深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階微差爆破開挖路基

何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學(xué) 能源與安全工程學(xué)院， 湖南 湘潭市 411201)

深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階微差爆破開挖路基

何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學(xué) 能源與安全工程學(xué)院， 湖南 湘潭市 411201)

莆田境內(nèi)涵江江口至仙游楓亭段公路是福建省聯(lián)十一普通國(guó)省干線公路，由于該段工程與在建湄渝高速A2標(biāo)段交叉，在交叉區(qū)域共有約20000 m3的土石方需要爆破?；跍\孔臺(tái)階微差爆破易出現(xiàn)爆破飛石、沖炮和爆破后殘留根坎的現(xiàn)象,深孔精度難以滿足以及單一爆破方法難以完成工程中的所有的爆破任務(wù)。因此，提出了深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破技術(shù)，實(shí)踐證明，該爆破技術(shù)能夠在路基開挖工程中顯著提高爆破效率，順利完成爆破任務(wù)。

路基開挖；深孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破；淺孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破

0 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，基礎(chǔ)建設(shè)工程項(xiàng)目逐年增多，一部分工程遠(yuǎn)離城市，地處偏遠(yuǎn)的山區(qū)，環(huán)境條件極為艱苦，交通不便，現(xiàn)代化的大型機(jī)械設(shè)備很難發(fā)揮出應(yīng)有的效果，爆破就成了主要的開挖手段。在地質(zhì)條件極為復(fù)雜的路基開挖工程中，淺孔臺(tái)階微差爆破易出現(xiàn)爆破飛石、沖炮和爆破后殘留根坎的現(xiàn)象，深孔臺(tái)階微差爆破孔眼深，直徑較大，鉆孔成本高，設(shè)備利用效率不高，技術(shù)比較復(fù)雜，基于單一的深孔臺(tái)階微差爆破方法或者淺孔臺(tái)階微差爆破方法很難完成工程中的所有爆破任務(wù)，為克服單一爆破方法的不足，本工程項(xiàng)目采用深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階微差爆破的方式。

在路基開挖過程中，深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階微差爆破技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，與此同時(shí)對(duì)深孔和淺孔臺(tái)階微差爆破振動(dòng)的控制和監(jiān)測(cè)[1-2]、爆破飛石的控制[3]、孔網(wǎng)參數(shù)的設(shè)計(jì)[4]、炮孔的堵塞長(zhǎng)度[5]、時(shí)間間隔的確定[6]、裝藥結(jié)構(gòu)等相關(guān)理論的研究也取得了空前的成果。

本文重點(diǎn)介紹了深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階微差爆破技術(shù)在路基開挖工程中的應(yīng)用，可以為類似的工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概述

莆田境內(nèi)涵江江口至仙游楓亭K7+100～K21+000公路,是福建省普通國(guó)省聯(lián)十一干線。工程因與湄渝高速A2標(biāo)段交叉，需要加快工程進(jìn)度，由于土石方開挖遇到堅(jiān)硬巖石，需要進(jìn)行爆破作業(yè)。依據(jù)材料和查勘情況分析，K15+350～K15+750共有爆破土石方約20000 m3。該爆破作業(yè)地點(diǎn)與湄渝高速相互交叉，自東向西從湄渝高速橋下通過，東側(cè)為農(nóng)田，東南側(cè)有一寺廟距離爆破點(diǎn)72 m，東北側(cè)居民房，距離爆破地點(diǎn)最近102 m，西北側(cè)居民房距離爆區(qū)最近23 m，西南側(cè)方向?yàn)檗r(nóng)田及山體。

該段處于閩東火山斷坳帶內(nèi)的次一級(jí)構(gòu)造單元-閩東南濱海斷隆帶上，閩東南濱海斷隆帶是福建省地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的地區(qū)之一。巖體主要為花崗巖，厚度較大，達(dá)到10～15 m，青灰色，中粗顆粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造,巖芯呈短柱狀～長(zhǎng)柱狀，局部呈碎塊狀，有一至兩組與巖芯夾角為50°～70°的裂隙，裂隙面略有風(fēng)化，稍有發(fā)育，RQD值為40%～60%，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為32.4 MPa，為較硬巖體，且完整性較好，基本質(zhì)量為Ⅲ級(jí)。

該段與湄渝高速A2標(biāo)段交叉，為了提高爆破效果，降低爆破災(zāi)害，同時(shí)保證爆破質(zhì)量和工程進(jìn)度，采用深孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破結(jié)合淺孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破的方法進(jìn)行爆破施工。

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 淺空臺(tái)階松動(dòng)微差爆破

本段路基開挖工程采用7655鑿巖機(jī)鉆孔,炮孔直徑為42 mm。根據(jù)爆破施工的技術(shù)要求，嚴(yán)格控制爆破飛石、振動(dòng)、應(yīng)力沖擊波和噪聲等有害效應(yīng)，保障周圍人員、房屋以及建筑設(shè)施設(shè)備的安全。選取合理的爆破參數(shù)和施工工藝，降低大塊率，使塊度適中，爆堆松散集中，以使爆破松動(dòng)達(dá)到便于機(jī)械設(shè)備挖掘裝載的目的，該工程采用多排毫秒微差爆破，爆破參數(shù)見表1為了降低大塊率，防止出現(xiàn)“根底”現(xiàn)象，在臺(tái)階底部輔助以傾斜炮孔，具體布置見圖1。

表1 淺孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破參數(shù)及藥量

圖1 淺孔臺(tái)階

2.2 深孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破

(1) 孔徑d：該路基開挖工程采用巖體YT24鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑為90 mm。采用垂直鉆孔，因?yàn)榇怪便@孔的技術(shù)操作簡(jiǎn)單，對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)，工作效率高以及成本低。

(2) 臺(tái)階高度H：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，臺(tái)階高度H=6～8 m。

(3) 超深h：鉆孔超出臺(tái)階底部的水平的深度。超深能夠增加孔底裝藥量，克服底盤巖石的阻力夾制作用，防止“根底”的產(chǎn)生，以至于爆破后形成平整的臺(tái)階面，根據(jù)爆區(qū)的地質(zhì)條件，超深h=0.5～1.0 m。

(4) 底盤抵抗線W：底盤抵抗線直接影響是否產(chǎn)生根底,大塊率的高低，進(jìn)而對(duì)爆破成本以及爆破有害效應(yīng)產(chǎn)生影響。按臺(tái)階高度和孔徑計(jì)算W=(0.6～0.9)H。

(5) 孔距a和排距b：孔距是同一排炮孔中兩相鄰深孔的連心線?？拙喟碼=mW計(jì)算,通常情況下第一排炮孔的底盤抵抗線都比較大，密集系數(shù)取較小值m=1.1。排距b是孔距和排距是一個(gè)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，在孔徑確定的條件下，b=a/m。

(6) 炸藥單耗q：根據(jù)該工程實(shí)踐地質(zhì)巖石條件報(bào)告，q=(0.28～0.45) kg/m3，本項(xiàng)目暫取q=0.30 kg/m3。

(7) 單孔裝藥量Q：多排孔爆破第一排孔的單孔裝藥量Q=q·a·W·H；多排炮孔起爆是從第二排開始，每排單孔裝藥量Q=k·q·a·b·H。k是受前排炮孔礦巖阻力的增加系數(shù)，取k=(1.1～1.2)。

其相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 深孔爆破布孔參數(shù)及藥量

2.3 炮孔的裝藥和堵塞

(1) 淺孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破采用非電毫秒延時(shí)雷管，使用Φ32 mm、200 g/卷的乳化炸藥，采用柱狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥前應(yīng)清除孔口周圍50 cm范圍內(nèi)的浮渣，保證好裝藥和填塞質(zhì)量。良好的填塞質(zhì)量可以增加爆炸氣體在孔內(nèi)的作用時(shí)間以及降低空氣沖擊波的峰值、噪聲和個(gè)別飛散物等有害效應(yīng)的影響。堵塞過長(zhǎng)，增加爆破成本，大塊率較高；堵塞過短，能量損失大，會(huì)出“根底”現(xiàn)象。本項(xiàng)目取炮孔堵塞長(zhǎng)度為炮孔長(zhǎng)度的1/3。

(2) 深孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破用非電毫秒延時(shí)雷管，使用Φ70 mm、200 g/卷的2號(hào)乳化炸藥，采用連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu)。炮泥用不含細(xì)石顆粒的粘土加工制成，堵塞長(zhǎng)度為炮孔直徑的30倍。

3 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

(1) 鑒于導(dǎo)爆管雷管起爆法能很好的抵抗雜電的干擾，網(wǎng)路連接操作簡(jiǎn)單，檢驗(yàn)方便的優(yōu)點(diǎn)[7]。深孔和淺孔爆破都是采用非電毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管起爆，每段間隔時(shí)間為50 ms。

(2) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用方形布孔和“V”形順序起爆，實(shí)際布孔方式如圖2所示。相比逐排起爆，“V”形順序起爆形成的自由面更大；用兩邊同時(shí)斜線起爆替代排間順序起爆,使巖石在拋擲的過程中相互碰撞，巖石塊度更加均勻[8]；拋擲距離減小，爆堆集中，大大減少了爆破飛散物，降低了爆破成本和工作強(qiáng)度;地震波相互削弱干擾，降低了爆破振動(dòng)，微差爆破可降振50%左右[9]。

圖2 “V”形順序起爆

4 爆破有害效應(yīng)校核和預(yù)防

4.1 爆破振動(dòng)效應(yīng)

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)波形選取,淺孔爆破主振頻率為40～100 Hz，中深孔爆破主振頻率為10～60 Hz。該工程安全允許振速民房為2.0 cm/s，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為3.5 cm/s。爆破安全允許距離選用《爆破安全規(guī)程》推薦公式：

(1)

式中，爆破介質(zhì)為中硬巖石時(shí)，k=150，α=1.5。

深孔臺(tái)階松動(dòng)微差爆破最大裝藥量約34.84 kg，取允許振速2 cm/s,經(jīng)計(jì)算得R允=57.96 m；淺臺(tái)階松動(dòng)微差爆破裝藥量約1.08 kg，取允許振速2 cm/s，經(jīng)計(jì)算得R允=18.26 m；距離保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)20，30，40 m，允許振速3.5 cm/s，經(jīng)計(jì)算得最大允許起爆藥如表3所示。

表3 距離保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)距離及振動(dòng)控制藥量

通過建立緩沖地來吸收和降低沖擊波的能量

4.2 爆破飛散物

在露天爆破過程中，爆生氣體會(huì)推動(dòng)爆破碎石向四周飛散，可能產(chǎn)生安全隱患。該工程采用瑞典德湯尼克研究基金會(huì)提出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，見式(2)。

Rfmax=Kφ·D

(2)

式中，Rfmax為飛石的飛散距離，m；Kφ為安全系數(shù)，取15～16；D為炮孔直徑，cm。

Kφ與現(xiàn)場(chǎng)的地形、氣候等有關(guān)，取最大值16；深孔松動(dòng)爆破炮孔直徑D=9.0 cm,經(jīng)計(jì)算得Rfmax=144 m。

基于理論計(jì)算結(jié)果爆破時(shí)，工作人員撤離到爆破點(diǎn)200 m以外的地方；用一些強(qiáng)度大、柔軟性好的覆蓋物將爆區(qū)蓋住，盡量減少飛散物的速度、數(shù)量等[10-11]。

5 結(jié) 語

在本工程項(xiàng)目中，采用深孔結(jié)合淺孔臺(tái)階爆破開挖路基，克服了單一爆破方法的不足，在該爆破方案的指導(dǎo)下，嚴(yán)格按照方案要求施工，在此過程中，不斷調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，順利的完成了爆破任務(wù)，可為類似的工程設(shè)計(jì)提供參考。

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何 松(1992-)，男，四川巴中人，碩士研究生，主要從事爆破爆破理論及技術(shù)方面的研究，Email：1757698509@qq.com。