精細(xì)爆破在新塘水廠場地平整工程的應(yīng)用研究

王松鶴

（中鐵港航局集團(tuán)有限公司，廣州510660）

精細(xì)爆破在新塘水廠場地平整工程的應(yīng)用研究

王松鶴

（中鐵港航局集團(tuán)有限公司，廣州510660）

介紹了精細(xì)爆破的概念以及實現(xiàn)精細(xì)爆破的技術(shù)體系，闡述了定量化的爆破設(shè)計方法；描述了如何通過精心的施工和精細(xì)化的管理實現(xiàn)精細(xì)爆破；探討了精細(xì)爆破施工過程中如何控制爆破有害效應(yīng)和環(huán)境污染以達(dá)到安全文明施工和環(huán)境保護(hù)的目的。

精細(xì)爆破；定量化設(shè)計；精細(xì)化管理；有害效應(yīng)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.098

1 精細(xì)爆破的概念和技術(shù)體系

1.1 精細(xì)爆破的概念

精細(xì)爆破是指通過定量化的爆破設(shè)計、精心的爆破施工和精細(xì)化的爆破管理，進(jìn)行炸藥爆炸能量釋放與介質(zhì)破碎、拋擲等過程的控制，既達(dá)到預(yù)期的爆破效果，又實現(xiàn)爆破有害效應(yīng)的控制，最終實現(xiàn)安全可靠、技術(shù)進(jìn)步、綠色環(huán)保及經(jīng)濟(jì)合理的爆破作業(yè)[1,2]。

1.2 精細(xì)爆破的技術(shù)體系

精細(xì)爆破的技術(shù)體系是爆炸力學(xué)、爆破工程、計算機(jī)技術(shù)、管理科學(xué)等多學(xué)科知識的組裝集成。其技術(shù)體系包括精細(xì)爆破的目標(biāo)、精細(xì)爆破的關(guān)鍵技術(shù)、實現(xiàn)精細(xì)爆破的技術(shù)條件、綜合評估體系和監(jiān)理體系。

2 定量化爆破設(shè)計

2.1 工程概況

新塘水廠場地平整工程為技術(shù)改造工程，廠區(qū)邊坡土石方開挖工程主要是山體削坡擴(kuò)展場地，按邊坡設(shè)計預(yù)留邊坡，土石方開挖總量27.73萬m3。工程地質(zhì)勘察資料顯示沿山體表層由上至下巖石呈風(fēng)化—微風(fēng)化狀，微風(fēng)化巖體完整、堅硬。根據(jù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度均值41.3MPa確定為中等堅硬巖石等級。

2.2 周圍環(huán)境條件

該工程屬于新塘水廠技改擴(kuò)建項目，施工全部在廠內(nèi)開展，周圍緊鄰生產(chǎn)構(gòu)(建)筑物，廠區(qū)又在新塘鎮(zhèn)內(nèi)，其周圍環(huán)境比較復(fù)雜。

1）廠區(qū)內(nèi)部環(huán)境條件：爆破邊界距離周圍供水生產(chǎn)設(shè)施的最近距離為8～10m；距生產(chǎn)廠房的最近距離為9～12m。

2）廠區(qū)外部環(huán)境條件：爆破邊界距北部錦屏古寺建筑物的最近水平距離為10～15m；廠區(qū)西側(cè)爆破邊界距學(xué)校圍墻的最近（背向）水平距離為60～70m，距離教學(xué)樓100～135m；距西南側(cè)居民區(qū)的最近（側(cè)向）水平距離為30～50m；爆破邊界的北東、北西部山坡上有當(dāng)?shù)鼐用竦膲災(zāi)?，距離小于30m。

3）區(qū)域高壓線系統(tǒng)：廠區(qū)西部圍墻外30～35m為區(qū)域高壓線，平行圍墻穿過，距西坡爆破上部邊界的距離為40～50m。西坡南端爆破邊界距110kV電站的距離為5～15m；距附近高壓線塔的距離為25m左右。

4）施工環(huán)境條件：爆破邊界近鄰廠區(qū)交通環(huán)道，沒有施工場地。

2.3 定量化的爆破方案選擇

根據(jù)該工程地形、地質(zhì)、周圍環(huán)境條件和對保護(hù)建筑物的要求，結(jié)合廠區(qū)山體削坡的相對高度為2.5～25.2m，爆破設(shè)計采用中深孔爆破、淺孔爆破、光面爆破、預(yù)裂爆破、靜態(tài)爆破相結(jié)合的控制爆破設(shè)計方案。

1）中、深孔臺階爆破方案。適應(yīng)于邊坡開挖高度在5～25.2m間的山體削坡爆破，以梯段臺階循環(huán)開采的形式進(jìn)行。每級臺階的最大爆破開挖高度按5～10m控制，山體削坡采用1～3個梯段臺階進(jìn)行。

2）淺孔爆破方案。適應(yīng)于邊坡開挖高度小于5m段的山體削坡爆破。

3）光面爆破方案。對局部邊坡高度大于10m、設(shè)計坡度70°、坡面巖石完整地段的一次邊坡成形爆破。當(dāng)坡面巖石完整性較差時可采用密集孔、分隔裝藥方法進(jìn)行[3]。

4）預(yù)裂爆破方案。對其局部復(fù)雜周圍環(huán)境下的爆破邊界進(jìn)行安全控制；預(yù)裂爆破僅適應(yīng)于坡面巖石完整的地段，方能保證裂縫的貫穿性。對周圍建筑物的保護(hù)必要時采用孔內(nèi)微差予以控制。

5）靜態(tài)爆破的方案。僅適應(yīng)于110kV電站旁的邊坡巖體破碎。為保護(hù)電站的正常運(yùn)行，靜態(tài)爆破的開采范圍以爆破邊界遠(yuǎn)離電站水平距離25m為宜，靜態(tài)爆破開采完成之后再開展小規(guī)模的淺孔控制爆破。

2.4 定量化的爆破設(shè)計的優(yōu)點

該工程采用的綜合爆破方案，不僅可以保證復(fù)雜地形和周圍環(huán)境條件下的邊坡成形效果，降低復(fù)雜環(huán)境條件下的爆破有害效應(yīng)影響等，而且可以根據(jù)場地條件靈活、機(jī)動地開展多點、多方位的控制爆破，確保安全施工、控制進(jìn)度和保證工期。

3 精細(xì)爆破施工與管理

要確保精細(xì)爆破定量化設(shè)計的實現(xiàn)，必須進(jìn)行精細(xì)施工。而精細(xì)施工必須采用性能優(yōu)良的設(shè)備、先進(jìn)的施工技術(shù)和高素質(zhì)的爆破作業(yè)人員。工程爆破的精細(xì)化管理要把企業(yè)精細(xì)化管理的普遍性與爆破行業(yè)的特殊性緊密結(jié)合起來，運(yùn)用科學(xué)的精細(xì)化管理方法，實現(xiàn)工程爆破的安全、高效、和諧和可持續(xù)發(fā)展。新塘水廠場地平整工程精細(xì)爆破注重先進(jìn)的施工技術(shù)和精細(xì)化爆破管理兩方面工作。

3.1 精細(xì)爆破的施工技術(shù)

3.1.1 前期山體開挖爆破施工

1）采用淺孔—中、深孔梯段控制爆破設(shè)計方案。

2）采用分區(qū)、分段、多點實施、逐步擴(kuò)展的施工方式進(jìn)行。

3）施工機(jī)具以采用高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)為主，輔以手風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行；采用高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)進(jìn)行山體削坡爆破；采用手風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行低山緩坡段、低放坡臺階段的成型控制爆破。

4）根據(jù)山體開挖爆破施工分區(qū)、分段實施原則，在各分區(qū)段內(nèi)采用循環(huán)爆破施工作業(yè)形式，以利于最大限度地縮小爆破、鉆孔施工的周期。

3.1.2 擴(kuò)展山體開挖爆破施工

擴(kuò)展山體開挖爆破施工與邊坡設(shè)計相結(jié)合，提高邊坡控制效率。中、深孔梯段爆破的臺階高度控制參照邊坡設(shè)計進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 多梯段、多臺階削坡爆破開采示意圖

3.1.3 邊坡成型控制施工

1）山體削坡爆破將至開挖邊界附近時，預(yù)留1.5～2.5m厚的邊坡開挖保護(hù)層，保護(hù)層開挖采用控制爆破的方法，按放坡設(shè)計坡度、坡面排、截水系統(tǒng)設(shè)計高程進(jìn)行施工。

2）在局部較陡邊坡設(shè)計段（或底部一級護(hù)坡段1：0.25，坡度70°），可采用光面爆破的方法；光面爆破鉆孔采用與設(shè)計邊坡角度一致的斜孔，使爆破后的邊坡一次成型。

3）當(dāng)開挖邊坡附近有重要保護(hù)建筑物時，可在邊界內(nèi)約1m的部位，采取預(yù)裂爆破的方法降低爆破震動影響。

4）邊坡成型控制爆破與坡面排、截水溝體系的開挖，均由測量技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤測量控制。邊坡爆破施工時首先用測量設(shè)備對實際開挖邊界進(jìn)行標(biāo)志控制，在相應(yīng)平面坐標(biāo)系插彩旗控制邊界范圍。

5）邊坡成型控制爆破施工與運(yùn)輸、平整施工穿插進(jìn)行。

3.1.4 爆破施工工藝流程

爆破施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 爆破施工工藝流程圖

3.2 精細(xì)化爆破管理

在場平工程的巖土爆破中要保證開挖的范圍、地面平整度達(dá)到設(shè)計要求，同時還要保證最終邊坡的穩(wěn)定和美觀。施工中的質(zhì)量管理應(yīng)環(huán)繞著如何在施工中正確貫徹設(shè)計意圖，按確定的質(zhì)量方針進(jìn)行施工，以保證質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)；同時，應(yīng)將施工中發(fā)現(xiàn)的實際信息，及時反饋給設(shè)計人員，以便將設(shè)計中未發(fā)現(xiàn)、未考慮的爆破對象的信息或已考慮但其實是錯誤的信息予以糾正，做好設(shè)計的修改和完善，這就是質(zhì)量的控制。施工質(zhì)量管理包括嚴(yán)格執(zhí)行法律、法規(guī)，建立質(zhì)量管理體系和制定質(zhì)量保證措施。

4 精細(xì)爆破對有害效應(yīng)與環(huán)境污染的控制

在各類工程爆破中，炸藥爆炸的能量有效利用率為炸藥總能量的60%～70%，而其余30%～40%的能量則用在藥包周圍介質(zhì)的粉碎，轉(zhuǎn)化為有害效應(yīng)，包括爆破震動、爆破沖擊波、爆破個別飛散物（飛石）、爆破噪聲、爆破煙塵、爆破有害氣體等。精細(xì)爆破不僅要提高炸藥能量的有效利用率，還要嚴(yán)格控制爆破的有害效應(yīng)。

4.1 精細(xì)爆破對爆破振動的控制

4.1.1 降低爆破振動的技術(shù)措施

1）控制一次起爆藥量。

控制振動速度與一次起爆的裝藥量（或微差爆破的單響藥量）關(guān)系如表1所示。

表1 設(shè)計控制振速與一次起爆藥量關(guān)系表

2）采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

3）選用合理的延期時間。

精細(xì)爆破理論認(rèn)為延期時間是一個合理的范圍，一般為25～60ms。具體時間因巖石種類而異，例如，花崗巖、橄欖巖、輝長巖、閃長巖、石英巖等為15～30ms；蛇紋巖、堅硬石灰?guī)r、玢巖、砂巖等為20～46ms；韌而軟的菱鎂礦、石膏、泥灰?guī)r等為50～70ms。

4）選擇最小抵抗線方向：從減振和控制飛石危害綜合考慮，一般應(yīng)該使被保護(hù)的對象位于最小抵抗線的兩側(cè)。

5）在爆區(qū)和保護(hù)物之間開挖減振溝或鉆鑿防振孔：當(dāng)介質(zhì)為土?xí)r，可開挖減振溝，溝寬以施工方便為宜，溝深應(yīng)超過藥包底部20～30cm。

4.2 精細(xì)爆破對空氣沖擊波的控制

4.2.1 爆破空氣沖擊波的安全判據(jù)

爆破沖擊波由于具有較大的壓力和較高的速度，不僅可以造成人員的重大傷亡，而且在一定范圍內(nèi)可以造成建筑物的破壞。爆破空氣沖擊波對人員傷害目前是以超壓作為判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的，《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）規(guī)定：空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)，對不設(shè)防的非工作人員為0.02×105Pa，掩體中的作業(yè)人員為0.01×105Pa。

4.2.2 精細(xì)爆破降低爆破空氣沖擊波的技術(shù)措施

1）應(yīng)盡可能采用減弱松動爆破，避免采用裸露藥包爆破和導(dǎo)爆索露天爆破。必須采用裸露藥包和導(dǎo)爆索露天爆破時，應(yīng)覆蓋砂土。

2）控制一次起爆炸藥量，從“空間”（采用分散布藥）、“時間”（采用分段起爆）2方面，將爆區(qū)總藥量均勻分布到各個爆破部位，使爆炸能量得到最大限度的有效利用，將耗于爆炸沖擊波的無效能量降至最低限度。

3）保證炮孔的堵塞長度和質(zhì)量，以免產(chǎn)生沖炮。

4）選定合理的最小抵抗線方向和數(shù)值，優(yōu)化爆破參數(shù)，改進(jìn)裝藥結(jié)構(gòu)（如采用空氣間隔分段裝藥、墊層裝藥、不耦合裝藥），確保堵塞質(zhì)量等，使每個藥包的爆炸能量都能得到充分利用。

5）布置炮孔時，最小抵抗線不宜過小。

6）精心施工，抓住地形測量、地質(zhì)勘察、竣工檢查和爆破施工等4道關(guān)鍵工序，確保順利實現(xiàn)設(shè)計要求。

4.3 精細(xì)爆破對個別飛散物的控制

在爆破時，某些介質(zhì)碎塊仍具有足夠的動能，在空中運(yùn)行一定距離后落下，該介質(zhì)碎塊被稱為個別飛散物；若在巖石中爆破，介質(zhì)碎塊亦稱飛石。個別飛散物的危害主要體現(xiàn)在人員傷亡、建（構(gòu)）筑物和機(jī)械設(shè)備被破壞。

4.3.1 爆破個別飛散物的安全判據(jù)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）的規(guī)定，露天巖石爆破時，個別飛散物對人員的安全距離不應(yīng)小于表2所列的規(guī)定，設(shè)備或建（構(gòu)）物的安全允許距離，應(yīng)由設(shè)計確定。

表2 露天巖石爆破個別飛散物對人員的安全允許距離

4.3.2 精細(xì)爆破對個別飛散物的控制措施

1）精細(xì)爆破設(shè)計階段對個別飛散物的控制措施

（1）控制個別飛散物方向：當(dāng)爆區(qū)有幾個臨空面時，可安排合適的臨空面作起爆前沿。

（2）改變局部裝藥結(jié)構(gòu)并加強(qiáng)堵塞。

（3）合理安排起爆順序和延期間隔時間：相鄰兩排孔之間延時不應(yīng)大于100ms，各段延時以15～50ms為宜。

（4）減少裝藥集中度。

2）精細(xì)爆破對個別飛散物的防護(hù)措施

在目前個別飛散物安全允許距離難以精確計算的條件下，防護(hù)是一種有效的方法。一般采用三級防護(hù)。

（1）爆破體表面防護(hù)。

在爆破體表面直接覆蓋草袋、沙包、竹笆等，覆蓋防護(hù)時，要用細(xì)鐵絲將覆蓋物連接成一體，增強(qiáng)防護(hù)效果，并注意保護(hù)好爆破網(wǎng)路。

（2）近體防護(hù)。

近體防護(hù)是指設(shè)置在爆破體近距離的防護(hù)，以防止從覆蓋防護(hù)的邊緣空隙沖出個別飛散物。一般采用排架屏障并在屏障上綁縛覆蓋材料。屏障的高度和長度均應(yīng)大于覆蓋防護(hù)對象。

（3）保護(hù)性防護(hù)。

可在重點保護(hù)對象的方向及飛散物拋出的主要方向設(shè)立屏障。其材料可以用木板、竹笆或鐵絲網(wǎng)，屏障的高度和長度應(yīng)能完全擋住飛散碎塊。

精細(xì)爆破在施工過程中，除了做到一般的三級防護(hù)以外，對爆區(qū)爆破也要嚴(yán)格管理，加強(qiáng)覆蓋，以制止個別飛散物的飛濺。

3）新塘水廠安全防護(hù)屏障架設(shè)

鑒于該工程周圍施工環(huán)境十分復(fù)雜，根據(jù)招標(biāo)文件提出的對廠區(qū)內(nèi)、外保護(hù)建筑物的要求，故在場平工程的開采上、下邊界部位進(jìn)行安全防護(hù)屏障的架設(shè)，這是施工中采取的重要安全防護(hù)措施、環(huán)保措施之一，如圖3所示。

圖3 爆破開采安全防護(hù)示意圖

4.4 精細(xì)爆破對環(huán)境污染的控制

1）對爆破粉塵的控制：鉆孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸、破碎、排土等工序全部實施濕式作業(yè)，達(dá)到降塵之目的。

2）對爆破噪聲的控制：嚴(yán)格控制炮孔的堵塞質(zhì)量和堵塞長度，既能保證爆破時不沖炮，又能避免爆炸能量泄漏到空氣中形成噪聲。

3）對爆破有害氣體的控制：選擇接近零氧平衡的炸藥，從源頭加以控制；露天大爆破時，要慎重地選擇起爆站和觀測站，盡量不選在下風(fēng)向和與爆區(qū)連通的巷道。

5 結(jié)語

通過精細(xì)爆破的理論分析與新塘水廠場地平整工程實踐相結(jié)合，具體得出了如下結(jié)論。

1）精細(xì)爆破設(shè)計不僅可以保證復(fù)雜地形和周圍環(huán)境條件下的邊坡成型效果，降低復(fù)雜環(huán)境條件下的爆破有害效應(yīng)影響等，而且可以根據(jù)場地條件靈活、機(jī)動地開展多點、多方位的控制爆破，確保施工安全、控制進(jìn)度、保證工期，取得理想的經(jīng)濟(jì)效益。

2）通過精細(xì)爆破技術(shù)的應(yīng)用，在整個施工過程中爆破震動、爆破沖擊波、爆破飛石等危害都得到了很好地控制，未出現(xiàn)安全事故。附近水廠的安全得到了保護(hù)，生產(chǎn)未受到影響。

3）精細(xì)爆破技術(shù)的應(yīng)用使該項目總工期縮短了近1個月，大塊率降低了30%，爆破合格率提高了3%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

【1】中國工程爆破協(xié)會.中國工程爆破行業(yè)中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006—2020年)[Z].2006.

【2】張正宇.水利水電工程精細(xì)爆破概論[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

【3】顏世龍.現(xiàn)代工程爆破理論與技術(shù)[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

The Application Research on Precision Blasting in Xintang Waterwork Site Formation Engineering

WANG Song-he
(China Railway Port and Channel Engineering Group Co.Ltd.,Guangzhou510660,China)

This paper introduces the concept of precision blasting and its technology system to achieve precision blasting.This paper expounds the quantitative blasting design method and describes how to achieve precision blasting through precise construction and management.It discusses how to control the harm ful blasting effects and pollution to the environment in order to achieve the goal of safe and civilized construction and environment protection.

precision blasting;quantitative design;precise management;harmful effects

0643.2+2

B

1007-9467（2016）08-0180-03

2016-08-02

王松鶴（1984～），男，河南商丘人，工程師，從事爆破施工管理與研究。