節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)小直徑深豎井爆破安全控制

羅光財(cái)，閔小鵬，陳志陽(yáng)，任 斌，李昂波

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長(zhǎng)沙 410004；2.國(guó)防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410007)

節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)小直徑深豎井爆破安全控制

羅光財(cái)1，閔小鵬1，陳志陽(yáng)2，任 斌1，李昂波1

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長(zhǎng)沙 410004；2.國(guó)防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410007)

結(jié)合長(zhǎng)沙市森林防火監(jiān)測(cè)站項(xiàng)目，討論了在高壓電塔附近，在節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)爆破開(kāi)挖小直徑深豎井時(shí)的安全控制技術(shù)。首先對(duì)高壓電塔附近豎井開(kāi)挖的總體方案進(jìn)行了介紹，確定了高壓電塔的振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)，并從爆破設(shè)計(jì)、爆破器材、微差起爆技術(shù)、單段起爆藥量控制等方面對(duì)爆破安全的控制進(jìn)行了討論。實(shí)踐表明，本次工程爆破效果較好，爆破振動(dòng)控制在安全范圍之內(nèi)。本工程采用的爆破安全控制技術(shù)對(duì)類似工程具有一定參考價(jià)值。

深豎井；高壓電塔；爆破安全控制

1 工程概況

長(zhǎng)沙市森林防火監(jiān)測(cè)站項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市先導(dǎo)區(qū)梅溪湖片區(qū)桃花嶺公園虎形山，項(xiàng)目存在5處設(shè)計(jì)開(kāi)挖直徑2.5 m的圓形斷面深豎井，最大深度83.2 m，最小深度40.1 m。豎井所處圍巖主要為單體強(qiáng)度較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含夾層的強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，主要為Ⅲ～Ⅳ級(jí)圍巖，場(chǎng)地所在范圍內(nèi)沒(méi)有明顯的含水地層，地表水主要為賦存于表層第四系土中的上層滯水及基巖的裂隙水，水量均較小。

豎井上部周圍山高林密，5個(gè)豎井中，1個(gè)周圍環(huán)境比較復(fù)雜，如圖1所示。該豎井深83.2 m，其東北方向102 m處有一高壓電塔，正西面約42 m為混凝土攪拌站，西北方向約86 m處是二層的板房，作為項(xiàng)目部辦公及生活用房，混凝土攪拌站與板房之間為料場(chǎng)、鋼筋制作間等。在爆破期間，混凝土攪拌站正常工作，要求爆破不能對(duì)攪拌站的設(shè)備設(shè)施造成損壞，不能破壞項(xiàng)目部的辦公及生活用房，不能影響高壓電塔的正常工作。

2 爆破總體方案

豎井開(kāi)挖的方法有全斷面開(kāi)挖法和先開(kāi)挖導(dǎo)井再進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖兩種[1-2]。本豎井處于山高林密的位置，為了盡量減小對(duì)山上植被的破壞，考慮到豎井底部可以進(jìn)行渣土運(yùn)出，故擬采用先開(kāi)挖導(dǎo)井再進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖的方法，而且導(dǎo)井?dāng)M采用反井法。豎井周圍的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房為重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象，同時(shí)考慮到圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含夾層，在開(kāi)挖過(guò)程中，容易出現(xiàn)安全問(wèn)題，所以要特別加強(qiáng)爆破設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制一次起爆藥量，并且要加強(qiáng)支護(hù)。此外，由于巖石表層風(fēng)化嚴(yán)重，為了安全起見(jiàn)，在反向開(kāi)挖到離地面15 m處時(shí)停止，剩余段采用正向開(kāi)挖。正向開(kāi)挖時(shí)采用人工配小型卷?yè)P(yáng)機(jī)的方式出渣，并臨時(shí)堆放在洞口周圍，等洞口貫通后再推入豎井內(nèi)，從平硐出渣。導(dǎo)井打通之后，再正向進(jìn)行擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)輪廓。

圖1 周圍環(huán)境

3 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

豎井爆破開(kāi)挖危害主要包括爆破振動(dòng)、爆破飛石、爆破毒氣、爆破粉塵等[3]。豎井在爆破時(shí)，可以采用嚴(yán)加覆蓋的方法來(lái)防止飛石飛散[4]，所以對(duì)需要保護(hù)的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房等，最主要的是嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)危害。當(dāng)炸藥在巖土中爆炸時(shí)，除了破碎巖石之外，必然有一部分能量以地震波的形式往四周傳播，可能給非爆破目標(biāo)造成不同程度的破壞。為了確保安全，需要將爆破振動(dòng)強(qiáng)度控制在一定范圍內(nèi)。

《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)[3]對(duì)典型目標(biāo)的振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定(如表1所示)。從表1可以看出，本項(xiàng)目需要保護(hù)的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房3種目標(biāo)沒(méi)有直接給出振動(dòng)允許標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于高壓電塔可以參考表1中的“運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備”一項(xiàng)，同時(shí)參考相關(guān)結(jié)果[5-7]，取爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)為0.5 cm/s；混凝土攪拌站參考“工業(yè)和商業(yè)建筑”標(biāo)準(zhǔn)；辦公用房的振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)參考“一般民用建筑”標(biāo)準(zhǔn)。爆破最大段允許裝藥量Qmax按公式(1)進(jìn)行計(jì)算:

式中，R為爆破中心至目標(biāo)之間的距離，m；Qmax為齊發(fā)爆破總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，kg；V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，本工程的地質(zhì)條件為中硬巖石，參考《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)[3]，K取200，α取1.5。

表1 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)[3]

部分建(構(gòu))筑物允許一次起爆藥量計(jì)算如下:

(1)爆破對(duì)高壓電塔的影響。取高壓電塔允許振動(dòng)速度V＝0.5 cm/s，R＝102 m進(jìn)行校核，則:

(2)爆破對(duì)混凝土攪拌站的影響。取混凝土攪拌站允許振動(dòng)速度V＝2.5 cm/s，R＝42 m進(jìn)行校核，則:

(3)爆破對(duì)辦公用房的影響。取辦公用房允許振動(dòng)速度V＝2.0 cm/s，R＝86 m進(jìn)行校核，則:

從上可以看出，為了確保安全，最大段允許裝藥量為6.63 kg。

4 爆破安全控制技術(shù)

影響爆破振動(dòng)強(qiáng)度的因素眾多，因此在爆破前很難對(duì)其作精確的預(yù)測(cè)。大量的研究表明，爆破振動(dòng)的強(qiáng)度與爆破類型、爆破裝藥量、距離爆破中心的距離、爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件等綜合因素密切相關(guān)。對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)小直徑深豎井爆破作業(yè)來(lái)說(shuō)，首先要確保爆破開(kāi)挖方案正確合理，參數(shù)設(shè)計(jì)得當(dāng)，不造成大范圍的超挖和欠挖，最大限度地減少爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)；其次，爆破必須確保高壓電塔的絕對(duì)安全，把爆破振動(dòng)強(qiáng)度控制在安全范圍之內(nèi)。三是在滿足基本要求的情況下，盡量提高爆破作業(yè)效率。為此，對(duì)爆破振動(dòng)控制主要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

4.1 爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)對(duì)于爆破安全開(kāi)挖、高質(zhì)量、高效率起著關(guān)鍵性的作用。所以，對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)小直徑深豎井爆破開(kāi)挖來(lái)說(shuō)，必須加強(qiáng)爆破設(shè)計(jì)。擬采用掏槽、擴(kuò)槽、最后再周邊孔爆破的方法進(jìn)行。豎井開(kāi)挖的炮孔布置示意圖如圖2所示，分為掏槽孔、輔助孔和周邊孔，炮孔直徑為42 mm。掏槽孔形式為平行直孔掏槽(中間一Φ105 mm通風(fēng)孔作為空孔)。考慮到豎井圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在爆破時(shí)盡量不超挖和欠挖，周邊孔采用光面爆破技術(shù)，裝藥方式采用間隔裝藥，用兩個(gè)雷管分別起爆或中間用導(dǎo)爆索連接；掏槽孔和輔助孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，炮口用黃泥填塞緊密。每次掘進(jìn)長(zhǎng)度要依據(jù)圍巖性質(zhì)及爆破振動(dòng)控制要求而定，一般取1.2～1.8 m。掏槽孔深度比設(shè)計(jì)深度超深0.2～0.3 m，輔助孔和周邊孔要比設(shè)計(jì)深度超深0.1～0.2 m。裝藥參數(shù)見(jiàn)表2。

4.2 爆破器材

要取得比較好的減振效果，炸藥與巖石的匹配關(guān)系很重要。在豎井爆破開(kāi)挖時(shí)，掏槽孔、輔助孔采用高爆速的2號(hào)巖石硝銨炸藥或乳化炸藥，周邊孔采取專用的Φ25小直徑炸藥。雷管采用電子數(shù)碼雷管或高精度的非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。

圖2 反井法開(kāi)挖導(dǎo)井炮孔布置(單位:mm，1－2－3－4為起爆順序)

表2 裝藥參數(shù)

4.3 單段起爆藥量

對(duì)于豎井爆破開(kāi)挖，合理的增加分段數(shù)目可以適當(dāng)減少單段起爆藥量，是控制爆破振動(dòng)的有效方法之一。因此，在進(jìn)行布孔設(shè)計(jì)之前，要根據(jù)被保護(hù)對(duì)象允許的最大振速要求，計(jì)算出單段允許的最大藥量，并據(jù)此進(jìn)行合理的分段和安全校核，以確保施工安全。

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)可以看出，本次起爆的最大段藥量為3.2 kg，比最大段允許量6.63 kg要小，所以可以認(rèn)為爆破方案是安全、可行的。此外，在工程進(jìn)行過(guò)程中，可以加強(qiáng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)得出一系列的Qmax、V、R值，再回歸擬合出K、α值，從而進(jìn)一步指導(dǎo)下一步的爆破施工。

5 爆破效果與討論

本文結(jié)合長(zhǎng)沙市森林防火監(jiān)測(cè)站項(xiàng)目，討論了在高壓電塔附近，在節(jié)理裂隙發(fā)育地區(qū)爆破開(kāi)挖小直徑深豎井時(shí)的安全控制技術(shù)。對(duì)爆破開(kāi)挖總體方案進(jìn)行介紹，在綜合已有文獻(xiàn)并參考《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，確定了高壓電塔的振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)，并從爆破設(shè)計(jì)、爆破器材、微差起爆技術(shù)、單段起爆藥量等方面對(duì)爆破振動(dòng)的控制技術(shù)進(jìn)行了討論。圖3為豎井爆破效果圖，圖4為實(shí)測(cè)的爆破垂直振動(dòng)波形(最大振速為0.211 cm/s，主振頻率為34.1 Hz)。從圖3和圖4可以看出，本次工程爆破效果較好，爆破振動(dòng)控制在安全范圍之內(nèi)。本工程采用的安全控制技術(shù)及方法，可為類似工程提供參考。

圖3 爆破效果

圖4 垂直振動(dòng)波形(Qmax為3.2 kg)

[1]代昌福，高 峰，彭永銘，等.300 m級(jí)深豎井反擴(kuò)法挖井施工技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2007，26(Z1):27-30.

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2016-03-02)

羅光財(cái)(1979-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事工程技術(shù)管理，Email:35016567@qq.com。