探索石方爆破技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)土方開挖工程中的應(yīng)用

葉強(qiáng) 楊博

中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518045

引言

以深圳某項(xiàng)目土方開挖階段為例，探索石方爆破技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)土方開挖工程中的應(yīng)用。該項(xiàng)目場(chǎng)地原始地貌單元為殘丘及丘間谷地，經(jīng)人工挖填荒地。根據(jù)勘察結(jié)果，在揭露深度范圍內(nèi)，巖土層結(jié)構(gòu)變化較大，場(chǎng)地為復(fù)雜場(chǎng)地，工期緊、工程量大，且其地質(zhì)條件極為復(fù)雜，項(xiàng)目7棟、8棟樓基底標(biāo)高以上至填土層之間的微風(fēng)化花崗巖需開挖破除，難度較大，且場(chǎng)地西側(cè)為廠房，安全要求很高。該項(xiàng)目工期緊、工程量大，且其地質(zhì)條件極為復(fù)雜，這就要求在使用石方爆破技術(shù)時(shí)，盡最大可能縮減大塊率，降低二次爆破的概率與次數(shù)，這在提升爆破難度的同時(shí)，亦會(huì)影響到爆破效果。因此在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中，采取了孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路形式、優(yōu)化微 差時(shí)間、擠壓爆破、微差等多種技術(shù)，在保障爆破工期與降低大塊率的同時(shí)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于丘陵地區(qū)，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，基坑呈近似四方形，周長(zhǎng)約977m，基坑面積49947m2，開挖深度約11.5m。7棟、8棟樓擬建場(chǎng)地表層為素填土，總體厚度在1.0m左右，下部均為燕山期侵入粗?；◢弾r（中風(fēng)化、微風(fēng)化），場(chǎng)地內(nèi)無(wú)斷裂帶經(jīng)過。其中中風(fēng)化花崗巖巖芯呈塊狀為主，局部短柱狀，巖質(zhì)較為新鮮堅(jiān)硬。屬較軟巖～較硬巖，巖體較破碎～較完整，厚度0.20～12.00m，平均厚度2.30m，埋深6.70～44.70m；微風(fēng)化花崗巖巖芯呈柱狀，部分呈塊狀及短柱狀，巖質(zhì)新鮮堅(jiān)硬，錘擊聲清脆。屬較硬巖～堅(jiān)硬巖，巖體較完整～完整，厚度1.95～17.30m，平均厚度6.64m，埋深5.80～46.70m。

2 爆破方案

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體地址特征以及設(shè)計(jì)圖紙顯示的高程、橫斷面、平面關(guān)系，綜合考慮工期要求，從基坑外支護(hù)樁處向基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行多處作業(yè)，按照該處地質(zhì)的不同狀況，按照深孔階梯寬孔距→微差松動(dòng)爆破的形式分段逐次推進(jìn)，具體的分段方式以及分段長(zhǎng)度則依據(jù)爆渣裝運(yùn)以及爆破程度來決定，而梯段高程可綜合考慮邊坡高程，并結(jié)合路段的不同開挖深度來決定。因該段地質(zhì)狀況較為復(fù)雜，因此石方爆破技術(shù)的選定與應(yīng)有則按照準(zhǔn)預(yù)裂爆破、毫秒微差控制爆破、中深孔梯段、潛孔鉆鉆孔結(jié)合的爆破方案進(jìn)行，在主爆破區(qū)，應(yīng)用的是垂直鉆孔梯段微差爆破，選定對(duì)應(yīng)的網(wǎng)孔參數(shù)，盡量降低大塊率，保障碎石級(jí)配的具體要求；一些邊坡可采用準(zhǔn)預(yù)裂爆破，以此來保證其本身的穩(wěn)定性；在邊坡修整、大塊二次破碎、剩余炮梗平整時(shí)可應(yīng)用手風(fēng)鉆實(shí)現(xiàn)[1]。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 選定分層爆破具體的臺(tái)階高度

在石方爆破機(jī)械化施工中，梯段高度與施工便道的選擇以及施工有著直接的聯(lián)系，并且對(duì)地形的利用與改造、機(jī)械作業(yè)方式等亦有著不同程度的影響，從而對(duì)石方的整體施工效率、管理、組織、經(jīng)濟(jì)效益等產(chǎn)生影響。在確定較高的梯段時(shí)，應(yīng)參考石方成本、臺(tái)班鉆爆效率、延米鉆孔爆破方量等進(jìn)行，以此來滿足生產(chǎn)進(jìn)度、開挖量、開挖深度的要求，并給自卸機(jī)、挖掘機(jī)、鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備的高效率應(yīng)用創(chuàng)造了先決條件，并在一定程度上滿足了安全施工的要求。經(jīng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表面，該臺(tái)階高度H為8m至10m時(shí)最為適宜。

在該項(xiàng)土方開挖工程中，切方開挖深度可確定為20m至50m，然后分層、逐次實(shí)施臺(tái)階爆破法開挖，控制每次開挖深度在10m以內(nèi)[2]。

3.2 設(shè)計(jì)炮孔參數(shù)

3.2.1 孔徑。孔徑用D來表示，鉆孔設(shè)備則選擇三臺(tái)孔徑為90mm的ZGYX-660潛孔鉆機(jī)以及一臺(tái)孔徑為40mm的手縫鉆機(jī)。中深孔則選擇潛孔鉆施工，大塊二次破碎以及邊坡修整時(shí)再使用手風(fēng)鉆。

3.2.2 最小抵抗線以及炮孔間距。前排采用：W=(7.85×M×△×L×l／k×H)×D÷2。其中M指的是炮孔臨近系數(shù)；△指的是炸藥密度，單位是kg/m3；L指的是孔深，單位是m；H指的是樓梯高度，單位是m；D指的是炮孔直徑，單位為m。

后排應(yīng)用的是寬孔距微差爆破，根據(jù)各處孔深來明確孔距在2.5～7m范圍內(nèi)，通常會(huì)選擇6m的距離。而炮孔密集系數(shù)m，可通過a/b來獲取，取值在2至8范圍內(nèi)，而b值與w值相等，通常取m值為3。寬孔距微差擠壓爆破技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，相對(duì)于一般的爆破形式來說，效果以及經(jīng)濟(jì)效益明顯占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并且在爆破質(zhì)量、施工安全、爆破成本、施工進(jìn)度等諸多方面皆有著不同程度的優(yōu)越性[3]。

3.2.3 排距。由于該出爆破區(qū)域地質(zhì)較為復(fù)雜，且多以堅(jiān)石為構(gòu)成要素，再加之業(yè)主等對(duì)爆破料料徑、質(zhì)量等方面的特殊需求，因此選擇2m左右的排距以及3左右的炮孔密集系數(shù)。

3.2.4 炮孔超鉆以及填塞長(zhǎng)度。上文有過相關(guān)論述，為提升炮孔本身的利用率，選擇在裝藥中部位置來設(shè)置寬孔距微差爆破以及裝藥的起爆點(diǎn)。而周邊環(huán)境對(duì)于爆震以及飛石的要求并沒有很高，因此已經(jīng)在一定程度上降低了對(duì)填塞長(zhǎng)度與超鉆的要求，因此填塞長(zhǎng)度可在1.5m與2m間選擇，而超鉆可在0.8m與1.2m間選擇[4]。

3.3 確定裝藥量

深孔松動(dòng)控制爆破能否成功，主要依賴于裝藥量、填塞技術(shù)以及起爆技術(shù)。若是炮孔裝藥量恰當(dāng)，既能控制好飛石的飛濺軌跡與飛濺量，又能使巖石的破碎程度達(dá)到要求，而若是裝藥量過大則控制不好飛石導(dǎo)致誤傷，若是裝藥量偏小則難以清方。而最小抵抗線w的取值范圍為1m與14m，裝藥量則與爆破巖石體積有著正比例關(guān)系，概括為：Q=H·q·a·W，q是比例系數(shù)，指的是比裝藥量，還可視為單位耗藥量。但是因地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，很難明確在某一區(qū)域的炸藥單耗。因此在施工中會(huì)采用實(shí)驗(yàn)，即“試炮”的形式來明確。此外還會(huì)參考相鄰作業(yè)面具體的單耗狀況，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出，炸藥單耗取值范圍：0.25kg/m3與0.4kg/m3之間。單孔裝藥量則通過H·q·a·W求出[5]。

3.4 裝藥與爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

因整體路段有著內(nèi)水系發(fā)育的特點(diǎn)，因此一部分低層炮孔會(huì)涵蓋2～7m的水，這種情形可選擇乳化炸藥，這種炸藥爆速較高、對(duì)爆轟敏感、管道效應(yīng)小、爆炸性能好，威力是2號(hào)巖石銨梯炸藥的1.4倍，且在應(yīng)用時(shí)有著較好的穩(wěn)定性與安全性。為便于后續(xù)的裝藥，可選擇70mm直徑的特制塑料包裝藥卷。為提升炮孔利用率，以及較小填塞長(zhǎng)度與超挖深度、加強(qiáng)對(duì)巖石的破碎，使其減少大塊含量，可增加孔距、減少排距，孔內(nèi)分層微差與空間微差幾何的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布孔，如下圖1即為該種形式。這種設(shè)計(jì)方式可擴(kuò)充自由面，形成的爆 破應(yīng)力波能夠相互疊加，加強(qiáng)巖石的破碎程度，并縮減爆破導(dǎo)致的地震作用。為穩(wěn)定推進(jìn)微差擠壓爆破，其構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)可選擇通過非電毫秒延期雷管來構(gòu)建孔內(nèi)孔外延期系統(tǒng)。在進(jìn)行孔內(nèi)分層時(shí)，會(huì)選擇1段至10段非電毫秒延期雷管，其上層與下層間的間隔應(yīng)控制在1段之內(nèi)，一次來達(dá)到較好的使用效果?？淄庖嗍菓?yīng)用該種延期雷管，但為保證其延期時(shí)間短于孔內(nèi)延期公差，可選擇1段至5段。而為保障爆破網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，孔內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與孔外網(wǎng)絡(luò)均采用復(fù)式結(jié)構(gòu)[6]。

圖1 孔間微差與孔內(nèi)分層微差裝藥及起爆結(jié)構(gòu)示意圖

4 爆破安全技術(shù)

綜合考慮保護(hù)建筑物允許振動(dòng)速度值，實(shí)現(xiàn)最大分段藥量的控制。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，最大同時(shí)起爆藥量可按以下方式求得Qmax=R3·[V/K]3/α。其中Qmax指的是分段起爆最大藥量，單位為kg；R指的是爆破中心與建筑物之間的距離；V指的是被保護(hù)物的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，單位為cm/s，α、K指的是與地質(zhì)、地形等因素有關(guān)的減指數(shù)與系數(shù)，在本項(xiàng)開挖工程中，α取值1.7，K取值210。在本次爆破工程中，工程地面質(zhì)點(diǎn)控制振動(dòng)速度為：居民允許3cn/s的振速。不同爆破距離允許的最大分段藥量如下表1所示：

表1 不同爆破距離允許的最大分段藥量表

因民房、工棚距離爆破區(qū)域有著較遠(yuǎn)的距離，一般在100m外，特別是民房，全在150m范圍外，因此對(duì)安全措施沒有較高的要求，但是仍制定了較為全面的防護(hù)措施防患于未然。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜述，文章針對(duì)工程中一些復(fù)雜地質(zhì)，對(duì)石方爆破技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，采用上述的爆破網(wǎng)絡(luò)與爆破參數(shù)，經(jīng)過多次的實(shí)踐工作，其中一次最大的爆破方量達(dá)到11000m3，日爆破量達(dá)到5000～6000m3，而實(shí)際爆破單耗達(dá)到0.33kg/m3，最大飛石距離達(dá)到20m。粒徑在30cm以上的大塊率控制在2%之內(nèi)，與一般形式的爆破相比有著較好的經(jīng)濟(jì)效益。