蒙内铁路路堑边坡光面爆破实例

1. 光面爆破的岩体工程地质条件的岩石强度

岩石强度指标采用岩石现场点荷载的强度试验指标， Is(50)通过试验取得后，换算得到岩体单轴抗压强度Rc。岩石点荷载强度试验设备简单、体积小、携带方便，设备费用低，试验随时随地都可进行，现场各式岩块都可作试样。

由岩石的现场点荷载的强度试验得到的岩体单轴抗压强度（Rc）计算公式为：

2. 爆破参数设计计算

（1）爆破孔间距.

使两个爆破孔之间形成贯穿纹的条件为两个爆孔之间的距离应满足：

式中：α 爆破应力波在岩体中传播的衰减系数，α= (2 -υ)/(1 -υ )，υ 为岩体材料的泊松比；b 为爆破切向应力和径向应力之比，b =υ/(1 -υ )；P2为爆破冲击波的最大初始冲击压力（Pa）；db为爆破孔的直径（mm）。

（2）最小抵抗线。

采用如下理论公式计算光爆最小抵抗线W：

式中：c 为光爆系数，相当于炸药单耗量（kg/m3），c=（0.2～0.5）kg/m3，qb为爆破孔的装药量（kg），l 为爆破孔深（m）。

（3）不耦合装药系数。

不耦合的间隔装药结构为路堑岩体边坡光爆装药主要结构形式，有炮孔轴向不耦合与炮孔径向不耦合两类装药形式。

① 径向不耦合装药系数kc。为了保护光爆时炮孔壁岩石不会发生压缩破坏，爆破孔径向不耦合装药系数kc需满足：

式中：lc为炮孔中空气柱的长度（cm）；la为炮孔中装药的长度（cm）；ρ0为炮孔所装炸药的密度（g/cm3）；D1为炸药的爆速（m/s）；Kb为爆破体应力作用的岩体抗压强度的放大系数值，一般取Kb=10；n 为爆炸气体同炮孔壁发生冲击时的压力放大系数，依据工程情况，一般n=8～11。

② 轴向不耦合装药系数kd。为了保护光爆孔壁岩石爆破时产生压缩破坏，沿爆破孔轴线方向的光爆装药不耦合系数kd需满足：

式中：Pk为临界压力，Pk=2×108Pa；r =1.3；k 为等熵指数，k =3；β 为压力放大系数，β = 10；d 为炮孔装药的直径（mm）；db为爆破孔的直径（mm）；P0为爆破气体的初始平均压力，

研究证明：式（11-41）适用条件为小孔径爆破，当db<65 mm 时，式（11-41）才成立[5]。

（4）线装药密度。

光爆炮孔的装药结构形式常使用空气间隔的爆破装药，可采用下列公式计算光爆线装药密度q线：

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式中：各变量的物理意义同前。

3. 工程简介

（1）岩体性质：本实例引自文献[32]，肯尼亚蒙内标轨铁路DK404+890～DK405+275 段岩体路堑边坡地形为低中山区地形，平面高程为150～1 640 m，高程差20～100 m，地形变化很大，路基以挖方为主，道路中心的最大挖方深12 m，最大边坡高达12 m，岩土层从上至下见表11-13 所示。

表11-13　蒙内DK404+890～DK405+275 岩体从上至下的性质

（2）岩体边坡设计[32]。

该段路堑岩体边坡设计为2 级边坡，第1 级边坡以强风化、弱风化片麻岩石为主，坡率设计为1 ∶ 1.0，第2 级边坡岩体以粉质黏土、全风化片麻岩石为主，路堑边坡坡率设计为1 ∶ 1.5，设有20 m 宽台阶，第1 级路堑边坡台阶最高达10 m。路堑岩体边坡典型设计断面见图11-30。第2 级边坡体施工以机械和人工开挖为主，第1 级边坡体施工以爆破开挖为主。

图11-30　铁路路堑边坡典型设计断面（单位：m）[32]

（3）光爆参数设计计算。

① 设计依据：根据现场施工已有钻爆设备（钻机孔直径110 mm）和爆破炸药等火工品类型（已使用线φ 25×270 浮化炸药、导爆索和毫秒延时电雷管）条件开展设计。

② 岩体强度：在已实施的主爆区现场，利用便携式岩石点荷载强度试验设备进行了16 组不规则岩块的点荷载强度试验，经试验数据统计最终获得光面爆破区域岩石的点荷载强度Is(50)=2.6。以此实测值作为光爆设计参数的岩体强度取值。

③ 光爆参数。

光爆参数见表11-14 所示。

表11-14　光面爆破参数

注：① 堵塞长度为1.5 m；② 孔底加强段装药量是常规段装药量的3 倍左右。

4. 蒙内铁路路堑边坡光面炮孔布置图

蒙内标轨铁路DK404+800～DK405+275 路堑边坡光面爆破布置图见图11-31。

图11-31　铁路路堑边坡光爆炮孔布置图（单位：cm）[32]

5. 起爆网络

该路堑边坡光面爆破起爆联结网络使用导爆索连接与毫秒延时的电雷管引爆组合形成的闭合复式起爆连接网络。

6. 光面爆破效果分析

该段岩石路堑边坡实施6 次共爆642 个坡面炮孔，光爆结果为：强风化的片麻岩地段路堑岩体边坡炮孔痕迹率约为52%；弱风化的片岩地段路堑边坡孔痕迹率约为89%；欠挖量和超挖量均控制在20 cm 以内，光爆后坡面的炮孔痕迹率以及超欠挖值达到了规定，岩体表面与炮孔壁面未产生显著破坏。铁路路堑岩体边坡表面基本无危石与浮石，边坡稳定性好，坡面平整，整个铁路边坡爆破施工没有对工程周边的环境产生任何不良影响，获得了良好的光爆效果。