土石方工程中防止爆破飛石控制的技術(shù)措施

具書(shū)宇 馮海鵬 王澤剛

(中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124)

爆破飛石是指在爆破作業(yè)過(guò)程中從爆破點(diǎn)拋擲到空中或沿地面拋擲的雜物、泥土、砂石等物質(zhì)［1］。選擇合適的臨空面(作業(yè)區(qū))、最小抵抗線、單耗、鉆孔傾角、連接網(wǎng)絡(luò)形式、堵塞長(zhǎng)度、堵塞質(zhì)量過(guò)程控制、聯(lián)網(wǎng)檢查、覆蓋等措施，可有效降低或避免爆破意外事件的發(fā)生。

但由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件變化和炮孔數(shù)量較多堵塞質(zhì)量難以保證，以及實(shí)際操作與爆破設(shè)計(jì)有出入等原因，仍有個(gè)別飛石超過(guò)計(jì)算安全距離或飛石逸出砸破建筑物和設(shè)備情況出現(xiàn)［2］。

本文是通過(guò)對(duì)內(nèi)陸某重點(diǎn)項(xiàng)目大型土石方場(chǎng)平工程爆破控制技術(shù)管理，結(jié)合獲得的爆破飛石控制的若干經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)滿足合理生產(chǎn)效率和安全防護(hù)要求的前提下，就產(chǎn)生飛石的原因和技術(shù)控制手段以及防護(hù)措施等方面進(jìn)行探討，為后續(xù)類似大型土石方項(xiàng)目爆破設(shè)計(jì)和飛石控制技術(shù)措施提供有益的參考。

1 工程項(xiàng)目概況

1.1 工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃規(guī)模為4臺(tái)機(jī)組，設(shè)計(jì)功率1239 MWE，本工程設(shè)計(jì)將一次規(guī)劃、連續(xù)建設(shè)方式進(jìn)行施工。其一期工程建設(shè)2臺(tái)機(jī)組。單臺(tái)機(jī)組的建造周期為52個(gè)月、設(shè)計(jì)壽命60年，項(xiàng)目總投資約610億元人民幣，而項(xiàng)目建成后每年可發(fā)電800億kW·h。

1.2 施工現(xiàn)場(chǎng)位置簡(jiǎn)介

內(nèi)陸某電廠項(xiàng)目廠址位于某水庫(kù)中段北岸獅子巖上，地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°41'00″、北緯29°40'50″。廠址區(qū)為低丘地貌區(qū)。最高丘頂標(biāo)高為180.8 m，山脊呈長(zhǎng)壟狀，走向?yàn)楸睎|—南西向，如圖1所示。

1.3 周邊環(huán)境介紹

圖1 廠址總平面布置圖及周邊社會(huì)環(huán)境

本電廠廠址三面環(huán)山、一側(cè)臨水，并緊鄰四個(gè)行政村和縣扶貧辦柑桔場(chǎng)。其廠址中心距離大部分在2 km以內(nèi)，而5 km以內(nèi)有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊，而工程建設(shè)期間需征地2338畝，臨時(shí)租地910畝，需移民386戶、1413人。

本工程廠址周圍密布果園和林地以及農(nóng)田，在建設(shè)前期因道路交通、廠區(qū)圍欄等均未建立，且廠址北側(cè)布置有混凝土攪拌站及砂石系統(tǒng)，而山腳下布置有沿延綿數(shù)千米的臨時(shí)供水管線等設(shè)施，對(duì)前期清表作業(yè)和爆破施工管理帶來(lái)了不少困擾。

在過(guò)去的兩年施工期間，現(xiàn)場(chǎng)需不斷開(kāi)展爆破安全防護(hù)的周邊關(guān)系協(xié)調(diào)工作，以推動(dòng)工程順利開(kāi)展?，F(xiàn)場(chǎng)主要推動(dòng)解決征租地、施工過(guò)界賠償、爆破震動(dòng)對(duì)周邊居民影響等問(wèn)題。而現(xiàn)場(chǎng)施工推進(jìn)中也能得到當(dāng)?shù)卣桶傩盏睦斫夂椭С?，各?xiàng)工程開(kāi)展較為順利。

1.4 廠址場(chǎng)平工程簡(jiǎn)介

本工程場(chǎng)平開(kāi)挖方量約為2111萬(wàn)m3，擬定開(kāi)挖所得土石方全部用去廠區(qū)、施工區(qū)、廠區(qū)邊坡和施工道路回填，回填量為2559萬(wàn)m3，挖方量乘以最終松散系數(shù)1.15，并考慮四臺(tái)機(jī)組負(fù)挖余土，填挖基本平衡。場(chǎng)地平整根據(jù)工程分期實(shí)施的先后關(guān)系和各功能區(qū)用途，劃分為八個(gè)場(chǎng)地平整區(qū)域，即:場(chǎng)平一區(qū)至場(chǎng)平八區(qū)，另設(shè)土石方動(dòng)態(tài)平衡區(qū)，具體區(qū)域劃分如圖1所示。

2 地質(zhì)條件

2.1 地層概況

內(nèi)陸某項(xiàng)目廠址主要出露上白堊統(tǒng)～第三系地層及其上覆第四系土層，其周邊還出露有寒武系、侏羅系、志留系和第四系地層。

2.2 不良地質(zhì)作用

巖溶為廠址內(nèi)的主要不良地質(zhì)作用，主要發(fā)育于灰質(zhì)礫巖中。根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪，測(cè)區(qū)內(nèi)淺表層巖溶發(fā)育，主要的巖溶形式為溶溝、溶槽、溶蝕洼地、落水洞、巖溶泉等，如圖2所示。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)揭露

現(xiàn)場(chǎng)臨邊區(qū)域已形成多層次的開(kāi)挖平臺(tái)，最低已開(kāi)挖至87.8 m(場(chǎng)平標(biāo)高為88 m)，從現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖過(guò)程中地質(zhì)揭露，頂部為粘土夾雜塊石覆蓋物，再向下挖土夾石、大孤石現(xiàn)象比較嚴(yán)重(見(jiàn)圖3)，現(xiàn)階段石夾泥、大孤石現(xiàn)象突出。

圖2 98 m～110 m梯段地質(zhì)情況

圖3 88 m～98 m臨邊孤石群

3 爆破飛石控制距離計(jì)算及爆破設(shè)計(jì)

爆破飛石的飛散距離受地形、風(fēng)向和風(fēng)力、堵塞質(zhì)量、爆破參數(shù)等影響;爆破飛石的安全距離應(yīng)根據(jù)硐室爆破、非拋擲爆破、拋擲爆破等情況分別考慮［3］。

3.1 個(gè)別飛散物安全允許距離

《爆破安全規(guī)程》［4］要求的規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 爆破個(gè)別飛散物對(duì)人員的安全允許距離［4］

3.2 爆破飛石的安全距離

硐室爆破飛石飛散距離經(jīng)驗(yàn)［4］公式如下:

R=20Kn2W。

其中，Rf為爆破飛石安全距離，m;K為安全系數(shù)，與地形、風(fēng)向等因素有關(guān)，一般取Kf=1.0～1.5;n為爆破作用指數(shù);W為最小抵抗線，m。

場(chǎng)平工程爆破開(kāi)挖施工中，應(yīng)逐個(gè)藥包進(jìn)行計(jì)算，選取最大值為個(gè)別飛散物安全距離，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件均選擇合理的爆破參數(shù)，并采取有效的防護(hù)措施，較好的控制了爆破飛石對(duì)周邊設(shè)施的影響。

3.3 個(gè)別飛散物安全允許距離的控制

在場(chǎng)平施工進(jìn)入臨邊區(qū)域時(shí)，與北側(cè)設(shè)備區(qū)(標(biāo)高62 m)形成巨大的落差，其最大落差為76 m，最小落差為26 m(場(chǎng)平標(biāo)高88 m)，如圖4所示。根據(jù)《規(guī)程》要求沿山坡爆破時(shí)，下坡方向的個(gè)別飛散物安全允許距離應(yīng)增大50%，如圖5所示。

圖4 138 m炮區(qū)（落差76 m）

圖5 118 m炮區(qū)（落差56 m）

4 爆破飛石產(chǎn)生的原因

1)裝藥孔口堵塞質(zhì)量較差、堵塞長(zhǎng)度偏大或偏小時(shí)，使爆破后的破碎體和拋擲方向朝向孔口。

2)慎重對(duì)待斷層、軟弱帶、張開(kāi)裂隙、成組發(fā)育的節(jié)理、溶洞、采空區(qū)、覆蓋層等地質(zhì)構(gòu)造，其巖體不均勻，爆破能量沿軟弱夾層、斷層、巖溶空洞等地質(zhì)構(gòu)造面溢出，在這些軟弱部位產(chǎn)生飛石。需采取間隔堵塞，調(diào)整藥量，避免過(guò)量裝藥等措施［5］。

3)嚴(yán)格測(cè)量驗(yàn)收(梯段高度)，避免單耗失控，是控制飛石危害的基礎(chǔ)工作。

4)局部抵抗線太小，也會(huì)沿著該方向產(chǎn)生飛石。

5)因前排帶炮(后沖)，造成后排最小抵抗線大小與方向失控。

5 爆破飛石的控制與防護(hù)

5.1 加強(qiáng)技術(shù)控制

優(yōu)化爆破參數(shù)、慎重選擇孔位、提高堵塞質(zhì)量、裝藥時(shí)注意雷管段別、采用適宜的炸藥和裝藥結(jié)構(gòu)等方面措施進(jìn)行技術(shù)控制。

5.2 加強(qiáng)防護(hù)措施

采取了部分措施后，雖可對(duì)爆破飛石起到一定的控制作用，但不可能完全杜絕飛石，因此，在某些情況下還必須采取防護(hù)措施。防護(hù)措施可分為以下兩種類型。

5.2.1 主動(dòng)防護(hù)

主要是用沙袋和柔韌性、彈性較好的材料(如:荊笆、竹笆、草袋、編織袋、草墊、舊膠帶、舊車胎、金屬網(wǎng)、鋼骨架式的鋼筋籠等)多層覆蓋或滿布炮孔區(qū)上方或側(cè)面(需注意清除覆蓋材料上及炮孔口石子等雜物)，有效攔阻爆破飛石的產(chǎn)生和逸出。故宜采用透氣較好的輕型防護(hù)材料另加壓重防護(hù)［6］，如圖6，圖7所示。

圖6 爆破覆蓋防護(hù)典型示意圖

5.2.2 被動(dòng)防護(hù)

在爆破警戒范圍內(nèi)可移動(dòng)的設(shè)備，如:汽車、吊車、天泵、商品混凝土運(yùn)輸車、挖掘機(jī)等，在警戒時(shí)間段內(nèi)必須撤離警戒區(qū)外;但爆區(qū)周邊飛石飛散距離以內(nèi)存在重要設(shè)施或不可移動(dòng)的設(shè)備，如:皮帶機(jī)、電機(jī)、計(jì)量磅等必須采用鋼管架敷設(shè)竹跳板等被動(dòng)防護(hù)措施。

圖7 爆破區(qū)域?qū)嵤┧膶痈采w主動(dòng)防護(hù)

6 討論

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形揭露狀況，應(yīng)采用“密集性布孔，增加炸藥單耗，采用控制爆破技術(shù)，降低堵塞深度，選取合理的雷管段別”等措施。

該措施對(duì)爆破震動(dòng)和飛石控制有明顯的效果，但額外增加施工工序及設(shè)備、人工投入，效益低下，甚至可能影響其他作業(yè)區(qū)域的正常生產(chǎn)，因此，在實(shí)際操作中遇到了各方面的較大阻力。

2)在現(xiàn)場(chǎng)爆破覆蓋施工過(guò)程中，時(shí)常發(fā)生覆蓋材料移動(dòng)或人員走動(dòng)對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)生不利的影響，可能最終導(dǎo)致盲炮的出現(xiàn)。因此，在覆蓋過(guò)程中對(duì)炮孔周邊、導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，避免對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接失效或人為的破壞造成的爆破安全隱患出現(xiàn)。

3)爆區(qū)周邊的被動(dòng)防護(hù)區(qū)域，若不涉及人員安全(爆破區(qū)域已完全隔離)，可適當(dāng)采取選擇性的主動(dòng)防護(hù)措施。如:道路、雨棚、倉(cāng)庫(kù)等臨時(shí)設(shè)施或防護(hù)面較大的建筑物區(qū)域，采取主動(dòng)防護(hù)措施的投入較大，其防護(hù)效果并不一定很好。

可根據(jù)爆破區(qū)域周邊環(huán)境條件，適當(dāng)取舍部分被動(dòng)防護(hù)措施。引起的設(shè)施或建筑物的損壞部分，可在爆破結(jié)束后進(jìn)行集中修復(fù)。但其前提必須是爆區(qū)警戒范圍合理設(shè)置和人員清場(chǎng)、道路的防護(hù)與交通管制后，方可有條件選擇部分被動(dòng)防護(hù)措施的實(shí)施。

4)對(duì)于孤石群的爆破作業(yè)很難實(shí)施主動(dòng)防護(hù)措施;由于爆破孤石分散、孔位較多，實(shí)際覆蓋難度大等原因很難實(shí)施具體防護(hù)措施。特殊條件下的孤石爆破可采取防護(hù)棚形式進(jìn)行飛石防護(hù)。

5)有交通干擾或不間斷通行壓力的作業(yè)區(qū)域?qū)⒑茈y以實(shí)施主動(dòng)防護(hù)時(shí)應(yīng)采取被動(dòng)防護(hù)，需采取相對(duì)經(jīng)濟(jì)、可行的被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，即采用剛性骨架結(jié)合柔性、彈性面層材料遮擋覆蓋防護(hù)體，如圖8所示。

6)周邊近距離有建筑物或交通設(shè)施的爆破區(qū)域，對(duì)既有設(shè)施或需要控制山體滾石的爆破區(qū)域(爆破區(qū)域面積大，無(wú)法全部實(shí)施，可分階段實(shí)施或選擇性實(shí)施防護(hù)網(wǎng))，必要時(shí)在爆破區(qū)域用鋼結(jié)構(gòu)框架配合柔性防護(hù)網(wǎng)(鐵絲網(wǎng))加竹夾板等措施進(jìn)行封閉式防護(hù)，達(dá)到飛散物的攔截和初始速度的降低的作用，如圖9所示。

圖8 腳手架防護(hù)屏障

圖9 防護(hù)棚（鋼架、鐵絲網(wǎng)、草墊、竹排）

7 結(jié)語(yǔ)

本工程爆破作業(yè)期間，在進(jìn)行了嚴(yán)格的爆破區(qū)域的主動(dòng)防護(hù)以后，爆破時(shí)在附近隨機(jī)安排幾次全程進(jìn)行觀察，均未發(fā)現(xiàn)有大量飛石的逸出。在爆后觀察爆破區(qū)域的防護(hù)結(jié)構(gòu)，鐵絲網(wǎng)覆蓋攔截效果明顯，局部風(fēng)化砂袋和竹跳板有翻動(dòng)現(xiàn)象。但對(duì)周圍設(shè)施、設(shè)備沒(méi)有遭到飛石破壞，爆破覆蓋效果達(dá)到了預(yù)期的目的。

鑒于本工程的臨邊石夾土區(qū)域爆破和收尾施工中優(yōu)化爆破參數(shù)，大面積采取主動(dòng)防護(hù)措施后，在幾次爆破試驗(yàn)效果表明，整體防護(hù)效果良好。且爆破區(qū)域周邊均為臨時(shí)設(shè)施，工程實(shí)踐證明:爆破施工期間并未產(chǎn)生重大的設(shè)施破壞或人員財(cái)產(chǎn)損失。

因此，經(jīng)慎重考慮后決策為:僅采取了有限的選擇性被動(dòng)防護(hù)措施，至于爆破期間破損的臨時(shí)設(shè)施，在整個(gè)土石方爆破工程完全結(jié)束后，另行安排了相關(guān)修復(fù)工作，整體實(shí)施結(jié)果較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。通過(guò)對(duì)爆破作業(yè)的技術(shù)控制和科學(xué)管理，降低不良地質(zhì)條件對(duì)爆破施工的不利影響，確保場(chǎng)平土石方工程的爆破施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度等各項(xiàng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，為后續(xù)類似大型土石方項(xiàng)目爆破設(shè)計(jì)和飛石控制技術(shù)措施提供有益的參考。

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