杜步三号大桥为清连高速公路关键控制工程，全桥所处地段地址情况复杂，多为坚硬石质岩层，K2180+680~K2180+790段路基及杜步3号大桥0号桥台（K2180+790~ K2180+810原地面高于箱梁底面）为石质地段地质情况为：灰岩、白云质灰岩，开挖方量约为6500m3 。该段路线右侧及清远端均为陡崖， 3号桥1号 墩位于前方陡崖下，离挖方处约40米，垂直高度约80米，临时施工便道和施工队工棚离该挖方约80米，垂直高度约100米。距爆源约100米垂直高度约110米的地方还有一居民村庄。

2  开挖方案的选择

    开挖方案的选择必须充分考虑此次爆破施工的特点，本次爆破施工主要有如下特点：

    2.1、由工程概况我们可以知道，此次施工的施工环境特别复杂，施工安全方面存在巨大挑战，必须避免爆破作业过程中损坏已经完成施工的一号墩墩身及正在进行的挂篮施工、危及不远处的作业工人及村民和民房的生命财产安全，做到完无一失。一旦有失，将造成恶劣的社会影响及严重经济损失。因此施工安全性乃衡量施工方案可行性首要考虑的条件。

    2.2、工期紧张，施工任务艰巨。按业主指令，杜步三号桥必须在2008年11月5日之前合拢，因此0号桥台的施工进度成为3号桥能否按时合拢的最为关键的一施工环节。

    2.3、在保证施工安全和进度的前提下，必须考虑施工成本。

    如上所述，可以综合考虑一下三种爆破方案：⑴、全部采用高台阶深孔毫秒微差松动爆破。⑵、全部采用浅孔小台阶多段微差爆破。⑶、静态爆破。⑷、定向爆破加大型挖掘机及凿岩破碎机相结合混合开挖的方式。若只考虑施工进度和施工成本，第一种施工方案无疑是最好的选择，但是这种方案施工中产生的滚石飞石将造成灾难性后果，无法保障安全，而且会大量增加二次解小工作量。第二种方案是采用密钻孔，少装药的方式将岩石彻底肢解粉碎。这种方案安全性极高，不会产生滚石及大块飞石。这种爆破方法的弊端在于一次爆破量小，严重影响工期；就经济效益方面而言，钻孔数量和耗药量比常规小台阶浅空爆破大。静爆开挖是80年代末90年代初新起的一种新型爆破开挖方式，广泛用于大理石、花岗岩和玉石等贵重石材以及拆除各类混凝土道路、基础、桥梁和港口码头等，在破碎过程中具有无震动、无飞石、无噪声和无毒污染等特点，具有极高的安全性。静爆开挖的原理是：人工造孔后，在静态膨胀剂的作用下使岩石胀裂、产生裂缝、碎落，再用大型挖掘机挖掘装车运走达到开挖目的。基本工序为测量放样→布孔→拌药装药→解小、装运。静态爆破膨胀力最大可达到100Mpa以上；最大膨胀力出现最短时间可在10分钟内，反应时间可在10分钟至10小时之间任意调节。由此看来，静态爆破无疑是一种很好的选择，这种方案唯一的不足之处在于施工成本非常高，此爆破方法在桂柳高速S1合同段中曾经使用过，当时估算单价为222.53元每立方米。如果在此次爆破中采用该方案的话，估算单价在250元每立方米以上，远远超过工程成本预算。当这种方案一提出，马上被否决。

    在综合必选几种施工方案后，决定采用第四种施工方案：

    采用定向爆破加大型挖掘机及凿岩破碎机相结合的方式进行开挖，在充分考虑施工安全性、施工进度及施工成本的前提下，爆破方案采用分区域高台阶深孔毫秒微差定向控制爆破和浅孔小台阶多段微差定向控制爆破相结合的方案。具体分区见3.2爆破方案。施工时先开挖出该段中间偏左（路线左侧）部分，然后采用定向爆破使岩石往左侧爆破（前方陡崖处使岩石往小桩号爆破），再利用大功率的挖掘机（2.5方）将爆破后两侧的碎石往左侧已经开挖出的区域钩，再行运走。对于大块石块，利用凿岩破碎机先行打碎，然后装运。对前方和右侧危险区域的岩体采用浅孔小台阶多段微差定向控制爆破的方法使将岩石炸碎，使破碎岩石定向倒向后方及左侧安全区域再装运。施工过程中应在峭壁下方做好必要的防护措施，沿线及1#墩侧设拦护带，特别是在一号墩处，垒起高5米的沙袋墙，防止滚落的石头伤及施工人员及损坏1#墩墩身。

3  定向控制爆破

    3.1爆破方案选择的原则

    爆破方案的选择应遵循以下原则：（1）爆破方案应满足爆区周边环境特定条件的要求，施工过程安全可靠；（2）爆破方案应满足工程工期对爆破施工进度的要求；（3）确保周围被保护对象的安全。

    3.2爆破方案的确定

    3.2.1  根据《爆破安全规程》有关规定,该爆破工程对周围建构筑物所在地的质点峰值振动速度和主振频率,结合周围环境情况和安全距离以及施工工期、施工成本、桥台施工人员正常工作生活的需要,决定采用如下混合爆破方法：根据测量横断面图，K2180+680~K2180+805开挖深度较大，其左侧坡顶往右30米内可采用高台阶深孔毫秒微差定向控制爆破。K2180+805~K2180+810全部及K2180+680~K2180~805右侧8米的区域采用浅孔小台阶多段微差定向控制爆破的方法。

    定向控制爆破就是要控制爆破方向、破坏范围、碎块飞散距离和地震波等。实现控制爆破的关键在于装药量的计算与炮孔位置的安排，以及有效的安全防护手段。施工过程中认真做好安全防护、合理选择爆破参数,达到微震效果;做到岩石松动而不飞散,开裂而不滑塌，同时要确保未爆岩石的整体稳定性。 

    3.2.2 为保证左侧山体边坡的稳定和美观，应先沿左侧山体按设计的坡率进行预裂爆破，使爆除体和左侧山体先分离开来。

    3.2.3 选用混合装药结构，采用90~95%的硝铵炸药和5~10%的岩石铵锑炸药。

    3.2.4   采用塑料导爆管非电起爆系统组成微差起爆破网路，药包内选用高段别毫秒雷管、洞外网路用联通管和较低段别的毫秒雷管联结成微差起爆网路。

    3.2.5   高台阶深孔毫秒微差定向控制爆破参数设计。根据现有设备情况，选用直径为76mm的中风压潜孔钻钻孔。此钻机的钻孔深度为22米，工地现有挖掘的安全工作高度12~15米，再从安全生产和实际地形角度考虑，确定生产台阶的高度为6~12米。采用倾角为60~75度的爆破梯段倾角。需开挖的岩石为灰岩，白云质灰岩，查表可知其坚固系数f为8~12，岩石密度为2.5~2.7吨每立方。其标准抛掷爆破单位耗药量为1.7~1.95。本次爆破意在将所需爆除体炸得破碎，并定向往后方路基和左侧山体坍塌，因此在计算单位耗药量K时可采取比普通松动爆破略大的系数，因此确定f(n)=0.35, K=0.35*1.7~1.95=0.6~0.68kg/m3。按照孔径推算最小抵抗线为W=25~30d=25~30*0.076=1.9~2.3m,取2.0。根据经验装药集中度取l=4.0Kg/m。由此可以确定单空控制面积S=l/q=4/0.6=6.6m2,则空间距为a=S/W=6.6/3=2.2,排距b=w=2.0。根据实践经验优化空距a=2.0,b=1.8。填塞长度: L1 = (0.8 ～ 1.2)w = 1.6～2.4m。一般情况下,当L1 ≥W 时,基本可以杜绝孔口飞石的产生,为减少堵塞段大块的产出率,便于装运实施中采用L1 = W =2m。

    3.2.6  浅孔小台阶多段微差定向控制爆破参数设计。采用直径为38mm的YT-20或YT-24手风钻钻孔。堵塞长度L=(20~30)d，L为0.76~1.2m。最小抵抗线W=25d=0.95m,取w=1m,孔距a=(15~30)d=0.57~1.14,取a=1m,取b=1.2。台阶高度H：采取分层爆破取H＝2.5~3m；孔深取2m。孔位标定准确,偏差不超过5cm ,孔倾斜度不超过3 % ,孔深误差不超过5cm。岩石为灰岩白云质灰岩，故炸药单耗q=0.45~0.6kg/m3。取0.5kg/m3。单孔装药量。Q =q*a*w*h =1.25~1.5kg/m3。堵塞长度不小于1.2米。

4  控爆施工注意事项

    严格控制爆碴的破碎程序：要求爆破后的岩石达到“碎而不抛”、“松动而不散”或“预裂无飞”的效果。严格控制爆破松动范围：要求施工放样要准确无误，爆破后的断面尺寸与设计尺寸相符。严格控制爆破四害：爆破地震波、空气冲击波、噪声和飞石。

    控制滚石：该控爆段山体上部存在危石，在施爆前，必须对其进行加固或处理，确认安全后方可进行爆破施工。

    控制飞石：爆破飞石是炸药爆炸后的多余能量对石头产生作用的结果。为控制爆破飞石，在施工中主要采用取优孔径、孔深、孔数、孔距、排距和炸药单耗，采用合适的装药方法和起爆方式，提高炮孔的阻塞质量，以达到每个炮孔所产生的爆破能量与炮孔周围介质所需能量相等，达到松动而无剩余能量造成飞石。

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