某隧道口明方爆破施工技術(shù)

鄭衛(wèi)平

(山西省公路局晉中分局，山西晉中 030700)

0 引言

所謂爆破，就是利用炸藥爆炸的能量破壞某種物體的原結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)不同工程目的所采取的藥包布置和起爆方法的一種工程技術(shù)。這種技術(shù)涉及到數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和材料動(dòng)力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等多種學(xué)科。通過這次工程實(shí)例，科學(xué)驗(yàn)證了爆破理論技術(shù)，為日后隧道明方爆破施工提供了實(shí)踐參考。

1 施工方案的確定

根據(jù)某工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并結(jié)合以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，擬采用淺孔臺(tái)階控制爆破法施工為主，施工時(shí)應(yīng)自上而下分臺(tái)階進(jìn)行，隧道洞臉處應(yīng)預(yù)留80 cm的保護(hù)層，用光面爆破進(jìn)行施工，以確保邊坡及隧道洞臉平整、穩(wěn)定。依據(jù)爆破安全規(guī)程規(guī)定，本工程需要控制的主要有飛石，控制爆破個(gè)別飛石對(duì)民房、過往人員、車輛的危害為該段施工的重點(diǎn)，控制危害方法主要有選擇合理的單耗、合理的爆破網(wǎng)絡(luò)、最小抵抗線方向不能朝向民房及其他建筑物。

根據(jù)薩道夫斯基控制爆破震動(dòng)速度公式:

反向推導(dǎo)一次齊爆最大裝藥量公式:

其中，V為允許最大振動(dòng)速度，cm/s，本工程最近建筑物為民房(磚房)，根據(jù)表1分別取值計(jì)算;K，α均為與地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)，本次爆破K=200，α=1.8;K'為分散裝藥衰減系數(shù)，K'取1;R為最大一段齊爆藥量的幾何分布中心到鄰近被保護(hù)物的距離，m。

從現(xiàn)場(chǎng)來看，附近建筑距爆區(qū)民房為250 m(見表1)。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果表明，個(gè)別飛石對(duì)民房、過往人員、車輛的危害為本次爆破影響的主要防護(hù)對(duì)象，采用淺孔臺(tái)階控制爆破是可以符合安全規(guī)程要求的，但淺孔爆破要嚴(yán)格按表1控制一次齊爆爆破藥量，合理設(shè)計(jì)臺(tái)階高度及孔網(wǎng)參數(shù)(見表2)。

為了確保施工的安全，最大限度地發(fā)揮自有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)選定合理的爆破方式、起爆方法、施工組織措施，因此特制定整體方案要點(diǎn)如下:

1)爆破施工通過優(yōu)化爆破技術(shù)參數(shù)，合理選擇起爆網(wǎng)絡(luò)、起爆方向、積極主動(dòng)地采用綜合性安全防護(hù)措施、科學(xué)地進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，杜絕飛石對(duì)過往行人、車輛的危害。

表1 不同距離時(shí)的安全允許裝藥量表

表2 爆區(qū)不同巖性的K，α值

2)爆后要達(dá)到成型邊坡內(nèi)側(cè)巖石松散度、粒徑滿足挖運(yùn)、刷坡施工需求。

3)爆破有害效應(yīng)要控制在安全允許的范圍之內(nèi)，確保其他設(shè)施的安全。

4)由專人負(fù)責(zé)指揮挖裝施工組織，爆破、挖裝、刷坡等工作確定在白天視線較好的條件下進(jìn)行，早上6:00～下午18:00。并在距爆區(qū)兩端500 m范圍內(nèi)設(shè)置醒目的警示標(biāo)牌提醒駕駛?cè)藛T注意前方施工和利用傳單、海報(bào)進(jìn)行施工公告。

5)組織人員成立應(yīng)急清障排險(xiǎn)小組，隨現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)展情況配備的防護(hù)警示背心和鐵鏟、撬棍、鏟車、挖掘機(jī)等工具及設(shè)備隨時(shí)準(zhǔn)備聽從指揮進(jìn)行應(yīng)急排險(xiǎn)工作。

2 淺孔臺(tái)階控制爆破參數(shù)

1)鉆孔直徑D:D=42 mm。

2)底盤抵抗線 W1:W1=(25～30)D 或 W1=(0.4～1.0)H。

3)臺(tái)階高度H:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選取。

4)孔間距 a:a=m1W1=(1.0 ～1.5)W1。

5)排間距 b:b=(0.8 ～1)a。

6)超深 Δh:Δh=(0.15 ～0.35)W1。

7)單耗q:根據(jù)地質(zhì)條件取q=0.3 kg/m3。

8)單孔裝藥量Q:Q前=qaW1H，Q后=qabH。

9)裝藥長(zhǎng)度L1:L1=Q/qx，qx為炮孔裝藥線密度，qx=1 kg/m。

10)填塞長(zhǎng)度 L2:L2=L － L1，應(yīng)滿足 L2≥1.2W1。

11)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果再對(duì)孔距、排距、單耗做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

按不同臺(tái)階高度計(jì)算得到淺孔臺(tái)階爆破參數(shù)見表3。

表3 淺孔臺(tái)階爆破參數(shù)表(D=40 mm，q=0.30 kg/m3)

12)布孔方式:梅花形布孔(見圖1)。

圖1 炮孔布置示意圖

13)裝藥結(jié)構(gòu):線性連續(xù)裝藥(見圖2)。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

14)起爆方式:非電毫秒微差起爆，每個(gè)炮孔內(nèi)裝2個(gè)起爆藥包。非電毫秒雷管孔和(或)孔外延時(shí)，導(dǎo)爆管四通和毫秒雷管復(fù)式連接(見圖3)。

15)起爆網(wǎng)絡(luò):為確保起爆網(wǎng)絡(luò)的安全傳爆、改善爆破質(zhì)量、減少爆破危害、方便施工操作，結(jié)合我公司成熟的施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，本工程的爆破起爆網(wǎng)絡(luò)擬采用復(fù)式微差起爆網(wǎng)絡(luò)，起爆網(wǎng)絡(luò)采用塑料導(dǎo)爆管和四通連接，起爆器起爆。為控制爆破有害效應(yīng)，一次爆破最大裝藥量為150 kg。

為了確保起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工的有效銜接，方便爆破施工，避免雷管的分發(fā)錯(cuò)誤，采取了標(biāo)識(shí)措施。對(duì)每個(gè)孔都用竹片進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)明孔號(hào)、孔深、雷管段位。

圖3 淺孔臺(tái)階爆破起爆網(wǎng)絡(luò)圖

3 邊坡及隧道洞臉光面爆破設(shè)計(jì)

針對(duì)邊坡及隧道洞臉的巖石情況初次選用如下爆破參數(shù)，在施工中可按照選定的參數(shù)總結(jié)每次爆破效果，測(cè)量半孔率和輪廓不平整度，不斷調(diào)整光爆參數(shù):

孔深 L=3.2 m。

光爆孔間距a=(15～10)d=(15～10)×43 mm=645 mm～430 mm，取 a=600 mm。

單孔裝藥量:

其中，η 為炮孔裝藥系數(shù)，η =0.7;L為孔深，L=3.2 m;r為每米長(zhǎng)度炸藥量，r=0.4 kg/m。

經(jīng)計(jì)算 Q1=0.89 kg，取 0.9 kg。

光面爆破炮孔布置及裝藥圖見圖4。

圖4 光面爆破炮孔布置及裝藥圖

4 爆破飛石的計(jì)算與防護(hù)

4.1 爆破飛石

根據(jù)爆破飛石距離RFmax計(jì)算公式:

其中，RFmax為飛石的飛散距離，m;Kφ為安全系數(shù)，取15～16;D為藥孔直徑，取4.2 cm。

4.2 爆破飛石防護(hù)措施

從現(xiàn)場(chǎng)看，飛石距離大于建筑物安全距離，需對(duì)個(gè)別飛石進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)措施如下:

1)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工;2)孔口進(jìn)行覆蓋防護(hù)(覆蓋砂包、柴禾或稻草、毛竹片、鋼絲網(wǎng)等);3)保證堵塞長(zhǎng)度和堵塞質(zhì)量;4)合理調(diào)整自由面，控制飛石方向;5)必要時(shí)需對(duì)周邊變壓器、民房等采取防護(hù)措施，具體為在變壓器、民房朝向爆破區(qū)方向搭設(shè)鋼管排架，排架上掛兩層毛竹排(見圖5)。

5 土石方明挖安全措施

1)土石方明挖爆破時(shí)，要做好標(biāo)志、警戒、信號(hào)等工作，規(guī)定放炮時(shí)間，注意炮眼布置，炮口方向和裝藥量防止飛石傷人及毀壞附近建筑物。

2)削坡工作要自上而下進(jìn)行，嚴(yán)禁上、下同時(shí)作業(yè)，及時(shí)做好浮石清理，施工人員做到身系安全繩，頭戴安全帽。

3)加強(qiáng)對(duì)來往行人的指揮，盡量減少運(yùn)碴與行人之間的干擾。

圖5 防護(hù)示意圖

4)無關(guān)人員嚴(yán)禁進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

5)施工人員必須按要求穿戴好勞動(dòng)保護(hù)用品。

6)爆破30 min前，做好疏散附近村民到指定的安全區(qū)域工作，保證爆破區(qū)200 m范圍內(nèi)民房中無人，爆破后及時(shí)組織察看附近民房情況，確保附近村民的人身安全。

7)多鉆孔，少裝藥，小方量爆破，盡量減少爆破震動(dòng)波對(duì)住房、村民的影響。

8)在隧道進(jìn)出口處布設(shè)一道高10 m的鋼管防護(hù)排架，搭設(shè)時(shí)保證防護(hù)架牢固、安全，以防止爆破產(chǎn)生的飛石外溢傷人傷物。

9)在控制爆破路段爆破施工時(shí)，應(yīng)在爆破體上鋪蓋草墊(干或濕均可)或草袋(內(nèi)裝少量砂、石)作頭道防線，再在草墊(或草袋)上鋪放膠管簾(用長(zhǎng)60 cm～100 cm的膠管編成)或膠皮墊(用長(zhǎng)1.5 m的輸送機(jī)廢皮帶聯(lián)成)、荊芭，最后再用帆布棚將以上兩層整個(gè)覆蓋包裹，膠簾與帆布應(yīng)用鐵絲或繩索拉住捆緊，以阻擋爆破碎塊和保護(hù)上層的帆布不被砸壞并降低聲響。

6 爆破警戒方案

根據(jù)“預(yù)防為主，安全第一”安全生產(chǎn)方針，做到防范于未然，現(xiàn)將爆破危險(xiǎn)區(qū)劃定、樹立爆破警戒牌、派專人警戒、爆破信號(hào)等管理措施作如下規(guī)定:

1)根據(jù)爆破點(diǎn)的實(shí)際地形情況和國家有關(guān)爆破安全規(guī)程，準(zhǔn)備在爆破點(diǎn)四周淺孔臺(tái)階控制爆破300 m、隧道爆破300 m劃定為警戒區(qū)域。

2)樹立爆破危險(xiǎn)區(qū)警示牌。凡在警戒點(diǎn)和主要道路設(shè)置警戒牌，寫明爆破危險(xiǎn)等內(nèi)容。

3)爆破前派專人在爆破區(qū)警戒點(diǎn)警戒。在進(jìn)行起爆前20 min，應(yīng)派警戒人員進(jìn)入警戒點(diǎn)，禁止人員、車輛進(jìn)入警戒區(qū)內(nèi)，撤離在警戒區(qū)域內(nèi)的人員，并負(fù)責(zé)觀察警戒區(qū)范圍的動(dòng)靜，發(fā)現(xiàn)情況應(yīng)及時(shí)用對(duì)講機(jī)通知起爆站暫停起爆。

4)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，確保安全。a.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)控制同段最大藥量，減少爆破地震;b.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)和爆破參數(shù)施工;c.確保鉆孔質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)的最小抵抗線;d.保證填塞長(zhǎng)度和填塞質(zhì)量，控制爆破飛石。

5)建立爆破信號(hào)系統(tǒng)。將爆破信號(hào)掛牌，讓全體員工及附近村民了解爆破信號(hào)，爆破信號(hào)采用移動(dòng)式警報(bào)器發(fā)出，信號(hào)涵義如下:第一次信號(hào):預(yù)告信號(hào)(起爆前15 min);第二次信號(hào):起爆信號(hào)(起爆前1 min);第三次信號(hào):解除警戒信號(hào)(爆破安全檢查后)。