復(fù)雜環(huán)境爆破參數(shù)優(yōu)化及控制技術(shù)

汪高龍，王 瀟，李 跟，支建輝，蔣宇鴻，王鑄圣

(連云港明達(dá)工程爆破有限公司，江蘇 連云港 222021)

1 工程概況

福州港三都澳港區(qū)漳灣作業(yè)區(qū)7號泊位工程為福建省和寧德市的重點工程。工程開山區(qū)面積11.34萬m2，總開山方量663.77萬m3，施工合同工期304 d。爆破施工場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜、多雨等不利條件，要求工期緊、強度高，因此，狹窄場地復(fù)雜環(huán)境高強度爆破控制及參數(shù)優(yōu)化較為關(guān)鍵[1]。

1.1 爆破區(qū)域周邊環(huán)境

工程位于寧德市三都澳漳灣作業(yè)區(qū)8號泊位西側(cè)(見圖1)，現(xiàn)場周邊有已建成的8號泊位、港務(wù)局大樓、港務(wù)局內(nèi)臨時工棚、銀泰工貿(mào)實業(yè)公司的散裝水泥儲存罐。爆區(qū)東邊距公路邊緣30 m；沿公路邊有一條10 kV高壓線距離礦區(qū)30 m；東北方向距離水泥儲存罐80 m；距離8號泊位240 m；礦區(qū)南端東邊距港務(wù)局門衛(wèi)建筑20 m， 距港務(wù)集團(tuán)大樓建筑物120 m；西邊與大洋船廠礦區(qū)比鄰；西北方向360 m是大洋船廠裝船碼頭；北邊620 m是海上養(yǎng)殖區(qū)；爆破施工環(huán)境復(fù)雜。

圖1 爆破周邊環(huán)境Fig.1 Surrounding environment of blasting

1.2 工程地質(zhì)與水文情況

開山區(qū)地表1～9 m為可塑硬狀粉質(zhì)粘土、殘積粘性土，其下為全、強風(fēng)化花崗巖，碎塊狀強風(fēng)化花崗巖以及中微風(fēng)化花崗巖，節(jié)理發(fā)育一般，較多見水平節(jié)理。中微風(fēng)化花崗巖致密堅硬，裂隙水較豐富，據(jù)鉆孔觀察，滲水積水較嚴(yán)重。

1.3 施工特點

1)施工作業(yè)面狹小。爆破作業(yè)區(qū)南北長約460 m，東西寬246 m，開挖高差達(dá)103.5 m，爆破作業(yè)區(qū)范圍小，制約開拓系統(tǒng)的布置，不利于機械設(shè)備大規(guī)模的展開，與高強度開挖形成矛盾。

2)爆破環(huán)境復(fù)雜，不利于大規(guī)模爆破。爆破作業(yè)區(qū)現(xiàn)場周邊有已建成的8號泊位、港務(wù)集團(tuán)大樓、港務(wù)集團(tuán)內(nèi)臨時工棚、銀泰工貿(mào)實業(yè)公司的散裝水泥儲存罐，與在建的7號泊位碼頭施工區(qū)域最近距離僅8 m，相鄰爆破作業(yè)區(qū)也在同步作業(yè)，相互干擾因素較多，不利于大規(guī)模爆破作業(yè)。

3)工期緊、開挖出運強度高。整個工程開挖量達(dá)663.77萬m3，合同約定施工時間為304 d。

4)雨天多且持續(xù)時間長。施工期間雨水多且持續(xù)時間長，爆破施工工期287 d，其中陰雨天178 d，占爆破施工工期的62%，持續(xù)降雨最長達(dá)18 d，給施工帶來較大的影響。

2 爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

爆破作業(yè)位于港口作業(yè)區(qū)內(nèi)，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工干擾大，為降低爆破影響，采用中深孔梯段控制爆破進(jìn)行石料開采，炸藥單耗0.35～0.40 kg/m3，永久邊坡采用光面爆破一次成型。為達(dá)到控制塊度、減少根底的高效爆破開采，通過精細(xì)化爆破、信息化管理[2]，并組織實施爆破實驗，逐步優(yōu)化施工工藝及爆破參數(shù)，以降低大塊率，提高裝運效率[3]。

2.1 實驗爆破參數(shù)

根據(jù)巖石特性初步計算出6組爆破實驗孔網(wǎng)參數(shù)[4]，選擇巖體條件相近的區(qū)域，通過爆破實驗不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，以降低石料開采大塊率、減小振動效應(yīng)和根底率[5]，石料爆破實驗參數(shù)如表1所示。

表1 石料爆破實驗參數(shù)

2.2 實驗分析與優(yōu)化

根據(jù)表1共實施6次的爆破實驗。從現(xiàn)場爆破效果來看，爆堆相對集中、巖石較破碎，滿足機械裝運條件。

通過對 6次爆破實驗進(jìn)行對比分析，第1、2、5、6次爆破實驗100 mm以內(nèi)塊度的石料占比不足40%，說明爆破的破碎程度不夠。第3、4次爆破實驗的石料塊度100 mm以內(nèi)的石料占比47%，滿足設(shè)計要求。因此，這2次爆破實驗所選爆破參數(shù)更為合適，經(jīng)過實驗優(yōu)化各項參數(shù)如表2所示。

表2 優(yōu)化后的爆破參數(shù)

3 爆破方案優(yōu)化

3.1 壓渣爆破施工技術(shù)

由于場地狹小、環(huán)境復(fù)雜、多雨等不利條件，加上工期緊、施工強度高，石料無法及時完全出運，現(xiàn)場需要采用壓渣爆破。壓渣爆破面臨爆破振動大、抵抗線無法確定等難題。為此，技術(shù)人員通過多次小規(guī)模壓渣爆破實驗進(jìn)行探索，摸索出解決爆破振動大、抵抗線無法確定的實用施工技術(shù)[6-7]。

每次爆破前，在爆區(qū)最后一排炮孔往后5 m位置處留取一道預(yù)留線，作為下次炮孔位置確定的參照，根據(jù)5 m預(yù)留線和80°炮孔特性并結(jié)合此次爆破后排巖石拉裂程度來確定下個爆區(qū)第一排炮孔位置。該方法簡單，現(xiàn)場易于操作。

壓渣爆破通過減小孔網(wǎng)參數(shù)、增加前排孔整體裝藥量，使得孔內(nèi)炸藥集中作用在炮孔底部，從而減小爆破振動。鉆孔施工質(zhì)量對壓渣爆破較為關(guān)鍵，鉆孔的角度和位置直接影響爆破效果，通過實踐摸索發(fā)現(xiàn)：鉆孔角度在80°、孔距在5.5～6.0 m、排距在3.0 m(6排之后排距為2.8 m)、排數(shù)在6～10排時，爆破后的爆堆更松動、爆破拋擲效果更好、大塊率更低、挖裝效率更高。

3.2 根底控制技術(shù)

由于現(xiàn)場清渣不及時，產(chǎn)生壓渣，壓渣堆積的次數(shù)愈多，厚度愈大，堆積時間就愈長，爆堆高度就越高，導(dǎo)致堆積體松散系數(shù)降低，壓制性加大，根底就易于產(chǎn)生。產(chǎn)生根底對+8.5 m底標(biāo)高的控制造成較大難題。開采設(shè)計原方案是按照15 m一個臺階，最后一層臺階為+25 m平臺，這樣造成最后的開挖高度為16.5 m，臺階高度增大使得鉆孔深度增加，鉆孔難度加大，18 m(超深1.5 m)深度鉆孔時難以控制底部方向及角度，更易于產(chǎn)生根底。

為解決這一難題，現(xiàn)場將最后16.5 m高開采平臺分成2個平臺進(jìn)行開采，增加1個+13 m平臺，這樣原本16.5 m的平臺變成了12 m和4.5 m的2個平臺，底標(biāo)高控制平臺變成了4.5 m的低平臺，6 m(超深1.5 m)的鉆孔深度有利于鉆孔時底部方向和鉆孔角度的控制，炮孔底部由不耦合裝藥改成耦合裝藥，前排炮孔加大超深、減小孔排距、降低底盤抵抗線等來控制根底。

新增+13 m平臺方案增加了一個作業(yè)面，解決了高平臺方案出現(xiàn)的單平臺作業(yè)帶來的真空期，使得原本無法安放的挖機車輛有了作業(yè)工作面，保障了沖刺時期的進(jìn)度計劃安排。新方案使得+8.5 m最終驗收平臺底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計要求，也為運輸車輛的行駛帶來了便利，加快了石料的出運速度。

3.3 雨天爆破網(wǎng)路連接技術(shù)

雨天爆破作業(yè)最大的難題就是爆破網(wǎng)路的連接，因連接元件不能沾水，所以在雨天連接爆破網(wǎng)路時需要撐雨傘進(jìn)行連接，并在連接時使用干燥毛巾對導(dǎo)爆管進(jìn)行擦干方可連接，連接過后再進(jìn)行連接元件的防水處理：第一層采用防水絕緣膠帶進(jìn)行包裹、第二層采用?90放炮作業(yè)防水套包裹，使用雙層防水材料包裹有效阻止了雨水進(jìn)入四通式連接元件引起的拒爆。

4 爆破安全與效果分析

在項目施工過程中，充分運用了科技與管理創(chuàng)新，解決了爆破施工及土石方出運作業(yè)工程中的各種技術(shù)難題，綜合采用壓渣爆破、光面爆破、逐孔起爆等關(guān)鍵技術(shù)，以及對單耗等爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，石料開采大塊率下降50%，裝運效率提高15%，日均出運10萬t，解決了大塊率、振動效應(yīng)和根底控制等難題，為提高施工工效奠定了基礎(chǔ)。

4.1 爆破飛石控制措施

在爆破施工中，要嚴(yán)格控制爆破飛石的產(chǎn)生，避免對現(xiàn)場作業(yè)的人員、設(shè)備和周邊設(shè)施產(chǎn)生破壞。

1)爆破工程技術(shù)人員根據(jù)前端自由面情況和前排抵抗線情況進(jìn)行前排孔裝藥作業(yè)，嚴(yán)格控制藥量并且注意避免將藥包布置在軟弱夾層上，防止因局部抵抗線薄弱產(chǎn)生飛石[8]。

2)在滿足爆破要求的情況下，對環(huán)境異常復(fù)雜、距離建筑物較近的爆破區(qū)域采用松動爆破，在保障爆破效果、大塊率滿足要求的前提下適當(dāng)放大前排抵抗線、減小孔距、采取多打孔少裝藥等方法。

3)嚴(yán)格按照設(shè)計角度進(jìn)行鉆孔，避免因鉆孔角度、位置偏差大導(dǎo)致爆破效果差和產(chǎn)生爆破飛石。

4)加強炮孔的填塞工作，填塞段底部采用?90放炮作業(yè)防水套灌裝巖粉填塞方式，填塞段上部采取巖粉直接填塞方式；防水袋中嚴(yán)禁灌裝巖粉沫、碎石等大體積雜物，上部巖粉正常填塞后等待一段時間，待上層巖粉與水混合并且凝固后方可進(jìn)行起爆作業(yè)。

5)合理選擇爆破最小抵抗線和自由面方向，使自由面避開安全距離內(nèi)的保護(hù)物。

6)在爆破作業(yè)區(qū)東側(cè)港務(wù)局大門口兩側(cè)搭設(shè)長150 m、高6 m的雙層防護(hù)排架加強防護(hù)；在爆破作業(yè)區(qū)東北側(cè)水泥罐體附近搭設(shè)長80 m、高6 m的三層防護(hù)排架加強防護(hù)，對部分重點被保護(hù)物采取全覆蓋保護(hù)。

4.2 爆破振動控制措施

爆破產(chǎn)生的振動對周圍的影響采用質(zhì)點垂直振動速度來衡量[9-10]，依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)的規(guī)定，其允許最大段藥量計算公式如下：

(1)

式中：Q為最大單段藥量，kg；v為質(zhì)點垂直振動速度，cm/s；K為與地震波傳播地段介質(zhì)特性等有關(guān)的系數(shù)，α為地震波衰減指數(shù)，對中硬巖石取K=150，α=1.5；R為建(構(gòu))筑物到爆破中心的距離，m。

為安全起見，根據(jù)保護(hù)對象類別、結(jié)構(gòu)性質(zhì)，本工程取質(zhì)點最大允許振速為 2.0 cm/s。由于本工程爆區(qū)最近距中交二航項目部 40 m，為減少爆破振動對周邊的影響，爆破方向避開臨近項目部，單響藥量根據(jù)爆破點距離被保護(hù)建筑物的遠(yuǎn)近而調(diào)整；40 m單響藥量按不大于10.5 kg控制，100 m以外單響藥量按不大于225 kg控制；一般單次深孔爆破藥量按小于10 t控制；復(fù)雜環(huán)境下控制爆破單次藥量按小于2.5 t控制。

針對爆破振動對周圍建構(gòu)筑物影響，采取以下措施。

1)先期進(jìn)行試爆，優(yōu)化爆破設(shè)計方案，選取合理的K值和α值，調(diào)整爆破參數(shù)，減小爆破振動的強度。

2)采用毫秒延時爆破，嚴(yán)格控制單段齊爆藥量。

3)爆破作業(yè)時充分考慮新建7號泊位碼頭混凝土澆筑凝固時間段，避開該時間段。無法避開時，進(jìn)一步降低單段齊爆藥量，把振動降低到最小。

4)進(jìn)行爆破振動監(jiān)測。對爆破作業(yè)區(qū)80 m處水泥儲存罐以及50 m處港務(wù)集團(tuán)門崗室進(jìn)行爆破振動監(jiān)測，為安全核算提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

5 結(jié)語

1)綜合采用壓渣爆破、光面爆破、逐孔起爆等關(guān)鍵技術(shù)，以及對單耗等爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，解決了大塊率、振動效應(yīng)和根底控制等難題，為提高施工工效奠定了基礎(chǔ)， 同時實現(xiàn)了“優(yōu)質(zhì)、高效、安全、綠色、環(huán)?！钡木?xì)爆破目標(biāo)。

2)新增+13 m平臺方案增加了作業(yè)工作面，滿足了多臺階并進(jìn)式的開挖要求，4.5 m控制平臺有利于控制鉆孔方向，為驗收平臺達(dá)到設(shè)計要求創(chuàng)造了條件。項目爆破技術(shù)和施工組織管理為同類工程爆破施工作業(yè)提供了經(jīng)驗。