復(fù)雜環(huán)境下深孔臺(tái)階控制爆破的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

廖麗珍 ,王寧雄 ,廖凱峰

（1.江西萍鄉(xiāng)國泰六六一科技有限公司,江西 萍鄉(xiāng) 337016;2.攀枝花恒威化工有限責(zé)任公司,四川 攀枝花 617012）

1 工程概況及周邊環(huán)境

河源市江東新區(qū)有一項(xiàng)土石方爆破開挖工程,開挖高度約50 m,開挖方量約120 萬m3,工期4 個(gè)月。此處,石質(zhì)為輝綠巖,巖石堅(jiān)硬系數(shù)f=8～12。爆區(qū)東面78 m 為芙蓉石場,南面65 m 為村民待拆遷民房,西面63 m 為在建贛深高速鐵路,鐵路橋梁已完工,還未鋪設(shè)鐵軌。西北側(cè)204 m 為待拆遷民房。北面為荒山,3 號(hào)與4 號(hào)地塊交會(huì)處有待拆遷高壓線,周邊環(huán)境復(fù)雜,周邊環(huán)境如圖1(紅旗表示設(shè)計(jì)實(shí)施的安全警戒點(diǎn))所示。

圖1 周邊環(huán)境與警戒示意圖

2 工程難點(diǎn)及技術(shù)措施

工程難點(diǎn):周邊環(huán)境復(fù)雜,西面63 m 為在建贛深高速鐵路、南面65 m 為村民待拆遷房,3 號(hào)與4 號(hào)地塊交會(huì)處有待拆遷高壓線;爆破方量大,工期短。

為保證贛深高速鐵路安全,且不影響芙蓉石場正常安全生產(chǎn),采取以下技術(shù)措施:

①在爆破施工前將高壓線搬遷后實(shí)施爆破作業(yè);

②爆破方向及最小抵抗線方向朝南、北方向,避開高速鐵路和芙蓉石場方向;

③距高速鐵路路基100 m 范圍內(nèi)不采用爆破方式施工,采取靜態(tài)爆破或用液壓炮機(jī)施工處理,其余部分采用毫秒微差控制爆破技術(shù)施工。

3 爆破方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場條件,石方開挖采用深孔臺(tái)階控制爆破為主、機(jī)械液壓炮機(jī)破碎為輔的施工方案[1-3]。布置4 個(gè)爆破開口同時(shí)爆破施工(爆破開口1 從地塊03 朝地塊10 方向開口,爆破開口2 從地塊03朝地塊07 方向開口,爆破開口3 從地塊03 朝地塊04 東偏南方向進(jìn)行,爆破開口4 從地塊04 朝地塊05 方向進(jìn)行)。投入4～6 臺(tái)鉆機(jī)循環(huán)交叉鉆孔作業(yè),保證每天爆破10 000～20 000 m3石方,爆破臺(tái)階高度控制在10～12 m。采用毫秒微差控制爆破振動(dòng)速度在2.0 cm/s 以下。距高速鐵路路基100 m 范圍內(nèi)采用靜態(tài)爆破或用液壓炮機(jī)施工處理。開挖土石方量見表1。

表1 開挖土石方量表

3.1 試爆參數(shù)設(shè)計(jì)

試爆采用深孔爆破,鉆孔直徑為115 mm。爆破點(diǎn)選擇在1 號(hào)爆破開口處進(jìn)行試爆,炮孔垂直布置,布置3 排,每排8 個(gè)炮孔,共24 個(gè)炮孔。臺(tái)階高度選擇10 m,裝?90 mm 乳化炸藥,炮孔布置方式為三角形。

①梯段高度:H=10 m;

②鉆孔直徑:?=115 mm,孔深L=H+h1;

③鉆孔超深:h1=(8～12)?=0.7～1.1 m,取h1=0.5 m;

④底盤抵抗線:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔間距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸藥單耗:q=0.3～0.45 kg/m3,設(shè)計(jì)取0.4 kg/m3;

⑧單孔裝藥量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的鉆孔裝藥量見表2。

表2 試爆不同深度的鉆孔裝藥量

3.2 試爆起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

采用毫秒微差導(dǎo)爆管雷管逐孔單響起爆,網(wǎng)路閉合,每個(gè)炮孔內(nèi)安置一發(fā)或兩發(fā)導(dǎo)爆管雷管,孔內(nèi)采用MS-7、MS-9 段雷管,孔外接力延時(shí)采用MS-3 段雷管。排間延期時(shí)間50 ms。布孔形式、起爆順序、起爆方向如圖2 所示。網(wǎng)路連接采用簇聯(lián)導(dǎo)爆管連接方式,如圖3 所示。

圖2 布孔形式、起爆順序、起爆方向示意圖

圖3 爆破網(wǎng)路連接

3.3 實(shí)際爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)試爆情況及監(jiān)測爆破振動(dòng)速度數(shù)據(jù)優(yōu)化爆破參數(shù),采用深孔爆破,鉆孔直徑為115 mm。炮孔垂直布置,裝?90 mm 乳化炸藥,炮孔布置方式為三角形。

①梯段高度:H=10～12 m;

②鉆孔直徑:?=115 mm,孔深L=H+h1;

③鉆孔超深:h1=(8～12)?=0.7～1.1 m,臺(tái)階高度較小時(shí),超深適當(dāng)減小,巖石可爆性好,取小值,此處取0.5 m(適當(dāng)增加超深以增加堵塞長度);

④底盤抵抗線:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔間距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸藥單耗:q=0.3～0.45 kg/m3,設(shè)計(jì)取0.4 kg/m3;

⑧單孔裝藥量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的鉆孔裝藥量見表3。

表3 實(shí)際爆破不同深度的鉆孔裝藥量

⑨臺(tái)階布置及裝藥結(jié)構(gòu):臺(tái)階布置如圖4 所示,裝藥結(jié)構(gòu)如圖5 所示,布孔形式、起爆順序、起爆方向與試爆相同。

圖4 臺(tái)階布置示意圖

圖5 臺(tái)階爆破裝藥結(jié)構(gòu)

⑩實(shí)際爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì):與試爆相同,根據(jù)最小抵抗線方向、鉆孔數(shù)量、地質(zhì)地形條件等實(shí)際情況,采用V 形或斜線對角線起爆,施工中視爆破效果進(jìn)行改進(jìn)。

4 爆破安全技術(shù)設(shè)計(jì)與注意事項(xiàng)

根據(jù)爆破區(qū)域周邊環(huán)境,爆破可能產(chǎn)生的有害效應(yīng)是爆破振動(dòng)和爆破飛石,因此,應(yīng)采取相應(yīng)安全措施。

4.1 爆破振動(dòng)控制

為了避免能量集中,采用多打孔、少裝藥和微差延時(shí)起爆技術(shù),嚴(yán)格控制單段藥量及一次起爆藥量。根據(jù)公式Qmax=[R(V/K)1/a]3計(jì)算出允許的同段最大裝藥量。K取150,a取1.5[4-6]。

針對被保護(hù)物距爆破地點(diǎn)的距離,推算一次起爆的單響最大藥值,再對藥量進(jìn)行調(diào)整,從而控制爆破振動(dòng)。工業(yè)建筑物的安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為3.5～4.5 cm/s,爆破工程高鐵路基橋墩爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振速控制在2.0 cm/s 內(nèi)。民房爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振速控制在1.0 cm/s 內(nèi)。不同爆心距R對應(yīng)的同段最大藥量見表4。

表4 不同爆心距R 對應(yīng)的同段最大藥量

為安全起見,工程爆破點(diǎn)距高鐵路基橋墩100 m范圍內(nèi)禁止爆破。爆破振動(dòng)安全距離按100 m 計(jì)算,經(jīng)計(jì)算距高鐵路基橋墩100 m 單響最大安全起爆藥量為177.8 kg。實(shí)際上,本方案采取單孔單響,臺(tái)階高度為12 m 時(shí),單孔裝藥量為67.2 kg,遠(yuǎn)小于計(jì)算藥量,不會(huì)對高鐵路基和相關(guān)設(shè)施造成危害。

每次爆破點(diǎn)與高鐵橋墩及民房的距離不同,需根據(jù)實(shí)時(shí)爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)做適當(dāng)調(diào)整。

4.2 爆破飛石控制

1)飛石距離計(jì)算

臺(tái)階爆破飛石飛散距離參照瑞典湯尼克基金會(huì)提出的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中,RF為飛石飛散距離,m;d為炮孔直徑,cm。

該工程炮孔直徑采用115 mm,飛石飛散距離為181 m。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》,起爆警戒范圍按照200 m 進(jìn)行清場警戒。

2)爆破飛石控制

施工過程中必須嚴(yán)格控制爆破飛石。對現(xiàn)場個(gè)別特殊位置或炮孔內(nèi)有水的炮孔進(jìn)行三層安全防護(hù),禁止使用帶金屬材質(zhì)的材料作為防護(hù)覆蓋物[7-8]。爆破區(qū)平面覆蓋如圖6 所示。

圖6 爆破區(qū)平面覆蓋示意圖

3)注意事項(xiàng)

根據(jù)地質(zhì)條件及現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜程度合理選擇爆破參數(shù),嚴(yán)格按照安全評估后的爆破設(shè)計(jì)裝藥量裝藥;最小抵抗線方向應(yīng)避開高鐵和芙蓉石場方向;填塞長度、質(zhì)量達(dá)標(biāo);做好覆蓋防護(hù),防止爆破飛石。

4.3 爆破安全警戒

爆破前派專人與高速鐵路各施工單位、芙蓉石場及村民聯(lián)系溝通,確保清場順利、徹底。爆破開口方向按200 m 清場警戒,兩側(cè)按150 m 清場警戒,背向方向按100 m 清場警戒。

5 結(jié)語

石方開挖采用了深孔臺(tái)階控制爆破為主、機(jī)械液壓炮機(jī)破碎為輔的施工方案。通過試爆,高效、安全地完成了施工任務(wù),爆破后巖石塊度均勻、裝運(yùn)方便,周邊民房與高鐵未受到爆破振動(dòng)、飛石等有害效應(yīng)的破壞,爆破效果良好,可為類似工程提供參考。