復(fù)雜環(huán)境下一級路塹一次性爆破開挖施工技術(shù)

楊宏勝

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程簡介

1.1 工程概況

210國道安塞過境隧道群及引線工程起點(diǎn)位于東營超限檢測站南側(cè)順接既有舊路,整體呈由北向南走向,全長12.81 km。牛頭疙瘩隧道全長1515 m,隧道出口樁號為K5+040,距出口約40 m位置處路基段K5+081~K5+144設(shè)計(jì)為路塹開挖?，F(xiàn)場地質(zhì)條件主要為下部以粉質(zhì)砂巖為主,上部為風(fēng)積黃土層覆蓋,植被較差。由設(shè)計(jì)施工圖紙,路基高程為1112.94 m,路基右側(cè)邊坡按照設(shè)計(jì)坡比1∶0.5放坡,每高差6 m、8 m預(yù)留寬度3 m平臺,開挖頂高程1193 m,最大開挖高度約78 m。其中,土石分界線高程約為1161 m,下部48 m為石質(zhì)邊坡,擬采取人工、機(jī)械鉆爆方法進(jìn)行開挖。

1.2 爆破對象及開挖方法

計(jì)劃爆破對象為210 國道安塞過境隧道群及引線工程路基段K5+081~K5+144段約63 m范圍的路基邊坡開挖施工。設(shè)計(jì)開挖高度8 m,采用鉆爆法開挖。鉆爆法主要采用預(yù)裂爆破與梯段爆破相結(jié)合的方法,CM351 型潛孔鉆鉆孔,毫秒微差起爆網(wǎng)路。

2 爆破區(qū)周圍的環(huán)境情況

本次石方明挖爆破區(qū)位于馬家溝上游支溝內(nèi)。路線設(shè)計(jì)沿支溝原始地形斜向布置,兩側(cè)巖石路基邊坡按照8m分級開挖,設(shè)計(jì)坡比1∶0.5。本次爆破設(shè)計(jì)主要針對牛頭疙瘩隧道出口位置路基一級邊坡石方開挖爆破施工。

（1）隧道出口位于爆破區(qū)北偏西35°方向,出口處有500 kV·A變壓器一座,距離爆破區(qū)中心距離約100 m；邊緣最近距離不足40 m。

（2）爆破區(qū)西北方向有國家電網(wǎng)950專線一道,440 m位置處設(shè)有高壓塔一座,垂直高差125 m。

（3）爆破區(qū)西南45°方向有長慶35 kV專線一道,310 m位置設(shè)高壓塔一座,垂直高差135 m。

（4）爆區(qū)正面方向有10 kV隧道輸電線路一道,最近距離約35m。

（5）爆區(qū)東南45°方向有天然氣管道靖西一線、二線管道兩處,距離爆破區(qū)415 m。

3 爆破施工方案

為確保210 國道安塞過境隧道群及引線工程K5+081~K5+144段路基開挖邊坡平順、整齊、穩(wěn)定,有效地控制爆破效應(yīng)和確保安全,并能使爆破效果滿足機(jī)械化開挖作業(yè)要求,確定開挖爆破方式為：根據(jù)設(shè)計(jì)體型臺階布置和分層高度,采取多級臺階分段開挖,采用預(yù)裂爆破梯段開挖。

K5+081~K5+144 段爆破區(qū)沿路基方向長度63 m,開挖高度8 m,平臺面積約800 m2,開挖量約6500 m3。

石方邊坡采用預(yù)裂爆破,CM351型潛孔鉆進(jìn)行造孔,主爆區(qū)采用毫秒延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)。開挖料無法直接挖裝運(yùn)輸?shù)?采用反鏟直接向下方甩料,下方道路堆料飽和后及時(shí)利用50 t裝載機(jī)和20 t自卸汽車裝運(yùn)輸至下游填溝內(nèi)。反鏟甩料過程中,在K5+040、K5+300 處道路安排專人進(jìn)行道路警戒,確保施工安全。

4 爆破設(shè)計(jì)

4.1 爆破參數(shù)選擇

根據(jù)本工程開挖區(qū)域地質(zhì)情況,設(shè)計(jì)初選爆破單耗為q=0.31 kg/m3。

（1）爆破臺階高度

根據(jù)爆區(qū)寬度和設(shè)計(jì)開挖深度,規(guī)劃本次爆破臺階高度H=8 m。

（2）炮孔直徑

采用CM351鉆機(jī)造孔,炮孔直徑D=90 mm。

（3）底盤抵抗線

底盤抵抗線W底=（0.6~0.9）H；結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際,W底=5 m。

（4）孔距

預(yù)裂孔孔距a預(yù)=（8~12）D,孔距取0.9 m；主爆孔、緩沖孔孔距,取a主=3 m。

（5）排距

排距b=a×sin60°=3×0.866=2.56 m,本次取3 m。

（6）超鉆深度

超鉆深度h=（0.15~0.35）W底,h=0.75 m~1.75 m,本次取1.5 m。

（7）孔深

孔深h主=H+h=8+1.5=9.5 m

孔深h預(yù)=（H+h）/sina=（8+1.5）/sin63°=10.62 m

孔深h緩=（H+h）/sinb=（8+1.5）/sin77°=9.7 m

（8）填塞長度

填塞長度（主爆孔、緩沖孔）L1=（0.7~0.8）W1=3.5 m~4.0 m,本次取3.5 m；填塞長度（預(yù)裂孔）,本次取2 m。

（9）裝藥長度

裝藥長度L預(yù)=10.62-2=8.62 m

裝藥長度L主=9.5-3.5=6 m

裝藥長度L緩=9.7-3.5=6.2 m

（10）單孔裝藥量

Q預(yù)裂=q×L2=10.62 m×305 g/m=3.2 kg

Q主爆（外排）=q×a×W底×H=0.31×3×5×8=37.2 kg

Q主爆（內(nèi)排）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3×8=24.55 kg

Q主爆（緩沖孔）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3.5×8=28.64 kg

4.2 爆破參數(shù)及成果表

4.3 爆破器材

塑料導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索、普通毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管、2#巖石乳化炸藥,結(jié)合本工程實(shí)際情況,工地炸藥庫存儲φ32 mm藥卷乳化炸藥,主爆孔、緩沖爆破孔裝藥可按照需要,預(yù)裂孔采用竹板將藥卷捆綁固定形成間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

4.4 炮孔布置

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,K5+081~K5+144 開挖區(qū)采用周邊預(yù)裂,大面采用毫秒延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò),主爆區(qū)與預(yù)裂孔之間布置一排緩沖孔。主爆孔、緩沖孔、預(yù)裂孔均使用CM351 履帶式潛孔鉆造孔,孔徑Φ90 mm。

圖1 炮孔平面布置圖

（2）梯段爆破區(qū)域長度63 m,最大寬度14 m,共布置預(yù)裂孔一排69 個(gè),緩沖孔一排19個(gè),主爆孔兩排共34 個(gè)。

（3）預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)采用竹片串狀非連續(xù)裝藥,底部兩根一捆即400 g加強(qiáng)藥包,上部間隔40 cm固定一根即200 g,以達(dá)到間隔裝藥的效果。藥卷直徑32 mm,堵塞長度2 m,堵塞段采用黃泥,導(dǎo)爆索貫穿全孔,竹片固定。

圖2 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

（4）主爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)裝藥,使用32 mm乳化炸藥每五根即1 kg一捆,裝藥長度6 m。裝藥前將藥皮劃開,保證炮孔裝藥密實(shí)。非裝藥部分進(jìn)行堵塞,堵塞長度3.5 m,堵塞段采用黃泥堵塞,非堵塞段采用空氣層。

圖3 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

4.5 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

本工程梯段爆破起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)絡(luò),電起爆。爆破設(shè)計(jì)主爆孔、緩沖孔采用MS3、MS5、MS7非電毫秒雷管孔內(nèi)延時(shí)爆破,孔間采用MS1非電毫秒雷管串聯(lián),排間采用MS1 段非電毫秒雷管連接。為增加爆破網(wǎng)絡(luò)起爆質(zhì)量,必要時(shí)孔內(nèi)采用雙發(fā)雷管,雷管腳線10 m~12 m。

爆破裝藥時(shí),主炮孔采用連續(xù)裝藥,預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索并聯(lián)Φ32 乳化炸藥間隔不耦合裝藥。主爆孔分外排、內(nèi)排兩種形式。根據(jù)爆破手冊,外排裝藥量受底盤抵抗線影響,單孔裝藥量較內(nèi)排增加以保證爆破效果。

本次爆破網(wǎng)絡(luò)自外向內(nèi)單排一響,爆破總藥量為Q=16×37.2+18×22.4+19×28.64+69×3.2=1763 kg。

圖4 梯段爆破起爆網(wǎng)絡(luò)圖

圖5 主炮孔裝藥布置圖

5 爆破安全允許距離

5.1 爆破振動(dòng)安全距離計(jì)算

本工程爆破振動(dòng)主要保護(hù)對象為交通隧道、天然氣管道兩項(xiàng)重要設(shè)施。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》,爆破振動(dòng)速度,按照下式計(jì)算：

式中：Q為炸藥量,延時(shí)爆破為最大單段藥量,kg,取69個(gè)預(yù)裂孔總裝藥量220.8 kg；R為計(jì)算點(diǎn)到爆源的距離,m；爆區(qū)距離交通隧道口最近距離約65 m,距天然氣管道415 m；K、a為系數(shù)和衰減指數(shù),本工程K取軟巖石250,a取軟巖石1.8。

經(jīng)計(jì)算：V隧道=3.48 cm/s,V隧道=0.124 cm/s（可忽略）。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）13.2.2表2.7的規(guī)定,保護(hù)對象取露天深孔爆破（f=10 Hz~50 Hz）交通隧道安全允許振動(dòng)速度V=12 cm/s~15 cm/s。經(jīng)核算V=3.48 cm/s遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于12 cm/s,故爆破交通隧道是安全的。

表2 初擬梯段爆破參數(shù)表

5.2 爆破沖擊波安全允許距離計(jì)算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》,爆破振動(dòng)安全距離,按照下式計(jì)算：

式中：Rk為空氣沖擊波對掩體內(nèi)人員的最小允許距離,m；Q為毫秒延時(shí)爆破為總藥量,kg。

根據(jù)爆破設(shè)計(jì),Q=220.8 kg,經(jīng)計(jì)算得Rk=151 m。

因此,爆破人員避炮安全距離選取200 m,大于爆破沖擊波影響距離。

5.3 個(gè)別飛石安全允許距離

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）13.6表10 個(gè)別飛散物對人員的安全允許距離,深空臺階爆破最小安全允許距離不小于200 m。由13.7 表11 外部電源與電爆網(wǎng)絡(luò)的安全允許距離,爆區(qū)高壓線的安全允許距離10 kV為50 m。

表1 初擬預(yù)裂爆破參數(shù)表

6 石方明挖方法

6.1 測量放線

測量放線依據(jù)批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行,由測量技術(shù)人員使用全站儀精確測放鉆孔孔位和方向控制點(diǎn)（距離盡量大于10 m）。放點(diǎn)時(shí),依據(jù)測放的孔位,現(xiàn)場技術(shù)員用水準(zhǔn)儀測量各點(diǎn)位高程,逐孔編號按照設(shè)計(jì)要求控制深度和角度。

6.2 鉆孔

依據(jù)爆破設(shè)計(jì)中的孔深、傾角、方位、孔編號及設(shè)計(jì)參數(shù),精確對中開鉆孔位。開鉆時(shí)采用低風(fēng)壓、低鉆速,鉆進(jìn)入巖0.5 m時(shí),停鉆再次由鉆工、現(xiàn)場技術(shù)員復(fù)核鉆桿傾角和方向,質(zhì)量監(jiān)督檢測站、現(xiàn)場跟班人員復(fù)核無誤后繼續(xù)正常壓力鉆進(jìn),防止鉆壓過大造成飄孔,若有偏差,則采用自制坡度尺或量角器糾偏調(diào)整。

6.3 裝藥

現(xiàn)場裝藥前由安全員和技術(shù)員聯(lián)合驗(yàn)收到場火工材料數(shù)量、品種,并在爆破器材領(lǐng)用單上如實(shí)簽寫到場火工材料數(shù)量、品種,并簽名。裝藥前技術(shù)員、鉆工拿開孔口堵塞物并進(jìn)行孔深檢測,期間需防止孔口周圍巖粉、巖塊等掉入孔內(nèi),否則在裝藥前要進(jìn)行清孔處理或掃孔處理。主爆孔由具體裝藥人員根據(jù)爆破設(shè)計(jì),控制操作裝藥車裝藥,保證裝藥符合設(shè)計(jì)要求,預(yù)裂孔串狀間隔裝藥,藥卷凈間距用鋼卷尺測量,使藥卷均勻的分布在竹片上,并使竹片貼靠在保留巖石面一側(cè)。裝藥時(shí)采用測尺控制裝藥長度和封堵長度。

6.4 封堵、聯(lián)網(wǎng)

按監(jiān)理工程師審核的爆破設(shè)計(jì),封堵人員用粘土等封堵爆破孔并分層搗實(shí),預(yù)裂孔先用紙或編織袋塞堵,再用巖粉堵塞不需搗實(shí)。

6.5 爆破

在進(jìn)行爆破前30 min,確保警戒區(qū)人員和設(shè)備能夠及時(shí)撤離施工現(xiàn)場,現(xiàn)場安全員要及時(shí)做好準(zhǔn)備工作,確認(rèn)現(xiàn)場完全撤離到安全范圍后,方可起爆。

6.6 安全處理

爆破完畢后,由開挖施工隊(duì)帶領(lǐng)炮工進(jìn)入爆破區(qū)進(jìn)行安全檢查,確認(rèn)無啞炮、瞎炮和拒爆等現(xiàn)象后方可解除警戒,允許施工人員和設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場；若發(fā)現(xiàn)存在上述現(xiàn)象,及時(shí)通知安全文明辦、監(jiān)理工程師,確定處理措施進(jìn)行處理。

6.7 出渣

采用1.2 m3液壓挖掘機(jī)配20 t自卸汽車?yán)\(yùn)至設(shè)計(jì)填溝內(nèi)。

7 安全技術(shù)及防護(hù)措施

（1）通過現(xiàn)場實(shí)踐多次驗(yàn)證采用微差爆破比齊發(fā)爆破平均降震率達(dá)到50%,因此,微差段數(shù)層次越多使得降震效果更佳。

（2）確保預(yù)裂爆破梯段開挖的質(zhì)量,關(guān)鍵是要精確地計(jì)算出爆破參數(shù),孔網(wǎng)距,炸藥單耗,單孔裝藥量等參數(shù)。

（3）為確保炮孔的堵塞質(zhì)量和堵塞長度能達(dá)到要求,堵塞材料要達(dá)到規(guī)定范圍,而且要確保堵塞物中不能夾帶小石塊、碎石和雜物等。

（4）進(jìn)行爆破施工時(shí),要及時(shí)做好安全警戒,及時(shí)將人員撤離到300 m以外的安全范圍內(nèi)。

8 環(huán)境保護(hù)措施

（1）對進(jìn)場人員加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識,對生活垃圾、進(jìn)場施工機(jī)械、進(jìn)場材料停放、堆存要集中規(guī)劃堆放整齊,爭創(chuàng)文明工地。

（2）完工后,對施工車輛做到清洗干凈做好保養(yǎng)后停放在指定停車位置,對建筑材料進(jìn)行掛牌標(biāo)識并堆放有序,對易燃、易爆的及有毒有害的材料,按照垃圾分類進(jìn)行存放和處置。