安徽省含山縣某道路開挖毫秒微差控制爆破方案設(shè)計(jì)

王付明 汪 禹 朱 磊

(1.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

隨著我國(guó)公路建設(shè)進(jìn)程加快，路塹開挖爆破工程越來越普遍。由于爆破作業(yè)對(duì)道路附近的民房等建(構(gòu))筑物存在一定的損害，路塹開挖爆破引起的民事糾紛問題日益突出[1-2]。因此，采取有效的控制爆破措施來降低爆破作業(yè)對(duì)民房等建(構(gòu))筑物的危害，對(duì)于確保施工區(qū)附近居民安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義。本研究以安徽省含山縣某道路路塹開挖爆破工程為例，設(shè)計(jì)了毫秒微差控制爆破方案，在此基礎(chǔ)上，考慮到道路開挖爆破期間周邊民房和工業(yè)園區(qū)廠房的安全，在民房和廠房附近設(shè)置爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，開展爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)測(cè)量出的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)來分析爆破作業(yè)對(duì)民房的安全影響，并提出有效的爆破安全控制措施。

1 工程概況

含山縣某道路是含山高速道口控制性規(guī)劃的一條城市主干路，建設(shè)單位為含山縣褒禪山經(jīng)濟(jì)園區(qū)。該道路西起信德路，東至S226省道，沿線與高發(fā)路、官山路、統(tǒng)發(fā)路、劉武大道、夏橋路、民生路和大眾路平交，全長(zhǎng)3 024.3 m，設(shè)計(jì)道路等級(jí)為城市主干路，設(shè)計(jì)行車速度為40 km/h，紅線寬度為33 m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，工程范圍挖方路段K0+060～K0+280和K0+780～K1+320開挖時(shí)會(huì)涉及砂質(zhì)泥巖，該層頂埋深1.5～6.7 m，灰黃色，強(qiáng)—中等風(fēng)化，軟質(zhì)巖石，深處中等風(fēng)化巖石需要進(jìn)行爆破開挖，爆破工程量約25萬m3。爆區(qū)周邊環(huán)境較為復(fù)雜，西側(cè)為S105省道，西南側(cè)為工業(yè)園區(qū)的辦公樓、廠房等，東南側(cè)分布有王匠村、牌坊和塘頭村，與爆區(qū)的距離均大于300 m(圖1)。

圖1 爆區(qū)周邊環(huán)境

2 爆破設(shè)計(jì)方案

為減少爆破作業(yè)對(duì)道路邊坡的擾動(dòng)，保證路基開挖成型質(zhì)量，本研究采用毫秒微差控制爆破工藝進(jìn)行施工，以有效控制爆破沖擊波、振動(dòng)和飛石[3]。根據(jù)路面寬度及安全施工要求，設(shè)計(jì)臺(tái)階高度一般小于10 m，當(dāng)臺(tái)階高度大于10 m時(shí)，采用分層爆破方式，以降低單孔裝藥量。

2.1 單位炸藥消耗量

本研究設(shè)計(jì)選用乳化炸藥進(jìn)行爆破，起爆器材包括非電導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆管、高壓脈沖起爆器。為保證爆區(qū)周圍環(huán)境和人員安全，采用松動(dòng)爆破方法，確保爆破后的巖塊基本松動(dòng)并可用機(jī)械裝載?？紤]到此次爆破的具體要求，單位炸藥消耗量q取0.3～0.35 kg/m3，實(shí)際單耗可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。本研究單孔裝炸藥量為66～78 kg。

2.2 炮孔直徑及鉆孔形式

本研究爆破工程穿孔作業(yè)采用中風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鉆鑿下向孔，炮孔直徑為115 mm，鉆孔傾角為90°，采用移動(dòng)式空壓機(jī)進(jìn)行供風(fēng)，采用梅花形布孔方式。

2.3 底盤抵抗線

在臺(tái)階爆破中，一般用底盤抵抗線W底代替最小抵抗線進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，以確保臺(tái)階底部能獲得預(yù)期的爆破效果[3]，W底取值一般為臺(tái)階高度H的0.4～1倍；對(duì)于高度達(dá)到10 m的臺(tái)階，W底≥0.4H。

2.4 超 深

為克服臺(tái)階底部巖石對(duì)爆破的阻力，炮孔深度應(yīng)適當(dāng)超出臺(tái)階高度H，其超出部分為超深h[3]。h取值一般為(0.1～0.15)H。對(duì)于高度達(dá)10 m的臺(tái)階，h取1.5 m。

2.5 孔距和排距

炮孔間距a與底盤抵抗線W底成正比關(guān)系，其比值m是一個(gè)變量，隨W底大小、爆破體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)類型、起爆方法、起爆順序、爆破后要求的破碎塊度等因素而變化[3]。當(dāng)m<1，即a

為在規(guī)定的工期內(nèi)完成爆破工程任務(wù)，減少爆破警戒等工作，通常采用多排炮孔同時(shí)起爆方式[3]，因此炮孔排距b取值是否合理，對(duì)于爆破安全、爆破效果以及炸藥能量的有效利用均有直接影響。一般認(rèn)為選擇大孔距小抵抗線能夠顯著降低大塊率，明顯改善爆破效果，因此本研究b取值為(0.6～1)W底，即4 m。

2.6 裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔裝藥采用柱狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。2個(gè)起爆雷管分別安置于藥柱下部1/4處。裝藥前，應(yīng)仔細(xì)檢查炮眼長(zhǎng)度、傾角等是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，清除孔眼內(nèi)雜物；裝藥時(shí)，用木棍或竹竿將藥包推送至炮眼內(nèi)的設(shè)計(jì)位置，防止雷管從藥包中脫落。

2.7 堵 塞

為保證良好的爆破效果，防止出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象，炮孔裝藥完畢后，必須填塞，填塞物可用黏土或鑿巖時(shí)的巖粉，但應(yīng)防止混入石塊以免砸壞導(dǎo)爆管，且應(yīng)保證填塞長(zhǎng)度。在填塞過程中，應(yīng)注意保護(hù)導(dǎo)爆管使其不受損壞。本研究設(shè)計(jì)堵塞長(zhǎng)度d≥3.5 m。

2.8 起爆網(wǎng)絡(luò)

本研究采用非電雷管起爆導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)，逐孔起爆方式，減小爆破作業(yè)對(duì)道路邊坡的擾動(dòng)破壞，保證路基開挖質(zhì)量，每個(gè)分區(qū)的孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管分別為1段、3段、5段和7段，孔外區(qū)間采用9段雷管簇聯(lián)連接(圖2)。有必要確保網(wǎng)絡(luò)處于松弛狀態(tài)，起爆的非電雷管與導(dǎo)爆管捆扎端的距離應(yīng)不小于15 cm，導(dǎo)爆管均勻敷設(shè)于雷管周圍并用膠布等捆扎牢固?？變?nèi)導(dǎo)爆管雷管布置及起爆網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)時(shí)應(yīng)將爆破方向調(diào)整為朝向無需保護(hù)的建(構(gòu))筑物及設(shè)施的方向[3]。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)示意

起爆網(wǎng)絡(luò)安全檢查完畢后，爆破員接到爆破負(fù)責(zé)人發(fā)出的起爆命令后，采用高能脈沖起爆器進(jìn)行起爆，起爆位置應(yīng)位于爆破警戒范圍以外。

3 爆破效果分析及安全控制措施

3.1 爆破效果

根據(jù)設(shè)計(jì)爆破方案進(jìn)行道路開挖爆破后，爆堆松散、塊度均勻，易于進(jìn)行鏟裝運(yùn)輸作業(yè)，未發(fā)現(xiàn)根底現(xiàn)象，道路兩側(cè)邊坡巖體穩(wěn)定性較好，取得了良好的爆破效果。

3.2 爆破振動(dòng)對(duì)民房的影響

為準(zhǔn)確分析本研究道路開挖爆破作業(yè)在周邊民房等處的爆破振動(dòng)強(qiáng)度，在民房和工業(yè)園廠房附近布置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用中科測(cè)控IDTS3850爆破振動(dòng)記錄儀開展了爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[4-6]，結(jié)果見表1及圖3。

>根據(jù)對(duì)建(構(gòu))筑物的不同保護(hù)程度，各國(guó)不同行業(yè)部門制定了不同的安全判據(jù)，如德國(guó)爆破振動(dòng)安全判據(jù)(BRD-DIN4150)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(BS7385)，以及美國(guó)礦業(yè)局(USBM)和露天礦復(fù)墾管理局(OSMRE)分別制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)[7]，該類標(biāo)準(zhǔn)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有位移、速度、加速度和頻率。目前，各國(guó)在安全規(guī)程中主要采用以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為判斷振動(dòng)強(qiáng)度的依據(jù)。我國(guó)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的地面建筑物、電站(廠)中心控制室設(shè)備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動(dòng)判據(jù)為保護(hù)對(duì)象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率[8]。依據(jù)該規(guī)定，為保證爆區(qū)周邊民房和工業(yè)園區(qū)廠房安全，考慮到道路開挖期間頻繁爆破振動(dòng)等因素的影響，選取的民房和廠房的安全允許振動(dòng)速度為0.45 cm/s?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，實(shí)際測(cè)量的最大振動(dòng)速度為0.12 cm/s，小于安全允許振速0.45cm/s，說明按照當(dāng)前設(shè)計(jì)的最大段藥量進(jìn)行道路開挖，可較好地將民房和工業(yè)園區(qū)廠房處的爆破振動(dòng)速度控制在安全允許振動(dòng)速度內(nèi)，不會(huì)對(duì)其安全造成危害。

表1 現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)

圖3 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度

3.3 爆破飛石對(duì)民房的影響

爆破飛石距離計(jì)算常用的經(jīng)驗(yàn)公式為

Rf=20·Kf·n2·W，

式中，Rf為爆破飛石的安全距離，m；Kf為安全系數(shù)，一般為1.0～1.5，本研究取1.5；n為爆破作用指數(shù)，松動(dòng)爆破時(shí)取0.75；W為最小抵抗線，取3.5 m。

經(jīng)計(jì)算，Rf≈59 m。

由于民房與公路開挖爆破區(qū)的距離大于300 m，通過采取嚴(yán)格控制填塞質(zhì)量、調(diào)整自由面方向等控制措施后，可以有效避免爆破飛石對(duì)民房的損傷破壞。

3.4 爆破安全控制措施

(1)采用微差逐孔起爆技術(shù)，選取合適的微差時(shí)間[9-12]。嚴(yán)格控制最大段藥量和一次起爆藥量，單孔最大段藥量不大于78 kg，一次起爆總藥量不大于1.2 t，以最大限度降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)條件，每次單體爆破設(shè)計(jì)應(yīng)有效控制自由面方向，盡可能使得爆破自由面?zhèn)认蚧虮诚蛎穹俊?/p>

(3)采用低爆速炸藥、不耦合裝藥方式[13-15]。裝藥前爆破工程技術(shù)人員必須認(rèn)真校核炮孔的最小抵抗線，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)對(duì)裝藥量進(jìn)行調(diào)整。

(4)做好炮孔堵塞工作，保證堵塞長(zhǎng)度和堵塞質(zhì)量，嚴(yán)禁在堵塞物中摻雜碎石，避免發(fā)生爆破飛石損害事故。

4 結(jié) 語

以安徽省含山縣某道路爆破施工工程為例，設(shè)計(jì)了毫秒微差控制爆破方案，方案實(shí)施后爆堆松散破碎、塊度均勻，無根底，爆區(qū)周邊民房和工業(yè)園區(qū)廠房處的最大振動(dòng)速度為0.12 cm/s，小于民房和廠房的安全允許振動(dòng)速度0.45 cm/s。實(shí)踐表明：爆破振動(dòng)和爆破飛石是道路開挖爆破期間對(duì)周邊民房和工業(yè)園區(qū)廠房的主要危害因素，降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度與控制爆破飛石距離是確保民房安全的主要措施；道路開挖爆破期間，應(yīng)嚴(yán)格控制單孔最大段藥量和一次起爆總藥量，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以有效降低爆破作業(yè)對(duì)周邊民房的影響。

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