路基石方爆破方案及安全防護技術研究

張正月

（北京高鐵工務段，北京 100071）

路基石方爆破方案及安全防護技術研究

張正月

（北京高鐵工務段，北京 100071）

由于爆破施工能夠有效提高路基工程的施工效率，降低施工成本，保證施工進度，但是爆破施工需要嚴格控制以保證施工安全。本文通過對一高速鐵路路基的爆破施工方案進行合理優(yōu)化設計，對爆破的參數(shù)和爆破安全允許距離進行計算控制，并對爆破周邊的防護欄架進行設計和計算，計算結果表明，設計的防護欄架具有較高的承載能力，能夠抵抗爆破飛石對周邊環(huán)境的危害，有效保證了路基爆破的安全施工。

路基石方；爆破；防護欄架；設計

目前，我國的高速鐵路事業(yè)隨著我國經(jīng)濟的崛起而快速發(fā)展，而路基工程由于其造價低、運營舒適等特點在高速鐵路的建設項目中占有較大比例，而在路基的施工過程中，由于地形條件的限制，必須克服高差較大、溝谷起伏的不利地形，然而深挖高填的地形結構由于工程量大，傳統(tǒng)的挖掘方式施工效率低下，不利于工程施工進度的有效控制，特別是在遇到挖掘機無法施工的特殊地質、地形狀況時，為了降低施工成本、保證施工進度，就需要使用爆破技術進行施工。

為了保證爆破施工的安全，在爆破前必須對爆破方案進行嚴格設計，精細控制爆破技術，使得爆破后按要求形成設計的開挖輪廓且?guī)r體的破碎均勻，同時需要外界環(huán)境不受影響，不損壞開挖界外的巖土性能，保證施工質量。同時必須采取必要的技術措施和安全防護措施，保護周圍的建筑物及居民正常生活不受影響。

本文通過對路基爆破方案進行優(yōu)化選擇和爆破技術合理設計，為保證爆破安全，設計合理適用的防護欄架，并通過有限元軟件模擬計算，對防護欄架的適用性進行評價。

1　爆破方案的設計

本文對一爆破施工區(qū)緊鄰居民區(qū)、工業(yè)園、高速路、鐵路的高速鐵路路基爆破施工進行方案設計。路基處于干旱地帶，地下水軟發(fā)育，環(huán)境無化學侵蝕，要求爆破后的碴土能形成平順的施工平臺，考慮爆破振動和個別飛散物對行人車輛的影響。通過分析考擦，依據(jù)環(huán)境因素的影響，為確保安全和爆破質量，減少爆破隊周邊環(huán)境的影響，對距爆破邊緣區(qū)50m范圍內有保護對象的，采用淺孔毫秒微差松動控制爆破，并且分臺階施工，采用打密孔，多分臺階，減少單孔裝藥量，間隔微差的爆破方式。

1.1爆破參數(shù)設計

依據(jù)具體情況，合理靈活選取爆破各參數(shù)，盡量使得爆破多打孔少裝藥，對控制爆破振動、爆破飛石等較有利。

（1）孔徑d：d=42（mm）。

（2）臺階高度H：H=3.0m。

（3）最小抵抗線w：w=（0.4～1.0）H=1.2～3.0m，取w（b）=1.2m。

（4）炮孔間距a：a=（1.0～2.0）w=1.2～2.4m取a =1.5m。

（5）超深h：h=（0.10～0.15）H=0.3m。

（6）單孔裝藥量Q：前排：Q=qWaH=0.35×1.2× 1.5×3.0=1.9kg；后排：Q=（1.1～1.2）qabH=1.1×0.35× 1.5×1.2×3=2kg。

（7）每m炮孔裝藥量每P：P=1.0kg/m；

（8）裝藥長度L1：前排L1=Q/P=1.9/1.0=1.9m；填塞長度L2：L2=L-L1=3.3-1.9=1.4m；后排：Q=（1.1～1.2）qabH=1.1×0.32×1.5×1.2×3=2kg；裝藥長度L1：L1=Q/P=1.87/1=2m；填塞長度L2：L2=L-L1=3.3-2= 1.3m。

由于路基地段巖層厚度不均勻，所以鉆孔深度也不可能一致，故不同地段，鉆孔爆破參數(shù)存在差異。

1.2裝藥填塞及起爆網(wǎng)絡

在裝藥前認真做好炮孔的檢查驗收工作，對炮眼進行清渣和排水。裝藥時對每個炮孔按預先計算的藥量進行裝填，保證裝藥密度。炮孔裝藥后，剩余段均應用炮泥進行堵塞。臺階炮孔起爆有許多順序，如排間起爆、斜線起爆、V形起爆、梯形起爆和波浪形起爆等。根據(jù)安全段起爆孔數(shù)，起爆順序可參照圖1，根據(jù)現(xiàn)場情況靈活改變和應用，盡量使炮孔爆破抵抗線與被保護對象的軸線斜交，對減震和減少飛石較為有利。

圖1　安全起爆順序圖

1.3爆破安全允許距離計算

爆破工程風險較高，在施工作業(yè)過程中應當采取適當措施預防危害的發(fā)生，將有害效應減小到最低程度，對爆破的安全允許距離進行計算：

1）爆破振動波計算。爆破振動波作用時間很短，從開始到結束僅大概有0.6～2s的時間，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，計算公式如下：

式中：Qmax——炸藥量 （kg）；V——保護對象所在地質點振動安全允許速度 （cm/s）；R——距離爆破點最近處需要保護的建（構）筑物的距離（m）。

通過計算，距保護對象50m以內采用淺孔毫秒微差松動控制爆破分臺階施工不會對周邊結構物產(chǎn)生影響。

2）爆破沖擊波安全允許距離。炸藥爆炸所產(chǎn)生的空氣沖擊波是一種空氣中傳播的壓縮波，在爆破施工中應合理優(yōu)化爆破參數(shù)，盡量避免采用最小抵抗線，避免產(chǎn)生沖天炮，選擇合理的微差間隔時間，保證填塞質量和填塞長度。有效提高爆破能量的利用，減少形成的空氣沖擊波。

3）爆破飛散物的安全允許距離。依據(jù)巖體特性，嚴格控制最小抵抗線，防止飛散物對周圍環(huán)境的危害。飛散物的最大飛散距離進行計算，飛散物的最大飛散半徑為52m，安全起見，實際警戒時按距爆破點100～200m進行警戒。

2　爆破周邊防護欄架設計計算

為防止個別飛石濺出造成危害，在距爆區(qū)邊15m外，3個方向架設高6～8m、總長達150m雙層防護欄架，防護欄架上捆綁鐵絲網(wǎng)和沙袋加固，防護欄上部鋼絲繩拉緊加固。在爆點再采用鐵絲網(wǎng)和沙袋等進行覆蓋防護。安全防護欄架設計布置圖如圖2所示。

圖2　安全防護欄架示意圖

采用有限元程序ANSYS進行建模，采用平面梁單元，計算荷載按施工期間頻率出現(xiàn)最高的荷載進行防護欄架結構控制計算。

1）恒荷載：按照其實際長度在程序中自動計入。

2）沖擊荷載：安全起見，按10cm×10cm×10cm石塊，自重2.2kg從15m高空墜落對欄架造成的沖擊檢算，沖擊時間按0.10s計算。沖擊力為17.5×2.2/ 0.10=385N。在計算結構強度時的荷載計算分項系數(shù)均取1.0。荷載作用在防護欄架的頂部為最不利工況。防護欄架分析模型如圖3所示。

圖3　防護欄架分析模型

防護欄架的有限元控制計算結果如圖4所示。

圖4　有限元模型計算結果

防護棚架強度滿足要求。

防護鋼絲網(wǎng)鋼絲按照4根直徑2mm的鋼絲承擔沖擊荷載，則鋼絲應力：

防護鋼絲網(wǎng)的強度滿足要求。

3　結語

本文通過對高速鐵路路局爆破施工的施工技術進行分析，對一高速鐵路路局爆破工程進行爆破方案的設計，控制器爆破參數(shù)，對爆破裝藥填塞及起爆網(wǎng)絡技術進行設計論述，并對爆破的安全允許距離進行計算，防止爆破隊周圍環(huán)境造成危害。

設計合理的邊的防護欄架，控制爆破飛石危害周邊環(huán)境，并通過有限元ANSYS軟件對防護欄架建模計算，確保防護欄架的承載能力滿足爆破要求。為路基工程全爆破提供了有利的技術支持。

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