復(fù)雜環(huán)境深孔控制爆破減震參數(shù)的研究與應(yīng)用

粟瓊林　熊小軍　蘇安利　廖振剛　雷在政　唐睿哲　莫國兵

摘 要：為克服大新德天至寧明花山公路（碩龍至天西段）二期工程K1+020～K1+200工程爆破區(qū)域施工環(huán)境復(fù)雜、場地狹小、工期緊等不利條件，實(shí)現(xiàn)安全高效、高強(qiáng)度的石料開采，基于爆破巖體條件及爆破參數(shù)對爆破效果的影響，通過工程爆破實(shí)驗(yàn)探索爆破參數(shù)優(yōu)化方法[1]，從上往下分臺階開采，采用數(shù)碼電子雷管，微差逐排起爆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境爆破施工振動(dòng)有效控制，狹窄環(huán)境鉆、爆、裝、運(yùn)等多環(huán)節(jié)安全高效連續(xù)作業(yè)。石料開采大塊率下降60%，裝運(yùn)率提高20%，安全高效完成了爆破施工，為項(xiàng)目降成本、提效率、促發(fā)展、保安全、控振動(dòng)提供保障，對類似狹窄場地、爆破振動(dòng)控制要求高的土石方開挖爆破作業(yè)具有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜環(huán)境;減震參數(shù);應(yīng)用;逐排起爆

中圖分類號：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

爆破有害效應(yīng)一般包括爆破振動(dòng)、爆破沖擊波、爆破飛散物以及爆破有害氣體，爆破震動(dòng)作為爆破施工的一種常見的有害因素，控制不好往往會(huì)造成建筑物的損壞、邊坡的坍塌，甚至引發(fā)嚴(yán)重的后果，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成不必要的損失。爆破振動(dòng)有害效應(yīng)的控制和研究也是國內(nèi)外在爆破業(yè)務(wù)上研究的一個(gè)重點(diǎn)方向，本文通過實(shí)例，結(jié)合爆破參數(shù)的選取，提出爆破振動(dòng)控制的一些技術(shù)措施，以達(dá)到本質(zhì)安全的目的。

1 工程概況

大新德天至寧明花山公路（碩龍至天西段）位于廣西省崇左市，是一條高等級的旅游“專線”，將德天跨國瀑布景區(qū)、明仕田園景區(qū)、寧明花山崖壁畫群三大景區(qū)串聯(lián)起來。本標(biāo)段分為兩部分：

（1）起點(diǎn)K0+000～K9+048.294為一級公路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，整體式路基K0+000～K0+280路基寬度為18.5 m，K0+280～K3+222.462為22.5 m;分離式路基KA3+222.462～KA9+048.294（右幅）單幅路基寬度為11.25 m。

（2）K8+800～K30+800為一級公路，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度22.5 m。路線起點(diǎn)K0+000位于大新縣碩龍鎮(zhèn)東南面巴米附近，接規(guī)劃的碩龍經(jīng)德天至仁愛二級公路，路線自北向南沿國道G219布設(shè)，經(jīng)大新縣碩龍鎮(zhèn)、堪圩鄉(xiāng)、寶圩鄉(xiāng)，路線終點(diǎn)位于大新縣與龍州縣交界處。本標(biāo)段路線全長30.8 km。

1.1 爆破區(qū)周邊環(huán)境

爆破點(diǎn)位于大新縣碩龍鎮(zhèn)咪屯附近山頭，屬于大新縣碩龍鎮(zhèn)管轄。爆區(qū)長度180 m，最大邊坡高度為70.14 m。北面依次緊鄰堪圩至碩龍532縣道（旅游線路，車流量大）、距離國防光纜和35 kV高壓線（高壓線距離地面高度14 m）最近點(diǎn)約20 m、距離水電站發(fā)電廠房約90 m，西北面距離高壓線鐵塔約50 m，東面距離污水處理廠約20 m，該爆破施工點(diǎn)周邊復(fù)雜環(huán)境[2]，圖1周邊環(huán)境平面圖。

1.2 工程地質(zhì)與水文情況

項(xiàng)目沿線地勢相對較陡，海拔在270～550 m之間。局部受河流沖刷切割，形成典型的河流階地，逐步侵蝕成河谷。巖溶峰林地貌，主要分布K3+800～K9+048.294，海拔260 m至540 m左右，巖石裸露，植被少，山勢陡峻，山脈走向與構(gòu)造線走向基本一致，受地表水長期作用，巖溶地貌發(fā)育充分。河谷地貌，主要分布在K0+000～K3+800 地段，海拔255～280 m，地表植被覆蓋，地形較平坦，屬河流侵蝕作用形成的地貌，地表水系發(fā)達(dá)，路線沿河一側(cè)布設(shè)。沿線地層地表多分布第四系覆蓋層，下伏基巖從新到老為：泥盆系（D）。

（1）沖洪積層（Qal+pl）：粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、砂土、礫卵石。

（2）殘坡積層（Qel+dl）：多為黃褐色、紅褐色粘性土及含砂粘土或含礫、碎石粘土等。

（3）泥盆系上統(tǒng)上組（bD3）：灰?guī)r、白云巖。主要分布于KBK4+260～KBK8+840段。

（4）泥盆系上統(tǒng)下組（aD3）：扁豆?fàn)罨規(guī)r。主要分布于 K2+600～KBK4+260段、KBK8+840～KBK9+074.542段。

（5）泥盆系中統(tǒng)東崗嶺階上段（D2d2）：灰?guī)r。主要分布于K0+000～K2+600段。

1.3 施工難點(diǎn)

（1）保護(hù)等級高。水電站、污水廠房具體爆區(qū)非常近，房屋抗震等級低，技術(shù)難度大，采取定向爆破，要求爆破過程嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)和爆破滾石塌落后觸地振動(dòng)，防止對國防光纜、通訊光纜、公路路面造成破壞;控制爆破飛石、危石，對道路交通安全通行產(chǎn)生隱患及現(xiàn)場施工造成影響。

（2）安全防護(hù)要求高。為了確保跨線的國防電纜、污水廠房屋門窗、高壓線和相關(guān)人員的安全，須準(zhǔn)確計(jì)算與控制爆破飛石的方向及距離，并采取嚴(yán)密保護(hù)措施。嚴(yán)格控制最大齊發(fā)藥量、最小抵抗線，保證炮孔填塞長度及填塞質(zhì)量。

（3）施工工期緊。實(shí)施爆破后，部分爆破滾石會(huì)阻礙公路正常通行，需要對大體巖石進(jìn)行解體和迅速清運(yùn)，以迅速恢復(fù)交通秩序及污水廠正常運(yùn)行。圖2爆破山體。

2 爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

爆破作業(yè)點(diǎn)涉及公路、高壓線、國防光纜、污水處理廠，周邊環(huán)境十分復(fù)雜，施工干擾大，為降低爆破影響，控制爆破振動(dòng)、飛石、危石、塊度、減少根底的高效爆破開采，通過精細(xì)化爆破，并采用中科院TC-4850測振儀對每次爆破實(shí)施檢測，逐步優(yōu)化爆破參數(shù)及施工工藝，降低爆破振動(dòng)，控制飛石，提高安全保障，達(dá)到預(yù)期爆破效果。

2.1 爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

山頂高差大，最大邊坡高度為70.14 m，山體呈垂直趨勢，人工無法上山頂鉆垂直孔，考慮安全施工，迫于爆破需要，采取水平鉆傾斜向上孔，傾斜角與水平成50°夾角，具體參數(shù)見爆破試驗(yàn)參數(shù)表。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析與優(yōu)化

根據(jù)爆破試驗(yàn)參數(shù)表及振動(dòng)參數(shù)表4次實(shí)驗(yàn)。從現(xiàn)場爆破效果，爆堆相對集中、巖石較破碎，未存在蓋帽、溜邊石、危石等現(xiàn)象。

通過對4次爆破試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，在其他爆破參數(shù)基本相同的情況下，改變炮孔深度，孔深越大爆破振動(dòng)越大?？偨Y(jié)出類似工程的爆破參數(shù)如下表：

3 爆破安全技術(shù)措施

3.1 爆破飛石控制措施

（1）爆破工程技術(shù)人員根據(jù)自由面與最小抵抗線情況進(jìn)行裝藥作業(yè)，嚴(yán)格控制藥量并且注意避免將藥包裝在軟弱夾層上，防止因薄弱層抵抗線變小產(chǎn)生飛石。

（2）滿足爆破要求情況下，對距離保護(hù)對象近的爆破區(qū)域，采取松動(dòng)爆破，在保障爆破效果滿足要求的前提下適當(dāng)減小孔距、采取多打孔少裝藥等方法。

（3）嚴(yán)格按照爆破專項(xiàng)施工方案進(jìn)行布孔、鉆孔，避免因鉆孔角度、位置偏差導(dǎo)致爆破效果差和產(chǎn)生爆破飛石。

（4）加強(qiáng)炮孔的充填工作，采用塑料袋裝巖粉末及碎石充填炮孔，保證填塞長度及填塞質(zhì)量。

（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)對象。

3.2 爆破振動(dòng)控制措施

爆破產(chǎn)生的振動(dòng)對周邊的影響采用質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)速度來衡量，依據(jù)爆破《爆破安全規(guī)程》（6722—2014）的規(guī)定，允許最大段藥量計(jì)算公式如下：

式中：R—爆破振動(dòng)安全距離，m。V—爆破安全振動(dòng)速度，cm/s。Q—最大單段藥量，kg。

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物房屋安全允許值2.0～2.5 cm/s，水電站及發(fā)電站控制室設(shè)備安全允許值8～12 cm/s，運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備安全允許值0.6～0.7 cm/s。

針對爆破振動(dòng)對周邊建筑物影響，采取以下措施：

（1）進(jìn)行試炮，優(yōu)化爆破專項(xiàng)施工方案，選取合理

的K值和α值，調(diào)整爆破參數(shù)，減少爆破振動(dòng)的強(qiáng)度。

（2）采用數(shù)碼電子雷管毫秒延時(shí)爆破，嚴(yán)格控制爆破單段齊發(fā)藥量。

（3）進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測，為安全驗(yàn)算

及爆破參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。

4 結(jié)語

在項(xiàng)目施工過程中，充分利用科技與管理創(chuàng)新，解決了復(fù)雜環(huán)境爆破施工的技術(shù)難點(diǎn)問題，為控制爆破有害效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。

（1）爆破專項(xiàng)施工方案實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計(jì)，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)合理，為控制巖石拋擲方向提供依據(jù)，復(fù)雜環(huán)境爆破達(dá)到預(yù)期效果。

（2）結(jié)合水平傾斜逐排爆破關(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(jì)，解決了危石蓋帽現(xiàn)象，為提高爆破安全施工奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了“研技術(shù)、精布置、促效率、保安全”的精細(xì)爆破目標(biāo)。

（3）通過精細(xì)化布孔、鉆孔、裝藥、填塞、延時(shí)設(shè)置、控制最小抵抗線方向，有效控制爆破振動(dòng)及飛石，高壓線、電纜、廠房等保護(hù)對象完好無損，實(shí)現(xiàn)安全爆破。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：224-238.

[2]汪高龍.復(fù)雜環(huán)境爆破參數(shù)優(yōu)化及控制技術(shù)[J].工程爆破，2020（4）：48-52.

作者簡介：粟瓊林（1990—），男，湖南邵陽人，本科，工程師、爆破工程技術(shù)人員（C），從事爆破施工技術(shù)的研究及安全管理工作。