緊鄰既有建（構(gòu)）物等復(fù)雜條件高路塹石方爆破技術(shù)研究

張賓ZHANG Bin

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京100000）

1 工程概況

秘魯瓦努科至瓦楊柯公路改擴(kuò)建項(xiàng)目位于秘魯首都利馬東北280 公里的瓦努科省，線路呈“Y”型，主線起點(diǎn)為瓦努科省會(huì)瓦努科市，終點(diǎn)為瓦努科省的瓦楊柯鎮(zhèn)，另一條支線以主線的契克鎮(zhèn)為起點(diǎn)，終點(diǎn)為米娜鎮(zhèn)。

本標(biāo)段爆破開挖的石方高達(dá)203 萬方，主要集中在K21+385～K32+700 段，最大挖方高度約33.7m，表層覆蓋0～2.0m 素填土和紅粘土，下臥巖層為微風(fēng)化灰?guī)r。

2 施工環(huán)境勘察及施工重難點(diǎn)

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘察，爆破開挖的K27+550～K28+320段地處契克鎮(zhèn)附近，爆破開挖石方數(shù)量約為36.8 萬方。經(jīng)對(duì)周邊施工條件實(shí)施了詳細(xì)的調(diào)查。該段路塹的既有山體陡峭，緊鄰山腳為當(dāng)?shù)赝ㄐ蟹泵Φ募扔械缆?。山體基本為基巖裸露，或是較淺的覆蓋層，巖體表面0.5～2.0m 巖石風(fēng)化嚴(yán)重，破碎，易受爆破振動(dòng)影響而順著坡面砸向道路。而既有道路寬度約為4.2m 左右，為泥結(jié)石路面，該道路為當(dāng)?shù)氐闹饕彩侵苓呂ㄒ坏耐ㄐ械缆?，不能全封閉后施工，即需在保持通行的情況下實(shí)施爆破作業(yè)。

道路另側(cè)地勢(shì)相對(duì)較為平緩，為當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)自然村，居住的人員較多，人員各種生產(chǎn)及生活動(dòng)頻繁，建有密集民房，房屋以傳統(tǒng)的磚木為主，少量為磚混結(jié)構(gòu)，房屋抗振能力差。房屋與主爆破區(qū)的最近距離為72.5m。在距爆破作業(yè)200m 范圍內(nèi)的房屋多達(dá)339 棟，此外還有給水管路、電力桿線等眾多構(gòu)筑物。

爆破作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)高，極易發(fā)生嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡等安全事故。因此，如何在確保爆破時(shí)不對(duì)周邊民眾生命財(cái)產(chǎn)造成傷亡及損失是本項(xiàng)目所面臨的最大難題。

此外，本項(xiàng)目工期較短，繁重安全防護(hù)措施的實(shí)施也需要占用較長(zhǎng)工時(shí)，故有效爆破作業(yè)時(shí)間短。在進(jìn)行安全防護(hù)方案的制定、爆破作業(yè)組織時(shí)，還需統(tǒng)籌考慮工期要求，避免產(chǎn)生工期違約事件，以免給祖國(guó)聲譽(yù)帶來不良影響。

3 爆破總體方案及爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

本標(biāo)段線路較長(zhǎng)，具體節(jié)段所面臨外界環(huán)境及安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均不一樣，需按具體節(jié)段的不同，而采取科學(xué)合理的爆破作業(yè)及防護(hù)措施。本文以距離道路、民房最近的K27+820～K28+230 段為例，詳細(xì)闡述本項(xiàng)目所采用的爆破作方案和綜合安全防護(hù)方案。

3.1 爆破作業(yè)方案

3.1.1 預(yù)留隔離墻縱向拉槽開挖法

本路段緊鄰當(dāng)?shù)氐缆芳懊穹??？傮w采取預(yù)留隔離墻縱向拉槽開挖法（如圖1 所示）。

圖1 預(yù)留隔墻縱向拉槽法

①縱向分成長(zhǎng)度約為50m 的作業(yè)區(qū)段2～3 個(gè)，區(qū)段間高差約為2m，區(qū)段間組織流水作業(yè)，以加快施工進(jìn)度，并便于機(jī)械出碴。

②預(yù)留隔離墻作為設(shè)在道路與爆破體之間的安全屏障，頂面寬度約為1.5～2m，高度高于爆破作業(yè)面3m 左右。

③橫向根據(jù)區(qū)域的不同，采取不同的爆破作業(yè)參數(shù)。近隔離墻約6m 寬的區(qū)域采取淺孔爆破法，炮眼深度設(shè)計(jì)為3m；其余遠(yuǎn)離隔離墻的區(qū)域則采取深孔爆破（9m 孔深），以加快爆破作業(yè)效率；邊坡則采用預(yù)裂爆破，以確保邊坡外觀質(zhì)量；隔離墻盡量采用安全的機(jī)械拆除法，機(jī)械拆除如有難度，則采用淺孔松動(dòng)爆破后機(jī)械破除的方法。

3.1.2 密布眼、逐排微差控制爆破法

①該段路塹采取密布眼、減少齊爆裝藥量及加大微差時(shí)間間隔的精確微差爆破方法。密布眼利于控制爆破爆碴的均勻破碎，不僅減少再次解小的工作量，加快施工。

②因?yàn)楸谱鳂I(yè)距離民房很近，且房屋抗振能力差。為了減小爆破振動(dòng)強(qiáng)度，控制齊爆用藥量以減少振動(dòng)。同時(shí)，采取大微差的控爆技術(shù)，以避免多次振動(dòng)的疊加效應(yīng)。同一爆破區(qū)排孔間設(shè)置MS3、MS5 段雷管，形成較大微差。并精心設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐排起爆，還采取合理裝藥結(jié)構(gòu)、高質(zhì)量堵塞等技術(shù)措施，以減少飛石、提高爆破效果。

③沿設(shè)計(jì)邊坡面鉆設(shè)爆破孔，采取預(yù)裂爆破以確保邊形成型質(zhì)量。然后從遠(yuǎn)離既有道路側(cè)開始逐排引爆，使爆區(qū)拋擲方向背對(duì)既有公路和房屋，進(jìn)而最大限度在降低了振動(dòng)、飛石及滾石帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 微差起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.1.3 預(yù)裂爆破采用新型同心不耦合護(hù)壁法

邊坡預(yù)裂爆破還采用了新型同心不耦合護(hù)壁法（如圖3 所示），在預(yù)裂孔內(nèi)的山體側(cè)裝入半圓PVC 管+塑料泡沫填充體，近開挖側(cè)則裝入半卷乳化炸藥。在半圓PVC 管的保護(hù)+塑料泡沫減振作用下，不僅提高了半孔率，增強(qiáng)邊坡爆破后坡面的成型質(zhì)量，且因炮孔中塑料泡沫壓縮減振作用，還能效減低爆破振動(dòng)。實(shí)際施工效果表明邊坡成型質(zhì)量非常好。

圖3 偏心柔性材料不耦合護(hù)壁結(jié)構(gòu)示意

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)秉承精細(xì)爆破理念來進(jìn)行，根據(jù)路塹的不同部位、斷面情況、與既有道路及民房的相對(duì)位置。將路塹沿線路縱向及橫向分成不同區(qū)域進(jìn)行具體爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)。爆破參數(shù)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)是確保道路交通、民房安全。并在核心目標(biāo)的基礎(chǔ)上，要求爆碴破碎均勻，以利裝運(yùn)及直接可作填筑路基的填料。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石的巖性及裂縫發(fā)育情況進(jìn)行初步參數(shù)設(shè)計(jì)，并選擇典型地段進(jìn)行多次試爆后調(diào)整、優(yōu)化。最終按深孔爆破的炮眼深度為9m，孔徑按70mm，0.35kg/m3炸藥單耗量。為了降低飛石的出現(xiàn)及提高爆碴均勻性，深孔炮眼分段裝藥；淺孔炮眼孔徑為42mm，按0.3（松動(dòng)淺孔）、0.4kg/m3（常規(guī)淺孔）單耗量；路塹邊坡預(yù)裂爆破的炮眼孔徑為90mm，運(yùn)用了偏心柔性材料不耦合護(hù)壁裝藥結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)坡面成型質(zhì)量。

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)見表1 所示。

表1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)表

由施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖體具體情況對(duì)上述爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以確保達(dá)到最佳爆破效果。

4 爆破作業(yè)安全評(píng)估

需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工環(huán)境，按規(guī)范要求，對(duì)爆破作業(yè)產(chǎn)生的地震波、爆破飛石進(jìn)行安全評(píng)估，以避免對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物、人員及牲畜帶來傷害。并根據(jù)評(píng)估結(jié)果制訂和調(diào)整爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)及防護(hù)方案。

4.1 爆破作業(yè)的地震波對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響

控制地震波的強(qiáng)度在安全允許范圍內(nèi)，以避免周邊建（構(gòu)）筑物受地震波影響而倒塌或產(chǎn)生裂隙，通過控制齊爆最大裝藥量來控制振動(dòng)強(qiáng)度。

齊爆最大允許用藥量的計(jì)算公式如下：

式中：Q 為單段齊爆破的最大裝藥量，kg；R 為炮眼至建（構(gòu)）筑物的距離，m；V 為需防護(hù)的建（構(gòu)）筑物所允許的振動(dòng)速度，cm/s；K、α 分別為起爆位置至建（構(gòu)）筑物間地形、地質(zhì)狀況所影響的系數(shù)和衰減系數(shù)，查《爆破安全規(guī)范》（GB6722-2014）取 K=220，α=1.8。

本項(xiàng)目距離主爆區(qū)最近為72.5m，以磚木結(jié)構(gòu)為主，取安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V=2.5m/s。則，單段用藥量最大為：Q=72.53×（2.5/220）3/1.8=218.9kg

由計(jì)算結(jié)果可知，單段最大用藥量不能超過218.9kg，以確保距離主爆區(qū)最近的民房的抗振安全。

4.2 爆破開挖飛石對(duì)人員的安全距離

爆破個(gè)別飛散物體安全距離按下式計(jì)算：

圖4 山體鋼管排架防護(hù)設(shè)置圖

式中：k 為安全系數(shù)，本項(xiàng)目按1.5；n—爆破作用指數(shù)，按1；w—爆破所采用的最小抵抗線，按2.7m。

雖由上式所算得的安全距離為81m，但在爆破作業(yè)時(shí)還是按300m 的安全允許距離設(shè)置安全警戒。

5 爆破施工安全防護(hù)措施

5.1 攔石排架

設(shè)置鋼管排架進(jìn)行攔石，排架立于既有道路旁的山體坡腳處，排架主體為φ40 鋼管，豎向及水平間距均為1.5m，縱橫鋼管交叉處設(shè)置扣件連接，豎向鋼管下設(shè)置φ25 錨桿與基巖錨固穩(wěn)定，排架下設(shè)高度超過1m 的C20砼底座；并設(shè)垂直于山體坡面的φ25 錨桿、φ40 鋼管支撐鋼管與山體形成穩(wěn)定的承載整體。

5.2 炮被覆蓋、安設(shè)布魯克防護(hù)網(wǎng)等防飛石措施

爆破作業(yè)產(chǎn)生飛石，僅采用炮被覆蓋山體的措施時(shí)，不僅工作量大，且難以完全杜絕飛石的產(chǎn)生。本項(xiàng)目采用了安設(shè)布魯克主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)覆蓋在山體（如圖5 所示）的創(chuàng)新技術(shù)，布魯克網(wǎng)是由高強(qiáng)度鋼芯鋼絲繩組成的柔性防護(hù)網(wǎng)，具有強(qiáng)大的抗集中荷載的沖擊能力，且外層再覆蓋有橡膠炮被等防護(hù)物，能夠完全避免出現(xiàn)飛石。

圖5 布魯克網(wǎng)覆蓋在爆破巖體上

布魯克網(wǎng)輕巧，安裝簡(jiǎn)便快捷；且布魯克網(wǎng)的錨桿采用隧道錨桿施工所用的快凝錨固劑進(jìn)行錨固，能夠快速獲得抗拔能力，故采用布魯克網(wǎng)防護(hù)施工進(jìn)度快，能確保施工進(jìn)度。

6 減少爆破后大塊率，以加快施工速度的技術(shù)措施

6.1 加強(qiáng)堵塞

以往經(jīng)驗(yàn)可知，良好的炮眼堵塞能夠避免從炮眼過早逸出高壓的爆轟氣體等沖炮現(xiàn)象。即炸藥能在炮孔內(nèi)產(chǎn)生最大膨脹壓力，使炸藥充分爆轟。爆破能量高比例轉(zhuǎn)化為破壞巖體的能量，從而降低大塊率，利于快速清碴和直接用作路基填料。

故本項(xiàng)目特制專用堵塞炮泥進(jìn)行炮眼的堵塞，堵塞工作由專人進(jìn)行，并進(jìn)行崗前培訓(xùn)，以提高堵塞質(zhì)量。

6.2 采用擠壓爆破技術(shù)

本項(xiàng)目還采用了擠壓爆破技術(shù)，即在逐排起爆的深孔爆破及常規(guī)淺眼爆破時(shí)，在首爆孔排的自由面前留置適當(dāng)厚度（或是暫不清理上次爆破的爆碴）爆堆作為擠壓堆，并將首爆孔的單孔裝藥量適當(dāng)增加（本項(xiàng)目在表1 的基礎(chǔ)上增加18%），并將首爆孔與第2 排孔間的微差時(shí)間增大。

實(shí)踐證明，采用擠壓爆破技術(shù)可有效利用炸藥的能量，改善爆破效果，使爆碴更為破碎。利于清運(yùn)及作為合格的路基填料。

6.3 采用小孔徑及小孔距的炮孔

為了使爆碴更為破碎及均勻，以往通常采取增加孔徑及裝藥量，但實(shí)踐證明，此方式作用有限。不僅增加的爆能更多是轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，使巖塊出現(xiàn)更大程度的拋擲和飛散。且炮眼直徑增加時(shí)，鉆孔速度明顯變慢；大直徑炮眼孔堵塞質(zhì)量難以控制，使爆破振動(dòng)、沖擊波及飛石效應(yīng)增加。故，在單位體積巖體用藥量不變的情況下，采用小孔徑及小孔距的炮孔（本項(xiàng)目深孔爆破孔徑為70mm，而通常是采用90mm，孔距也相應(yīng)減?。?，取得了更好的破碎效果。

圖6 孔徑對(duì)爆碴大小的影響示意圖

7 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜苛刻環(huán)境下，研究采用設(shè)置隔離墻、控制齊爆裝藥量、布魯克網(wǎng)和鋼管排架防護(hù)等減振和防護(hù)措施，解決了爆破震動(dòng)對(duì)周邊建筑物附近民房、道路交通及居民產(chǎn)生影響的問題，創(chuàng)造了良好施工環(huán)境。且通過采用加強(qiáng)堵塞、擠壓爆破、小孔徑及小孔距炮孔等措施，使爆碴更直接用作路基填料，進(jìn)而加快了工期、創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，贏得了國(guó)際聲譽(yù)。