復(fù)雜環(huán)境下火車站場(chǎng)地平整控制爆破

郭明福，王海亮，徐品德，李 嘉

(1.核工業(yè)金華建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 金華 321000；2.寧波力拓爆破工程有限公司，浙江 寧波 315400)

國(guó)內(nèi)基建工程多，工程機(jī)械處理耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)大；爆破行業(yè)逐漸進(jìn)入常規(guī)作業(yè)，隨著爆破技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是精細(xì)化控制爆破作業(yè)，在我國(guó)工程領(lǐng)域得到了有效發(fā)揮，更適用于復(fù)雜環(huán)境下的工程爆破；車站周圍環(huán)境復(fù)雜，爆破涉及到飛石、振動(dòng)等各方面的因素，本次復(fù)雜環(huán)境下成功爆破證實(shí)作業(yè)方案的可行性，可作為一種參考[1]。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境

金臺(tái)鐵路磐安站站場(chǎng)綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目位于金華、麗水、臺(tái)州、紹興地市的交界處，周邊復(fù)雜環(huán)境(見(jiàn)圖1)。正東面為平地，距離42省道約200 m；東南角有數(shù)幢民房并緊鄰4號(hào)回填地塊，民房距離1號(hào)地塊界線最近距離為38.5 m；南面距離民房最近為290 m；西面為2個(gè)待拆碎石破碎站；西北角為商品混凝土攪拌站(待拆)、兩處臨用房和破碎設(shè)備(待拆)，正北面為龍飛烘干設(shè)備廠(待拆)，東北角為養(yǎng)豬場(chǎng)(待拆)。爆破區(qū)域內(nèi)有軍用國(guó)防光纜1條(待拆)，拆除前距離國(guó)防光纜200 m范圍內(nèi)采用機(jī)械開(kāi)挖；有10 kV高壓線(潘潭184線)(待拆)。

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

1.2 地質(zhì)特點(diǎn)

本項(xiàng)目地形起伏較大，臺(tái)階高度H=10～15 m，巖性以泥質(zhì)砂礫巖為主，中等硬度巖石。

1.3 工程難點(diǎn)

1)對(duì)居民房屋的保護(hù)等級(jí)高。必須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)，保證民房和電纜、高壓線等不受影響。

2)安全防護(hù)要求高。必須嚴(yán)格控制飛石的飛散方向和距離，確保省道上來(lái)往的車輛和人員安全，民房不受影響。

3)工程面積大，爆破作業(yè)點(diǎn)多，施工難免交叉重疊作業(yè)。爆破作業(yè)面最好能形成連續(xù)的循環(huán)作業(yè)，避免施工干擾，延誤工期，尤其是要保證施工區(qū)上下層的交通暢通無(wú)阻。

4)爆破方案應(yīng)針對(duì)回填料粒徑要求制定，保證成料率及避免二次破碎影響工程進(jìn)度。

2 爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 爆破方案

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況以及類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，決定選用露天深孔延時(shí)爆破作為本工程的主要爆破施工方法。根據(jù)施工圖和現(xiàn)場(chǎng)情況，臺(tái)階高度H=10～15 m，梅花型布孔，輔以淺孔和機(jī)械等方法施工，爆破選用乳化炸藥，非電毫秒延時(shí)雷管，2H-1型起爆器，并采用塑料導(dǎo)爆管、四通進(jìn)行并串聯(lián)復(fù)式網(wǎng)路聯(lián)線。

2.2 光面爆破設(shè)計(jì)[2]

2.2.1 爆破參數(shù)

臺(tái)階高度H=12 m；鉆孔直徑D=90 mm；最小抵抗線W光=KD=1.35～2.25 m(一般取K=15～25，軟巖取大值，硬巖取小值)；炮孔超深h=0.5～1.0 m(孔深和巖石堅(jiān)硬完整者取大值，反之取小值)；炮孔長(zhǎng)度L=(H+h)/sinα(根據(jù)臨空面的坡度而決定孔的傾斜度，本工程鉆孔傾角α=80°～90°)，可知炮孔深度在12.5～13.0 m。

炮孔間距a=(0.6～0.8)W光=0.7～1.8 m，取1.0 m。在松軟破碎巖石中進(jìn)行爆破時(shí)，應(yīng)適當(dāng)控制孔距；裝藥量Q=qahW光,a為炮孔間距，m；h為孔深，m；q為炸藥單耗，kg/m3，q一般取0.35～0.5 kg/m3，軟巖取小值，硬巖取大值；對(duì)于松散破碎巖體,藥包爆炸應(yīng)力波在頂部自由面處易發(fā)生反射，形成漏斗，破壞孔口巖石，因此，距頂部一定距離內(nèi)，應(yīng)設(shè)置1個(gè)不裝藥段，結(jié)合工程實(shí)際，不裝藥段取L=0.6～1.6 m和填塞段取L=1.0～2.0 m。

2.2.2 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆網(wǎng)路

光面爆破時(shí)，選用小直徑藥卷，實(shí)現(xiàn)不耦合間隔裝藥，藥包應(yīng)均勻連續(xù)地布置在鉆孔中央，以獲得良好的光爆效果。據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，藥卷之間的間隙應(yīng)控制在35 cm以內(nèi)，超過(guò)35 cm時(shí)，各部分會(huì)呈現(xiàn)局部效應(yīng)。松軟巖層中，藥卷間隙控制在30 cm以內(nèi)。裝藥時(shí)，將藥卷串綁扎在竹片上，再插入炮孔中，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)Fig.2 Charge structure of smooth blasting

光面爆破與主體爆破一同起爆時(shí)，光爆孔應(yīng)滯后于主爆孔起爆，其起爆時(shí)間間隔Δt選取的合理與否直接影響著爆破效果。Δt過(guò)小時(shí)，其前方巖石還未得到充分移動(dòng)，光爆孔會(huì)對(duì)邊坡造成一定的損壞。若Δt過(guò)大時(shí)，前排主炮孔爆破時(shí)可能會(huì)對(duì)光爆孔網(wǎng)路造成破壞；一般取Δt=100～150 ms。起爆網(wǎng)路如圖3所示。

注：1-起爆雷管；2-敷設(shè)于地面的導(dǎo)爆索主線；3-孔內(nèi)引出的導(dǎo)爆索；4-孔外接力分段雷管；5-孔內(nèi)導(dǎo)爆索和地面導(dǎo)爆索連接點(diǎn)。圖3 光面爆破起爆網(wǎng)路Fig.3 Initiation network of smooth blasting

先將藥卷間隔用膠布或塑料繩綁扎在傳爆線和竹片上，裝藥時(shí)把傳爆線及藥卷緊貼在竹片上，孔位鉆完后整體放入炮孔內(nèi)，最后用炮泥封口。

2.3 深孔臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)

2.3.1 爆破參數(shù)

根據(jù)施工圖和現(xiàn)場(chǎng)情況，臺(tái)階高度H=10～15 m；炮孔直徑D=115 mm；最小抵抗線W=(30～35)D，根據(jù)巖石性質(zhì)，W取4 m；底盤(pán)抵抗線Wd=3.8～4.2 m；鉆孔深度L=H/sinα+h，本工程鉆孔傾角α=80°～90°，超深h一般為1.0～1.5 m，可知炮孔深度在11～16.5 m。

炮孔間距a=(0.8～1.5)W，取5 m；排距b=(0.8～1.0)a，取4 m；填塞長(zhǎng)度ΔL=(20～30)D，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)，不少于4 m；比照同類工程，單位炸藥消耗量q取0.32 kg/m3，施工時(shí)，可根據(jù)巖性及試爆情況進(jìn)行調(diào)整[3]；單孔裝藥量Q=kqabH(k為考慮受前面各排孔的礦巖阻力作用的增加系數(shù)，k=1.0～1.2)，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)Table 1 Blasting parameters

2.3.2 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆網(wǎng)路

根據(jù)爆區(qū)的巖性、結(jié)構(gòu)及炸藥與巖石阻抗的匹配情況，及宕碴石料的粒徑要求。裝藥結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)裝藥、不連續(xù)裝藥(分段裝藥)，裝藥結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

圖4 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)Fig.4 Continuous charge structure

圖5 不連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)Fig.5 Discontinuous charge structure

采用排與排、孔與孔之間延時(shí)起爆技術(shù)，梅花型布孔，逐孔起爆，同時(shí)減少爆堆寬度，降低振動(dòng)效應(yīng)。主爆孔孔內(nèi)采用MS10段非電雷管，孔間采用MS3段連接，排間采用MS5段連接。光爆孔孔內(nèi)采用MS15段非電雷管，排間采用四通，復(fù)式網(wǎng)路連接整排起爆，炮孔布置及起爆網(wǎng)路如圖6、圖7所示。

圖6 炮孔布置Fig.6 Layout of blast hole

注：1)主爆孔排間采用MS5段非電雷管，孔間采用MS3段非電雷管；2)主爆孔內(nèi)采用MS10段非電雷管，光爆孔采用MS15段雷管；3)主爆孔采用四通串接，滯后于主爆孔起爆。圖7 深孔起爆網(wǎng)路Fig.7 Initiation network of deep hole

3 爆破監(jiān)測(cè)與安全

3.1 爆破振動(dòng)控制

本次爆破范圍大，爆區(qū)四周的巖性、地形也不相同，因此在爆區(qū)四周具有不同的K、α值，K值越大、α值越小，振動(dòng)峰值越大，本開(kāi)挖區(qū)屬于中硬以上的巖石，按照最不利原則取K=180、α=1.5，計(jì)算結(jié)果反映了巖石介質(zhì)條件下可能造成的最大破壞[4]。

本工程最大單響藥量控制在96 kg以內(nèi)，一次爆破總藥量控制在3 000 kg以內(nèi)。

3.2 爆破飛石安全距離

按照大爆破個(gè)別飛石經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

Rf=20n2WKf

(1)

爆破作用指數(shù)n=1.2，最小抵抗線W=3.5 m，安全系數(shù)Kf選1.5。計(jì)算飛石距離：Rf=151 m，根據(jù)爆破安全規(guī)程規(guī)定，深孔爆破個(gè)別飛石安全距離不得小于200 m，按設(shè)計(jì)要求警戒范圍為200 m。

3.3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

在爆破過(guò)程中，委托具有資質(zhì)的振動(dòng)檢測(cè)單位進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)[6]，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，本次監(jiān)測(cè)共布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖8)，分別布置在爆破區(qū)域四周的村莊、道路及構(gòu)造物附近；根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)爆破施工和調(diào)整爆破參數(shù)。

圖8 監(jiān)測(cè)布置Fig.8 Layout of monitoring point

3.4 安全防護(hù)

近體防護(hù)材料采用2.2 m×2.2 m炮被防護(hù)或1.7 m×1.7 m沙袋防護(hù)[7]。每個(gè)炮孔正上方覆蓋一個(gè)炮被(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇型號(hào))，炮被中間正對(duì)炮孔位置，孔與孔之間炮被搭接長(zhǎng)度0.5 m，覆蓋范圍大于爆破區(qū)域2～3 m。炮被上方放置沙袋3個(gè)/m2(見(jiàn)圖9)。

圖9 近體防護(hù)Fig.9 Indirect protection

4 結(jié)語(yǔ)

1)爆破后自由面方向20 m范圍內(nèi)產(chǎn)生少量飛石，發(fā)出悶響；民房及其他建筑無(wú)損壞，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果均在2 cm/s內(nèi)，安全警戒到位，無(wú)人員傷亡。

2)炮被和沙袋能夠有效減少爆破飛石的產(chǎn)生，爆破防護(hù)中，噴水裝置可以降低灰塵的飛散。

3)梯段爆破可采用壓碴擠壓爆破、延時(shí)間隔分段起爆的松動(dòng)爆破，能夠控制爆破飛石的拋出角度，減少飛石水平距離，增加巖石破碎度。