4.2 石质路堑开挖
4.2.1 石质路堑开挖方法
（1）钻爆开挖。是当前广泛采用的开挖施工方法（图4.12）。有薄层开挖、分层开挖（梯段开挖）、全断面一次开挖和特高梯段开挖等方式。
图4.12 钻爆开挖
（a）钻孔；（b）安装雷管
（2）直接用机械开挖。使用带有松土器的重型推土机破碎岩石［图4.13（a）］，一次破碎深度约0.6～1.0m。该法适用于施工场地开阔、大方量的软岩石方工程。优点是没有钻爆工序作业，不需要风、水、电辅助设施，简化了场地布置，加快了施工进度，提高了生产能力。缺点是不适于破碎坚硬岩石。对于较坚硬的石方工程，可用炮机进行破碎［图4.13（b）］。
（3）静态破碎法。将膨胀剂放入炮孔内，利用产生的膨胀力，缓慢地作用于孔壁，经过数小时至24h达到300～500MPa的压力，使介质裂开（图4.14）。该法适用于在设备附近、高压线下以及开挖与浇筑过渡段等特定条件下的开挖。优点是安全可靠，没有爆破产生的公害。缺点是破碎效率低，开裂时间长。
图4.13 直接用机械开挖
（a）带有松土器的重型推土机；（b）炮机破碎岩石
图4.14 静态破碎法施工
（a）装药前的菱形钻孔；（b）爆破人员进行装药；（c）整体破碎效果；（d）破碎后部分倒塌菱形的柱体
4.2.2 石质路堑开挖一般规定
（1）石方开挖应根据岩石的类别、风化程度、岩层产状、岩体断裂构造、工程量、施工环境等因素确定开挖方案。
（2）深挖路基施工，应逐级开挖，逐级按设计要求进行防护。
（3）爆破作业必须符合现行GB 6722—2014《爆破安全规程》。爆破施工要严格控制飞石距离，采取切实可行的措施，确保人员和建筑物的安全。爆破施工组织设计应按相关规定报批。
（4）石方开挖靠近边坡部分宜采用光面爆破或预裂爆破（图4.15）。
图4.15 石质路堑开挖
（a）桂柳高速公路罗山光面爆破；（b）预裂爆破
（5）爆破法开挖石方，应先查明空中缆线、地下管线的位置、开挖边界线外可能受爆破影响的建筑物结构类型、居民居住情况等，然后制定详细的爆破技术安全方案。
（6）爆破开挖石方宜按以下程序进行：爆破影响调查与评估→爆破施工组织设计→培训考核、技术交底→主管部门批准→清理爆破区施工现场的危石等→炮眼钻孔作业→爆破器材检查测试→炮孔检查合格→装炸药及安装引爆器材→布设安全警戒岗→堵塞炮孔→撤离施爆警戒区和飞石、震动影响区的人、畜等→爆破作业信号发布及作业→清除盲炮→解除警戒→测定、检查爆破效果（包括飞石、地震波及对施爆区内构造物的损伤、损失等）。
（7）炮眼按其不同深度，采用手风钻或潜孔钻钻孔，炮眼布置在整体爆破时采用“梅花形”或“方格形”，预裂爆破时采用“一字形”。
（8）装药前要布置好警戒，选择好通行道路，认真检查炮孔、药室等，吹净残渣，排除积水，做好爆破器材的防水保护工作，雨期或有地下水时，可考虑采用乳化防水炸药。
（9）顺利起爆，并清除边坡危石后，用推土机清出道路，用推土机、铲运机纵向出土填方，运距较远时，用挖掘机装土，自卸汽车运输。
（10）边坡整修及检验如下：
1）挖方边坡应从开挖面往下分段整修，每下挖2～3m，宜对新开挖边坡刷坡，同时清除危石及松动石块。
2）石质边坡不宜超挖。
3）石质边坡质量要求：边坡上无松石、危石。
（11）路床清理及验收如下：
1）欠挖部分必须凿除。超挖部分应采用无机结合料稳定碎石或级配碎石填平碾压密实，严禁用细粒土找平。
2）石质路床底面有地下水时，可设置渗沟进行排导，渗沟宽度不宜小于100mm，横坡不宜小于0.6%。渗沟应用坚硬碎石回填。
3）石质路床的边沟应与路床同步施工。边沟施工要做到尺寸准确，线型直顺，曲线圆滑，沟底平顺，排水畅通。
4.2.3 爆破器材与爆破方法
4.2.3.1 爆破器材
（1）炸药。
1）炸药的性质。炸药是一种化学性质不稳定的物质，在外力的作用下（如冲击、摩擦等），易发生爆炸。爆速高达每秒几千米，爆温高达1500～4500℃，压力超过10万个大气压，因此，具有非常大的破坏力。炸药的性质用以下指标描述：
a.炸药的威力：炸药的威力一般用爆力和猛度来衡量。爆力是指炸药破坏一定量介质的能力；猛度是指炸药爆炸时，将一定量岩石粉碎成细块的能力。
b.炸药的敏感度：炸药的敏感度指炸药在外能作用下发生爆炸的难易程度，包括爆燃点、撞击敏感度、摩擦敏感度和起爆敏感度。
c.炸药的安定性：炸药的安定性指炸药在长期存储时，保持其原有物理化学性质不变的能力。
2）炸药的分类。爆破工程中常将炸药分为如下两类：
a.起爆炸药：起爆炸药是一种爆炸速度极高的烈性炸药。爆速可达2000～8000m/s，用以制造雷管。
b.主要炸药：用以对岩石或其他介质进行爆炸的炸药称为主要炸药。它的敏感性较低，要在起爆炸药强力的冲击下才能爆炸。它可分为：缓性炸药，爆速为1000～3500m/s，如硝铵炸药（图4.16）、铵油炸药；粉碎性炸药，爆速为3500～7000m/s，如梯恩
图4.16 硝铵炸药
梯、胶质炸药等。
（2）起爆器材。雷管是常用的起爆材料，按照引爆方式分为电雷管和火雷管两种（图4.17）。电雷管又分为即发、延期及毫秒雷管。雷管外壳有纸、铜、铁等几种。
雷管由雷管壳、正副装药、加强帽三部分组成。
火雷管与电雷管的不同之处，是在管壳开口的一端，火雷管留出15mm左右的空隙端，以备导火索插入之用；而电雷管则有一个电力引火装置，并以防潮涂料密封端口。延期和毫秒电雷管的特殊点是在引火装置和正装药之间加了一段缓燃剂。在保管、运输、储存过程中，严禁将雷管和炸药放在一起（图4.18）。
图4.17 雷管
（a）电雷管；（b）火雷管
图4.18 雷管和炸药严禁放在一起
4.2.3.2 爆破方法
爆破方法应根据石方的集中程度、地形、地质条件及路线横断面形状等具体情况确定。用药量1t以上为大炮，1t以下为中小炮。
（1）钢钎炮。钢钎炮通常指炮眼直径小于70mm、深度小于5m的爆破方法（图4.19）。钢钎炮比较灵活，适用于地形艰险及爆破量较小地段（如打水沟、开挖便道、基坑等），在综合爆破中是一种改造地形，为其他炮型服务的不可缺少的辅助炮型。由于钢钎炮炮眼浅，用药少，每次爆破的方数不多，并全靠人工清除，所以，不利于爆破能量的利用且工效较低。
图4.19 钢钎炮的炮眼布置图
图4.20 深孔爆破
（2）深孔爆破。深孔爆破是孔径大于75mm、深度在5m以上、采用延长药包的一种爆破方法。深孔爆破炮孔需用大型的潜孔凿岩机或穿孔机钻孔，如用挖运机械清方可以实现石方施工全面机械化，劳动生产率高，一次爆破的方量多，施工进度快，爆破时比较安全，是大量石方（万方以上）快速施工的发展方向之一，图4.20是深孔爆破施工现场。
（3）光面爆破。在开挖限界的周边，适当排列一定间隔的炮孔，在有侧向临空面的情况下，用控制抵抗线和药量的方法进行爆破，使之形成一个光滑平整的边坡。
（4）预裂爆破。在开挖限界处按适当间隔排列炮孔，在没有侧向临空面和最小抵抗线的情况下，用控制药量的方法，预先炸出一条裂缝，使拟爆体与山体分开，作为隔震减震带，起保护开挖限界以外山体或建筑物和减弱地震对其破坏的作用。
（5）定向爆破。利用爆能将大量土石方按照指定的方向，搬移到一定的位置并堆积成路堤的一种爆破施工方法，称为定向爆破。
（6）微差爆破。两相邻药包或前后排药包以若干毫秒的时间间隔（一般为15～75ms）依次起爆，称为微差爆破，亦称毫秒爆破。
微差爆破能有效地控制爆破冲击波、震动、噪声和飞石；操作简单、安全、迅速；可近火爆破而不造成伤害；破碎程度好，可提高爆破效率和技术经济效益。但该网路设计较为复杂；需特殊的毫秒延期雷管及导爆材料。微差控制爆破适用于开挖岩石地基、挖掘沟渠、拆除建筑物和基础等。
（7）药壶炮。药壶炮是指在深2.5～3.0m以上的炮眼底部用小量炸药经一次或多次烘膛，使眼底成葫芦形，将炸药集中装入药壶中进行爆破（图4.21）。
图4.21 药壶炮
（a）单药壶布置；（b）上下层药壶布置
药壶炮主要用于露天爆破，其使用条件是：岩石应在Ⅺ级以下，不含水分，阶梯高度（H）小于10～20m，自然地面坡度在70°左右。如果自然地面坡度较缓，一般先用钢钎炮切脚，炸出台阶后再使用。经验证明，药壶炮最好用于Ⅶ～Ⅸ级岩石，中心挖深4～6m，阶梯高度在7m以下。药壶炮装药量可根据药壶体积而定，一般介于10～60kg之间，最多可超过100kg。每次可炸岩石数十方至数百方，是小炮中最省工、省药的一种方法。
（8）猫洞炮。猫洞炮系指炮洞直径为0.2～0.5m，洞穴成水平或略有倾斜（台眼），深度小于5m，用集中药包在炮洞中进行爆炸的一种方法（图4.22）。
图4.22 猫洞炮
猫洞炮充分利用岩体本身的崩塌作用，能用较浅的炮眼爆破较高的岩体，一般爆破可炸松15～150m3。其最佳使用条件是：岩石等级一般为Ⅸ级以下，最好是Ⅴ～Ⅶ级；阶梯高度最小应大于眼深的两倍，自然地面坡度不小于50°，最好在70°左右。由于炮眼直径较大，爆能利用率甚差，故炮眼深度应大于1.5～2.0m，不能放孤炮。猫洞炮工效，一般可达4～10m3，单位耗药量在0.13～0.3kg/m3之间。在有裂缝的软石和坚石中，阶梯高度大于4m，药壶炮药壶不易形成时，采用猫洞炮可以获得好的爆破效果。
4.2.3.3 盲炮处理
因各种原因未能按设计起爆，造成药包拒爆的装药或部分装药称为盲炮。盲炮不但浪费炸药和材料，影响施工进度，而且严重地影响安全生产。因此，必须采取一切有效的措施防止产生盲炮。检查人员发现盲炮或怀疑盲炮，应向爆破负责人报告后组织进一步检查和处理，发现其他不安全因素应及时排查处理，在上述情况下，不应发出解除警戒信号。
（1）一般规定。
1）一旦出现盲炮，应停止盲炮附近的所有其他工作，处理盲炮前应由爆破领导人定出警戒范围，并在该区域边界设置警戒，处理盲炮时无关人员不许进入警戒区。
2）应派有经验的爆破员处理盲炮，各种类型的盲炮处理应按国家现行的GB 6722—2014《爆破安全规程》有关规定办理。
3）电力起爆网路发生盲炮时，应立即切断电源，及时将盲炮电路短路。
4）导爆索和导爆管起爆网路发生盲炮时，应首先检查导爆索和导爆管是否有破损或断裂，发现有破损或断裂的可修复后重新起爆。
5）严禁强行拉出炮孔中的起爆药包和雷管。
6）盲炮处理后，应再次仔细检查爆堆，将残余的爆破器材收集起来统一销毁；在不能确认爆堆无残留的爆破器材之前，应采取预防措施并派专人监督爆堆挖运作业。
7）盲炮处理后应由处理者填写登记卡片或提交报告，说明产生盲炮的原因、处理的方法、效果和预防措施。
（2）浅孔爆破的盲炮处理。
1）经检查确认起爆网路完好时，可重新起爆。
2）可钻平行孔装药爆破，平行孔距盲炮孔不应小于0.3m。
3）可用木、竹或其他不产生火花的材料制成的工具，轻轻地将炮孔内填塞物掏出，用药包诱爆。
4）可在安全地点外用远距离操纵的风水喷管吹出盲炮填塞物及炸药，但应采取措施回收雷管。
5） 处理非抗水类炸药的盲炮，可将填塞物掏出，再向孔内注水，使其失效，但应回收雷管。
6） 盲炮应在当班处理，当班不能处理或未处理完毕，应将盲炮情况（盲炮数目、炮孔方向、装药数量和起爆药包位置，处理方法和处理意见）在现场交接清楚，由下一班继续处理。
（3）深孔爆破的盲炮处理。
1） 爆破网路未受破坏，且最小抵抗线无变化者，可重新连接起爆；最小抵抗线有变化者，应验算安全距离，并加大警戒范围后，再连接起爆。
2） 可在距盲炮孔口不少于10倍炮孔直径处另打平行孔装药起爆。爆破参数由爆破工程技术人员确定并经爆破技术负责人批准。
3） 所用炸药为非抗水炸药，且孔壁完好时，可取出部分填塞物向孔内灌水使之失效，然后做进一步处理，但应回收雷管。
4.2.3.4 影响爆破的主要因素
为了爆破某一岩体，在其中或表面放置的一定数量的炸药，称为药包。药包在介质中爆炸时，介质被抛掷和松动的体积或破碎的程度称为爆破效果。影响爆破效果的因素主要有以下几种：
（1）炸药的威力。一般在坚石中，宜用粉碎力大的炸药，如TNT、胶质炸药等，爆破后岩石破碎程度较大，但破坏范围一般较小；在次坚石、软石、裂缝大而多的岩石中，以及松动爆破中，宜用爆力大而粉碎力较小的炸药，如硝铵类炸药；开采料石，则宜用爆力和猛度都较小的炸药，如黑火药。
（2）炸药用量。
（3）地形条件。在爆破工程中，地形的陡坦程度及临空面数量对爆破效果影响也很大。地形越陡，临空面数目越多，爆破效果越好；反之，爆破效果越差。
（4）地质条件。地质条件是指岩石性质和岩层构造。岩石性质包括岩石的密度、韧性和整体性等，是确定岩石单位耗药量和能否采用大爆破的主要依据；岩石构造主要指岩石的层理产状等。
（5）其他因素。装药的密实度、堵塞炮眼和导洞的质量、爆破技术的熟练与正确程度等对爆破效果均有影响。
4.2.4 深挖路基
（1）施工前应理解设计的边坡防护方案，并编制详细的施工方案，获批准后实施。
（2）施工过程中，应根据开挖情况随时进行地质核查，并对边坡稳定性进行监测。如实际情况与设计不符，应会同设计单位等进行处理。
（3）应根据地形特征设置边坡控制点。
4.2.5 弃方
（1）施工前，应对设计提供的弃土方案进行现场核对，若有疑问，应及时处理。
（2）弃土不得占用耕地。
（3）沿河弃土不得影响排洪、通航，不得加剧河岸冲刷。不得向水库、湖泊、岩溶漏斗及暗河口处弃土。禁止在贴近桥墩台、涵洞口处弃土。
（4）沿线弃土堆设置应符合设计要求；设计无要求时应符合下列规定：
1）弃土应相对集中堆放，并与周边环境相协调，严禁随意处理。
2）弃土堆的几何尺寸、压实程度、位置应保证路基边坡和弃土堆自身的稳定。弃土堆的边坡不陡于1∶1.5，顶面向外设不小于2%的横坡，其内侧高度不宜大于3m。
图4.23 环保的弃土场
3）在地面横坡陡于1∶5的路段，不得在高于路堑边坡顶的山坡上方设弃土堆。
4）在山坡上侧的弃土堆，应连续而不间断，并在弃土堆上侧设置截水沟。山坡下侧的弃土堆，应每隔50～100m设宽度不小于1m的缺口排水，排水主流方向不得对地面结构物及农田等造成不利影响，必要时可设人工沟渠导引排水。弃土堆坡脚应进行防护和加固（图4.23）。
5）弃土应按设计要求进行压实。
6）应按设计要求及时完成弃土场的防护、排水工程。
【案例4.1】
1.背景资料
某施工单位承接了某高速公路路基H合同段工程施工，该区段设计车速100km/h，平均挖深19m，路基宽度26m，其中K20+300～K20+520为石质路堑。该区段岩石为石炭系硅质灰岩，岩石较坚硬，多为厚层构造，局部呈薄层状构造，裂隙发育。要求路堑采用钻爆开挖，爆破石渣最大允许直径为30cm，对开挖石渣尽可能提高利用率。
施工单位编制的爆破设计方案摘要如下：
（1）边坡采用预裂爆破，路基主体尽量采用深孔爆破，局部采用钢钎炮，烘膛炮等方法。
（2）采用直径8cm 的钻头钻孔，利用自行式凿岩机或潜孔钻一次钻到每阶平台设计标高位置。
（3）爆破顺序采用从上至下的分台阶，顺路线方向纵向推进爆破，控制最大爆破深度不超过10m，纵向每40～50m 为一个单元，边坡和主体采用微差爆破一次性完成。
（4）边坡预裂爆破孔间距为1m，采用“方格形”布置，按水平方向控制炮杆位置，路基主体内炮孔间距4m，采用“梅花形”均匀布置。
爆破设计方案报主管部门审批时未通过，退回后由施工单位重新修改。
在确定爆破安全距离时，施工单位按GB 6722—2014《爆破安全规程》中安全距离不小于200m 的规定，将安全距离设为200m，并布置警戒线。爆破结束后，未出现安全事故。
K20+300～K20+520 段需开挖石方140000m3，采用2 台装载机（每台作业率720m3/台班）和6 台自卸汽车（每台作业率300m3/台班）配合装运石方，其他机械均配套，将石方调运到两端的填方路段。
施工完成后，对路基工程进行了质量检验，其中针对K20+300～K20+520 路段，实测了纵断高程、中线偏位、宽度、横坡。
2.问题
（1）指出并改正爆破设计方案中的错误之处。
（2）施工单位确定爆破安全距离的做法是否恰当？说明理由。
（3）在不考虑加班的情况下，K20+300～K20+520 路段石方调运工作需要多少天（列式计算）？
（4）K20+300～K20+520 段路基施工的质量检验，还应实测哪些项目？
答：（1）采用“方格形”布置，按水平方向控制炮杆位置错误。
应改为：采用“一字形”布置，按边坡坡度控制炮杆位置。
（2）不恰当。因为除考虑GB 6722—2014《爆破安全规程》中露天爆破安全距离不得小于200m外，还应考虑个别飞散物影响、地震波、空气冲击波的影响，经计算后再确定安全距离。
（3）工作天数=140000/（2×720）=97.2=98d。
（4）实测项目还有压实度、平整度、边坡坡度、边坡平顺度。