爆破施工安全防護(hù)技術(shù)措施探究

肖以杰

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

1 施工段地質(zhì)狀況

在施工前對于施工段的地質(zhì)狀況進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)爆區(qū)地層巖性為石灰質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r。地質(zhì)勘探揭示橋位區(qū)地層自上而下為:覆蓋層為紅粘土和填筑土，厚0～8 m，一般厚度不大，大部分地段基巖直接出露地表。下伏巖層為三疊系中統(tǒng)坡段組(T2p)灰?guī)r和三疊系中統(tǒng)邊陽組(T2b)泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖的風(fēng)化厚度較大，灰?guī)r溶蝕嚴(yán)重。地質(zhì)構(gòu)造為單斜巖層構(gòu)造，傾角較陡，無斷層發(fā)育。鉆孔揭露巖層為強(qiáng)～弱風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化巖為軟質(zhì)巖，弱風(fēng)化巖為較堅硬巖，巖體較破碎?；?guī)r為軟堅硬巖，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。橋址區(qū)不良地質(zhì)作用發(fā)育，主要為巖溶。其次為危巖體、巖堆和棄石，對橋梁建設(shè)均存在不同程度的影響。而測區(qū)地處云貴高原，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運動強(qiáng)烈，褶皺和斷層非常發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，巖石破碎為爆破工作帶來了很大難度。與此同時，在調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)了路線中的主要地質(zhì)病害:順層、滑坡、崩塌、碎落和巖溶等。本合同段主要為危巖、崩塌、碎落和巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2 施工爆破設(shè)計

2.1 爆破方案的選擇

根據(jù)本段路基工程概況和施工要求，擬采用淺孔控制爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)，結(jié)合破碎錘冷開(見圖1)。靠近高壓線段采用破碎錘冷開，使標(biāo)高降低，該部分土石方工程數(shù)量約10 300 m3。其次采取淺孔控制爆破方案，每次開挖深度控制在3 m的高度;邊坡應(yīng)采取預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行施工，以確保邊坡平整和穩(wěn)定。該部分土石方數(shù)量約30 260 m3。

圖1

2.2 爆破參數(shù)的選擇

(1)淺孔爆破設(shè)計

采用手持風(fēng)鉆多打眼，少裝藥的淺孔控制爆破方法，以控制飛石危害。其爆破參數(shù)為:

①孔徑:d=40 mm。

②最小抵抗線:W=(15～30)d，W=1～1.5 m，根據(jù)實際情況，選取W=1 m。

③炮孔間距:a=m·w

式中:m為炮孔鄰近系數(shù)。取m=1～1.2;w為最小抵抗線，根據(jù)實際情況，選取m=1.0，確定a=1.0 m。

④炮孔排距:b=(0.8～0.9)a=0.8～1.4 m，取排距b=1.0 m。

⑤鉆孔超鉆:e=(8～12)d，確定e=0.4～0.5 m，取e=0.5 m。

⑥填塞長度:l=20 d，根據(jù)實際情況，確定填塞長度不小于50 cm(見圖2)。

圖2 裝藥示意圖

⑦堵塞長度:L1＞1/3L(L是炮眼深度)。

⑧孔深H與超深H2為增加爆破效果，擬采用傾斜鉆孔，傾斜角為60°，孔深垂直高度H為3.0m，炮孔超深H2為0.5 m。炮孔深度為:H1=H/Sin60°+H2=3/Sin60°+0.5=3.96 m(不經(jīng)濟(jì)，一般總深度不超過2 m)

⑨單孔裝藥:q=kawh或q=1.1 kawh(對于淺孔是錯誤的)式中:K為單位藥量，一般取0.35～0.45 kg進(jìn)行試爆后再根據(jù)巖石和環(huán)境情況，取K=0.35 kg。

確定q=kawh=0.45×1×1×3=1.35 kg。炮眼布置圖見圖3、圖4。

圖3 炮眼布意圖

圖4 炮眼布置示意圖

(2)預(yù)裂爆破設(shè)計

在主爆區(qū)爆破實施之前，為保證邊坡的穩(wěn)定，應(yīng)在路塹邊坡預(yù)先打一排預(yù)裂孔，以有效的削減主爆體產(chǎn)生的應(yīng)力波對邊坡的破壞，而且能有效的減少超挖和欠挖，保證邊坡的平整度和穩(wěn)定性(見圖5)。

圖5 深路塹石方爆破開挖

其設(shè)計參數(shù)為:

①炮孔間距:a=10 d=1.0 M

②孔深:l=h/sinα

式中:h為梯階高度，α為邊坡傾角。

③線裝藥量:Q=2.75(C δ)0.53〃r0.38=500 g/m。

④取不偶合系數(shù):m=3.122正好使用2#巖石炸藥，且每米藥量:Q=π/4×3.2×100×1=804 g正好滿足預(yù)裂孔線裝藥量的要求。由于炮孔底部受夾制作用比較大，自孔底起向上1 m需增加3倍藥量，而且為防治孔口被破壞，裝藥頂部1 m可作1∶1間隔裝藥，以減弱裝藥量，孔口1.5 m左右進(jìn)行填塞。

(3)爆破網(wǎng)絡(luò)

爆破采用多段微差預(yù)裂爆破法，預(yù)裂孔起爆時間較主爆孔超前約125～150 ms，主爆孔采用V形起爆網(wǎng)絡(luò)，微差時間25～125 ms。以單孔順序起爆方法分析其破巖過程如下:

①先行爆破的深孔在爆破作用下形成單孔爆破漏斗，使這部分巖體破碎并與原巖分離，同時在漏斗體外相鄰孔的巖體中產(chǎn)生應(yīng)力場與微裂隙。

②后爆破的相鄰深孔，因先爆孔已為其增加了新的自由面，改善了爆破作用條件，從而得到良好的破碎。

③后爆孔是在先爆孔產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力尚未消失之前起爆，將形成應(yīng)力波的互相迭加，從而增強(qiáng)了破碎效果。

④相鄰孔之間的巖體在破碎過程中存在著巖塊間的互相碰撞，得到了進(jìn)一步的破碎。

微差間隔時間過長則可能造成先爆孔破壞后爆孔的起爆網(wǎng)路，過短則后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影響爆破質(zhì)量。

3 針對施工工程特點的安全防護(hù)措施

3.1 爆破飛石的控制措施

在滿足工程要求情況下，盡量減少爆破作業(yè)指數(shù)，并選用最佳的最小抵抗線。在設(shè)計前一定要摸清被爆介質(zhì)的情況，詳盡地掌握被爆體的各種有關(guān)資料，然后進(jìn)行精心設(shè)計和施工。注意避免將藥包布置在軟弱夾層里或基礎(chǔ)的結(jié)合縫上，以防止從這些薄弱面處沖出飛石。

在農(nóng)村飲水安全技術(shù)方面，分別引進(jìn)了山區(qū)地下水勘測、磁性離子交換（MIEX）水處理、高效紫外光水質(zhì)凈化等保障農(nóng)村飲水安全的技術(shù)和設(shè)備；結(jié)合解決我國農(nóng)村尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)飲水困難的實際，在改進(jìn)除氟工藝的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了除氟濾料的國產(chǎn)化，并在62個工程中成功推廣運用。促進(jìn)了我國地下水勘探、供水防滲、水質(zhì)凈化處理等技術(shù)水平提升和農(nóng)村應(yīng)急用水應(yīng)對能力提高，保障了農(nóng)村飲水安全。

選擇最佳的炸藥類型，一般來說，采用低威力、低爆速的炸藥對控制爆破飛石比較有利。不耦合裝藥和反向起爆。在淺孔爆破時，盡量少用或不用導(dǎo)爆索起爆系統(tǒng)。實踐證明，導(dǎo)爆索起爆系統(tǒng)使炮孔起爆的同步性增加，從而增大了同段起爆的爆破能量。此外，它還容易破壞堵塞的炮眼，減弱堵塞作用，從而產(chǎn)生大量的飛石。

設(shè)計合理的起爆順序和最佳的延期時間，以盡量減少爆破飛石。裝藥前要認(rèn)真復(fù)核孔距、排距、孔深和最小抵抗力線等，如有不符合要求的現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)實測資料采取補(bǔ)救措施或修改裝藥量，嚴(yán)格禁止多裝藥。做好炮孔的堵塞工作，嚴(yán)防堵塞物中夾雜碎石。

在控制爆破中，采用主動防護(hù)或被動防護(hù)措施加強(qiáng)對被爆體采取嚴(yán)密的覆蓋，覆蓋材料有草袋、鋼絲網(wǎng)、帆布以及裝土的袋子等。加強(qiáng)個體防護(hù)。作業(yè)時，必須嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)程，穿著整齊，并佩帶安全帽。

3.2 爆破震動的控制措施

為了確保爆區(qū)周圍人和物的安全，必須將爆破地震的危害嚴(yán)格地控制在允許范圍之內(nèi)。對此，主要采取以下方法控制爆破震動危害:

采用深孔松動控制爆破，合理布置爆破連接、起爆網(wǎng)路。選用低威力、低爆速的炸藥。限定一次爆破的最大用藥量為50 kg。選用適當(dāng)?shù)难b藥結(jié)構(gòu)。實踐證明，裝藥結(jié)構(gòu)對爆破地震效應(yīng)有明顯的影響，裝藥越分散，地震效應(yīng)越小。工程實踐中，為降低爆破震動通常采用以下幾種裝藥結(jié)構(gòu):不耦合裝藥，在大爆破中采用銅室條形藥包，空氣間隔裝藥，孔底為空氣墊層的裝藥結(jié)構(gòu)。

采用微差爆破技術(shù)。微差爆破以毫秒級的時間間隔分批起爆裝藥，大量的試驗研究表明，在總裝藥量和其他爆破條件相同的情況下，微差爆破的振速比齊發(fā)爆破可降低40% ～60%。

3.3 爆破空氣沖擊波控制措施

為確保人員和建筑物等的安全，在爆破作業(yè)時，必須對空氣沖擊波加以控制，使之低于他們允許的超壓值。如果作業(yè)條件不能滿足爆破藥量和安全距離的要求，可在爆源或保護(hù)對象附近構(gòu)筑障礙物，以消除空氣沖擊波的強(qiáng)度。

控制空氣沖擊波的途徑有四種:防止產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波;沖擊波產(chǎn)生后立即消弱;在沖擊波傳播工程中進(jìn)行消弱;在條件允許的情況下，擴(kuò)大空氣沖擊波的通道。

從裝藥能量的角度看，空氣沖擊波是炸藥爆炸產(chǎn)生的一部分能量通過空氣散失而成，所以空氣沖擊波的強(qiáng)度與爆破能量利用率有密切關(guān)系。從爆破技術(shù)上講，精心設(shè)計，精心施工，采用最優(yōu)的爆破參數(shù)和爆破器材，減少一次爆破的起爆藥量，微差爆破，良好的堵塞，反向起爆分散裝藥等，都是既能改善爆破效果，又能降低沖擊波強(qiáng)度的有效措施。

在爆破區(qū)或保護(hù)物附近構(gòu)筑堵波墻，可以在空氣沖擊波產(chǎn)生后或傳播過程中加以消弱。在空氣沖擊波形成的瞬間，利用少數(shù)反向布置的輔助藥包或彼此反向布置的藥包，也可消弱空氣沖擊波形成時的強(qiáng)度。

3.4 爆破安全技術(shù)

(1)爆破地震效應(yīng)安全距離

砂巖和灰?guī)r，取K=160 a=1.8

木瓦房、磚混結(jié)構(gòu)房，取V=2.0 m/s

取Q=Qmax=0.6 kg/5 m 孔

起爆時根據(jù)地形選擇起爆方向，逐排逐段開炸，炮口方向，最小抵抗線方向應(yīng)避開高壓線范圍。

也就是說，遇磚混結(jié)構(gòu)房，根據(jù)地形改造，地質(zhì)情況靈活調(diào)整，不宜野蠻施工。

施工將調(diào)整臺階高度和各項參數(shù)，使之更加安全。

(2)爆破空氣沖擊波安全距離

在高壓線下，根據(jù)施爆環(huán)境和條件及臨空面，選擇最小抵抗線方向謹(jǐn)慎選用。布孔豎直朝向天空，加堵塞后，PK相應(yīng)折減環(huán)境安全。

(3)爆破個別飛散物安全距離

經(jīng)驗公式:Rf=20×n2÷W×K取控爆K=1.0，n=0.75控爆W=1.0、中深孔W=3.0

則Rf=20×0.752×1.0×1.0=11.25 m，Rf深=33.75 m，多層覆蓋限制飛石飛行距離小于11.25 m，布孔時注意裂隙、溶洞，在鉆孔中注意避開溶洞、軟弱層。

結(jié)合環(huán)境條件控制使用。