百米深陡峭崖壁拱腳控制爆破技術(shù)設(shè)計及施工

毛益松，汪慶桃，吳 智，陳志陽，肖 峻

(1.國防科學技術(shù)大學九院，湖南長沙 410003；2.中國五局第三建設(shè)有限公司，湖南長沙 410004)

百米深陡峭崖壁拱腳控制爆破技術(shù)設(shè)計及施工

毛益松1，汪慶桃1，吳 智2，陳志陽1，肖 峻1

(1.國防科學技術(shù)大學九院，湖南長沙 410003；2.中國五局第三建設(shè)有限公司，湖南長沙 410004)

介紹了百米陡峭崖壁拱腳控制爆破技術(shù)設(shè)計，分析溶洞(溝)對拱腳穿孔、裝藥、爆破方法等方面的影響。爆破實踐表明，邊坡預(yù)裂爆破和逐孔起爆技術(shù)能夠獲得較好的爆破效果，減小陡峭崖壁坡底爆破的“鞭梢效應(yīng)”的影響。

礦坑；巖溶；拱腳；預(yù)裂爆破；逐孔起爆

0 引 言

長沙歡樂廣場冰雪世界工程位于長沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村，利用湖南省新生水泥廠既有采石形成的礦坑上(見圖1)，由深坑坑壁巖體承受豎向荷載和水平作用。礦坑為周邊長直徑約500 m、短直徑約400 m的類橢圓形，最大深度達100 m。上寬下窄，坡度較陡，坡角約80°～90°。為了進行礦坑治理工程加固，在坑壁的A、B、C區(qū)3個拱腳區(qū)需要進行巖石爆破，爆破方量約72000 m3。本次爆破任務(wù)針對A、B、C區(qū)平臺標高18 m整體降至16 m平臺標高，環(huán)梁外側(cè)往坑內(nèi)16 m至12 m設(shè)計標高，用于支撐4 m×1.5 m的環(huán)梁結(jié)構(gòu)，拱腳邊坡開挖工程量約13000 m3。

圖1 百米礦坑原貌

1 工程概況

拱腳平臺結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示，寬6.0～7.3 m不等，臺階高度約6.0 m，一側(cè)是垂直陡峭崖壁，另一側(cè)是1∶0.35的二級臺階邊坡。礦坑上面爆破周圍環(huán)境比較好，東側(cè)的中建五局項目部生活區(qū)、南側(cè)的五星級酒店施工場地、西側(cè)的坪塘大道及水塘村民房以及北側(cè)岳麓區(qū)第二醫(yī)院，距爆破點均在260 m以上?？拥准s80 m是已經(jīng)澆灌好的塔吊基礎(chǔ)。爆破地質(zhì)以微風化灰?guī)r⑨(D)為主，地層巖性為灰白色，隱晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙和巖溶作用發(fā)育，局部有溶洞(溝)及溶槽。最大單軸抗壓強度為124.9 MPa，平均為75.0 MPa，屬較堅硬巖(R壓＝30～60 MPa)和堅硬巖(R壓＞60 MPa)，其中堅硬巖占大部分。

圖2 拱腳剖面圖

2 陡峭崖壁爆破主要風險及爆破技術(shù)方案

(1)爆破主要風險。在礦坑百米垂直坑壁上進行巖石爆破非常罕見，主要風險有：爆破震動對百米崖壁拱腳擾動影響風險；巖層特性多變、裂隙發(fā)育，溶洞(溝)以及石芽(筍)、探頭石多，邊坡又是傾斜鉆孔，存在著鉆孔裝藥風險；溶洞(溝)對爆破作用的影響之一是能量的泄漏，如果發(fā)生能量泄漏，使其炮孔內(nèi)壓力迅速降低，導致其它方向的裂隙停止發(fā)展，如果裝藥埋設(shè)在溶洞(溝)附近，會改變抵抗線的大小和方向，影響拋擲方向、破碎不均，大塊多和飛石遠風險；溶洞(溝)連通的兩相鄰炮孔的裝藥容易產(chǎn)生殉爆，可能導致成片拒爆風險。

(2)爆破技術(shù)方案。B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質(zhì)拱腳爆破順序如圖2所示，按照①→②→③→④進行爆破施工作業(yè)。主體部分①采用深孔爆破技術(shù)，邊坡③采用預(yù)裂爆破技術(shù)，在主炮孔和邊坡之間設(shè)計1排緩沖孔，16～18 m平臺②采用淺孔爆破技術(shù)，預(yù)裂爆破和設(shè)計邊坡之間③保留35 cm用機械破碎，保護層④采用機械或空氣間隔器爆破技術(shù)。

深孔爆破技術(shù)措施：B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質(zhì)邊坡爆破保留1 m厚保護層，實際最大挖深為5 m，分一層爆破；采用孔外逐孔接力微差和排間微差松動爆破技術(shù)，嚴格控制單孔藥量，確保填塞質(zhì)量和填塞長度等技術(shù)措施，控制爆破飛石和爆破振動。

預(yù)裂爆破技術(shù)措施：B4-B9區(qū)12～18 m平臺巖質(zhì)邊坡是整個礦坑的一部分，為了爆區(qū)的邊坡穩(wěn)定，在爆區(qū)與未爆區(qū)之間實施預(yù)裂爆破是關(guān)鍵。其方案為：先用潛孔鉆機、液壓鑿巖臺車鉆孔，預(yù)裂爆破炮孔應(yīng)距設(shè)計開挖邊界0.35 m布置，炮孔角度應(yīng)與設(shè)計邊坡坡度一致，炮孔底應(yīng)處在同一高程上；緩沖孔位于預(yù)裂孔和主炮孔之間，設(shè)1排；預(yù)裂爆破和主體爆破同時起爆，預(yù)裂爆破的炮孔應(yīng)在主體爆破前起爆，超前時間110 ms(ms5段)。

3 爆破技術(shù)設(shè)計

3.1 深孔爆破藥孔參數(shù)

主爆孔參數(shù)如下：孔徑d＝100 mm；孔深L＝6.0 m，其中，保護層1.0 m；底盤抵抗線W＝2.5～2.8 m；孔(排)距a＝b＝2.5 m；炸藥單耗q＝0.35～0.50 kg/m3；單孔裝藥量按體積公式Q＝qV計算，Q＝q×a×b×H＝0.35×2.5×2.5×6.0≈13.0 kg；填塞長度L1＝(1.0～1.25)W≥2.8 m，用粘土填塞。以B4-B9區(qū)12～18 m平臺為例，其爆破參數(shù)見表1。

表1 B4－B9區(qū)12～18 m平臺爆破參數(shù)表

3.2 緩沖爆破藥孔參數(shù)

緩沖孔藥孔參數(shù)如下：孔徑d＝100 mm；孔深L＝6.0 m；底盤抵抗線W＝2.5～2.8 m；孔距a＝2.5 m；距預(yù)裂孔b預(yù)＝1.0 m，距主爆孔b主＝1.5 m；炸藥單耗q＝0.30～0.35 kg/m3；單孔裝藥量取主爆孔的1/2，實際裝藥每孔6.5 kg。以B4-B9區(qū)12～18m平臺、長度62 m一次爆破試驗為例，其爆破參數(shù)見表1。

3.3 預(yù)裂爆破藥孔參數(shù)

孔徑d＝100 mm；孔距a＝100 cm；不偶合系數(shù)m＝3.125；平均線裝藥量q線＝0.30～0.45 kg/m，實際中q線＝0.5 kg/m；裝藥量分配及間隔要求如圖3所示；堵塞長度L1＝1 m。

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

主爆孔第1排孔分兩段間隔裝藥，第2排采用連續(xù)裝藥。選用Φ70 mm或Φ32 mm乳化炸藥。超深0.50 m部分裝填炸藥或裝填BJQ型空氣間隔器。炮孔填塞長度2.8～3.0 m。

預(yù)裂孔采用導爆索串聯(lián)、沿預(yù)裂孔軸向全長敷設(shè)、將Φ32 mm炸藥卷按設(shè)計計算值分配串綁于導爆索的裝藥結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 藥孔裝藥結(jié)構(gòu)示意(單位:m)

4 現(xiàn)場爆破

2015年10月～2015年12月，在礦坑拱腳邊坡進行了十余次爆破。

4.1 穿孔及裝藥

穿孔作業(yè)時密切注意鉆桿的進程以及軸壓、風壓來判斷該孔的地質(zhì)情況，例如發(fā)現(xiàn)鉆桿突然迅速往下降，或風壓或軸壓突然降低，則證明遇到了溶洞(溝)，再謹慎操作可以判斷其高度等。

爆破作業(yè)人員準確掌握成孔質(zhì)量情況并登記每一炮孔。每一炮孔在裝藥過程中，起爆藥包放到孔內(nèi)，必須在裝入第一袋炸藥后，用適當力度拉起爆藥包的導爆管，判斷是否有效裝藥。同時還要增加對裂隙和溶洞(溝)段炮孔的測量次數(shù)，如一般情況下每箱14節(jié)，每節(jié)約1.7 kg的乳化炸藥，長約30 cm，用測繩測量炮孔深度時，如發(fā)現(xiàn)其裝藥長度偏小，說明孔內(nèi)有裂隙或溶洞(溝)，裝藥長度偏大，則是炮孔中間有堵塞，根據(jù)情況采用最佳的經(jīng)驗方法進行處理。

4.2 爆破網(wǎng)路

作業(yè)面布置的2排主爆孔、1排緩沖孔和1排預(yù)裂孔，且同網(wǎng)起爆。預(yù)裂孔孔內(nèi)導爆索支線與地面一股主爆導爆索并聯(lián)搭接，由2發(fā)MS3段導爆管雷管引爆。第1排裝ms9段(310 ms)，第2排裝ms11段(460 ms)，第3排裝ms13段(640 ms)。炮孔裝藥填塞完畢后，在孔外排之間的孔用3段(50 ms)毫秒導爆管雷管將各炮孔導爆管聯(lián)接起來，如圖4所示。按照上述起爆網(wǎng)路實施，預(yù)裂孔起爆時間比最近的第3排緩沖孔超前530 ms。

圖4 起爆網(wǎng)路示意(單位:m)

5 爆破效果與體會

(1)主爆孔采用逐孔起爆和邊坡采用預(yù)裂爆破的方法能夠達到很好的爆破效果，圖5為邊坡預(yù)裂爆破效果，特別是能減少陡峭崖壁坡腳爆破的“鞭梢效應(yīng)”。

圖5 邊坡預(yù)裂爆破效果

(2)巖溶發(fā)育區(qū)裝藥要嚴密注意孔內(nèi)裝藥高度的變化，知曉在各種孔徑情況下，每袋炸藥在孔內(nèi)的起藥高度。一旦出現(xiàn)異常，要及時處理。如一般情況下每箱14節(jié)，每節(jié)約1.7 kg的乳化炸藥，長約30 cm，用測繩測量炮眼深度時如發(fā)現(xiàn)其長度與上述不符，便要采取相應(yīng)的措施。

(3)巖溶發(fā)育區(qū)爆破時，穿孔質(zhì)量會影響爆破效果，其穿孔工作，應(yīng)采取“繞、補、棄”的原則，即：穿孔盡量繞避，不能繞避的則采用補孔辦法，不能補孔則作為棄孔處理；

(4)環(huán)梁基礎(chǔ)底部保護層約60～80 cm最后采用蝶式切割技術(shù)，在爆破單價受限有情況下是一種較好的辦法。

[1] 郭進平，聶興信.新編爆破工程實用大全[M].北京：光明日報出版社，2002.

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2016-08-26)

毛益松(1960-)，副教授，從事工程爆破教學研究和實踐，Email：1213175424＠qq.com。