跟输油管的管径有关外，还与焊接方式和岩土性质等有关，深度除了与保证管道的埋深有关之外，还与沟底必须做到平顺有关。在需要爆破的石方段典型的管沟规格尺寸为：上宽1.6m，底宽1.4m，高1.4m，断面积2.1m2。

该段长输管道线路有些地段要穿越乡镇靠近民居，有些靠近铁路、公路和高速路，有些则相伴相行地面通信线路和高压供电线路，也有些地段要穿过田野、山地空旷地带。总之，不同地段有不同的爆破环境，对爆破的要求也不尽相同。

4.4.3.2 爆破方法的选择及爆破参数

管沟土方部分采用人工直接开挖或挖掘机械开挖，石方部分则采用爆破法开挖。当管沟上部为表土层，下部为岩层时，首先用人工或挖掘机械剥开表土，然后再用爆破法开挖岩层。

本工程的主要特点是：（1）线路长，但管沟小；（2）爆破条件复杂；（3）爆破环境变化大。因此，所选用的爆破方法也比较多，主要爆破方法及主要参数如下：

A．普通浅孔爆破

主要适用于作业带的平整，管沟沟底石方不连续或零星石方（孤石）爆破。

炮孔布置以梅花形垂直孔为主，钻孔直径d=40mm，炮孔深度根据实际情况而定，一般不超过1.5m，孔距a=0.6～0.9m，排距b=0.5～0.8m，炸药单耗q=0.3～0.6kg/m3，单孔药量按Q=qabH计算。

B．常规管沟爆破

适合于爆破地点离建（构）筑物较远，爆破安全要求不高，爆破环境简单的地方。

炮孔布置以矩形布置为主，垂直孔钻孔直径取，最小抵抗线W=(15～25)d=60～100mm，取0.5～0.8m，超深按h=0.3H计算，取0.3～0.6m，排距b=w=0.5～0.8m，孔距a=(1.1～1.2)b,按每排三个孔计,a=0.7m；

炸药单耗q根据现场试爆确定，q= 0.9～1.1kg/m3；

单孔药量：

单孔药量依公式Q=qabH 计算：

当爆破深度H=0.5m时，Q≈0.2kg；

当爆破深度H=1.0m时，Q≈0.4kg；

当爆破深度H=1.5m时，Q≈0.65kg；

当爆破深度H=2.0m时，Q≈0.9kg；

管沟深度大于2.0m时，分层爆破开挖。

C．管沟控制爆破

靠近民房等建筑物、公路、高速路、铁路、地面通信线路和高压线路，爆破环境复杂的地方需要控制爆破。

炮孔按近似于梅花形进行布孔，中间孔为垂直孔，管沟两俯炮孔向内倾斜，与管沟边坡斜度相同。

由于管沟宽度比较小，一般要求一次爆破深度不能超过1.5m，如果沟槽深大于1.5m时，需分层爆破开挖。管沟控制爆破主要参数的确定与普通管沟爆破大体相同，主要不同处在于炮孔较密些，炸药单耗取小些和起爆顺序要求高些。

本工程管沟控制爆破主要参数见表4-10。

表4-10 管沟控制爆破参数表

D．管沟开挖对光缆的保护措施

在平寨至晴隆段开挖施工中，管道大部分沿320国道敷设并且多次穿越320国道，中国移动、中国联通的架空光缆和中国电信的地埋光缆多处与管道近距离平行或交叉，爆破施工必须确保光缆安全，我们在实践中摸索出了一套防护措施，简单易行，能保证光缆不受损伤。

对架空光缆的保护措施如下：

（1）控制单孔药量和堵塞长度，堵塞长度为1.0～1.5倍最小抵抗线；

（2）对爆区进行覆盖，孔口压砂袋，砂袋上盖竹笆，加罩网；

（3）在架空光缆线外绑中空长竹竿，以防个别飞石击中光缆线。

对地埋光缆的保护措施如下：

（1）将挖出的光缆用角铁保护后再以土掩埋，土上插明显标志；

（2）离光缆3m以内不许爆破，用膨胀剂加风镐开挖；

（3）离光缆3～10m采取控制爆破措施，严格控制爆破方向、堵塞长度、爆破规模和单孔药量。

以上措施，保证了光缆正常运行。