基于復(fù)雜環(huán)境下爆破施工安全技術(shù)的應(yīng)用分析

袁成棟

（廣西工程技術(shù)研究院有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

在工程項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)區(qū)域及周邊環(huán)境越發(fā)復(fù)雜的背景下，為保證施工活動(dòng)有序推進(jìn)，施工人員可以在明確工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用安全爆破施工技術(shù)，在保證爆破施工滿足工程項(xiàng)目要求的同時(shí)，提升施工活動(dòng)的安全性與可靠性，以此為復(fù)雜環(huán)境項(xiàng)目的施工建設(shè)提供支持。

1 爆破施工的基礎(chǔ)原理

復(fù)雜環(huán)境下爆破施工主要指的是巖石爆破施工，過程中的施工主要是通過使巖石徑向、環(huán)向破裂的方式，避免巖石的存在給施工活動(dòng)的推進(jìn)造成阻礙?？紤]到當(dāng)前大部分巖石本身存在裂隙，因此在爆破過程中，爆破沖擊波首先會(huì)使巖石的原生裂隙逐步擴(kuò)大，達(dá)到破碎巖石的目的。同時(shí)，沖擊波可以自炮孔處向外延伸，產(chǎn)生細(xì)小裂隙，在氣體壓力的情況下，徑向裂隙會(huì)貫穿巖石，抵達(dá)自由面，并使巖石向阻力小的方向移動(dòng)。此外，巖石環(huán)相裂隙與梁的彎曲破裂情況有著一定的相似度，在爆炸過程中爆生氣體會(huì)使巖石發(fā)生彎曲與破碎。在炸藥爆炸時(shí)，巖石徑向裂隙在擴(kuò)展后，爆生氣體會(huì)以壓力的形式作用于孔壁，巖石在出現(xiàn)移動(dòng)情況的同時(shí)，爆炸產(chǎn)生的壓力會(huì)在梁的跨距中點(diǎn)處，因阻力減小而使梁發(fā)生彎曲現(xiàn)象。假設(shè)爆炸作用開始于雷管的位置，那么巖石最大位移處也將發(fā)生于藥柱中心雷管所在位置，氣體膨脹會(huì)使巖石在自由面處產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致巖石在巖性變化或初始沖擊波引起的徑向裂隙作用下，破碎軟弱面[1]。

2 爆破施工中需考慮的因素

在城市化進(jìn)程逐步推進(jìn)的當(dāng)下，各類工程項(xiàng)目的數(shù)量不斷增加，施工環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)的人工、機(jī)械施工方式，那么工程項(xiàng)目的整體施工成本、施工時(shí)長等因素將無法得到有效的管控。為解決上述問題，爆破施工作為一種高效的施工技術(shù)受到了施工單位的廣泛歡迎。但需要注意的是，在實(shí)際施工過程中，爆破施工材料、爆破施工區(qū)域均存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的管控，確定可能影響爆破施工安全性的各類因素，制定相應(yīng)的因素控制方案，成為保證工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行的必要舉措。

2.1 爆破參數(shù)

計(jì)算復(fù)雜環(huán)境爆破參數(shù)時(shí)，工作人員需明確爆破區(qū)域的炮眼深度、孔徑、孔距、超鉆等與炮眼設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)，以便為后續(xù)爆破工作的開展提供可靠的數(shù)據(jù)支持。具體來說，首先，炮眼深度與爆炸抵抗效果之間存在著直接的關(guān)系，爆破時(shí)的炮眼深度大，那么巖石的抵抗性將隨之增大。同時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，爆破時(shí)炮眼的深度與抵抗的最優(yōu)比值為1:3，即達(dá)到最大破碎與最小超挖工作面的炮孔高度應(yīng)當(dāng)為3 倍的抵抗大小。其次，在確定炮眼的孔徑時(shí)，工作人員可以從設(shè)備能力、凹槽深度、爆破區(qū)域與最近建筑物的距離這3 個(gè)方面入手，在保證凹槽深度與最近建筑物的距離符合相關(guān)規(guī)定要求的基礎(chǔ)上，使用最大孔徑，以便在減少炮孔數(shù)量的同時(shí)，提高爆破工作的效率。再次，工作人員可以結(jié)合爆破的具體形式確定孔距，爆破形式為單排爆破，那么可以設(shè)孔距為1.8 倍的抵抗。若爆破形式為多排孔同時(shí)起爆，那么在孔深與抵抗比小于4 時(shí)，孔距的計(jì)算公式如下：

式中：S——孔距；B——抵抗；L——孔深。

當(dāng)孔深與抵抗之間的比值大于4 時(shí)，那么可將孔距設(shè)為2 倍的抵抗。若爆破形式為延時(shí)爆破，那么可以將孔距設(shè)為1.4 倍的抵抗。最后，受夾制作用的影響，孔底巖石的爆破難度偏大，在炸藥爆炸后，為實(shí)現(xiàn)巖石的高效破碎，可以通過將超鉆設(shè)為0.3～0.5 倍的抵抗的方式，使巖石底部的水平拉應(yīng)力有所增加，提升爆破工作的質(zhì)量水平[2]。

2.2 抵抗系數(shù)

在復(fù)雜環(huán)境下，工作人員可以利用式（2）計(jì)算巖石的抵抗：

式中：De——炸藥的直徑；SGe——炸藥的密度；SGr——巖石的密度。

2.3 裝藥量

為了在保證巖石正常破碎的同時(shí)，節(jié)約炸藥，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，需要參照式（3）至式（4）對(duì)爆破工作中的炸藥量加以計(jì)算。

式中：Q——裝藥量；q——炸藥單耗；f——巖石的普式系數(shù)。

2.4 堵塞技術(shù)

在爆破過程中，通過堵塞所有炮孔的方式，可以有效延長膨脹氣體逸出時(shí)間，達(dá)到提高爆破效果，降低炸藥的消耗量的目的。在復(fù)雜環(huán)境爆破工作中，堵塞技術(shù)應(yīng)用效果偏低，那么不僅會(huì)導(dǎo)致飛石量的增加，還會(huì)產(chǎn)生更多的空氣沖擊波，增大地面的振動(dòng)幅度，威脅周邊人群的人身安全。現(xiàn)階段為提升堵塞工作的質(zhì)量，工作人員可使用帶棱角的炮泥，并將其以較大的壓力壓入炮孔中。通過研究可以發(fā)現(xiàn)在堵塞工作中，炮孔與炮泥顆粒的大小比應(yīng)為17:1，且炮泥的填充長度約為0.7～1的抵抗，在后續(xù)計(jì)算工作中，可以按照2:1 的比例，將炮孔表面覆土折算成巖石[3]。

2.5 緩沖爆破技術(shù)

為保證爆破工作取得令人滿意的效果，在實(shí)踐中應(yīng)保證緩沖孔能夠同時(shí)起爆，但為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)情況的有效管控，工作人員可采用間隔的方式，控制孔距=孔徑數(shù)+1，或控制抵抗=1.5×孔距。

2.6 爆破振動(dòng)

爆破工作時(shí)炸藥產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力波會(huì)在巖石中傳播，并且隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱。需要注意的是，這種彈性波向外傳播時(shí)會(huì)導(dǎo)致地面建筑物隨著波的傳播而出現(xiàn)振動(dòng)情況，這一振動(dòng)現(xiàn)象可以被稱作爆破地震，當(dāng)爆破地震的強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，地表建筑物可能會(huì)被損壞。為降低爆破工作對(duì)周邊的影響，工作人員需要利用式（5）對(duì)爆破時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)情況加以計(jì)算。

式中：K——與爆破場(chǎng)地相關(guān)的系數(shù)；a——與地質(zhì)條件相關(guān)的系數(shù)；Q——最大起爆炸藥量；V安——允許的安全振動(dòng)速度。

通過在后續(xù)爆破工作中，保證爆破區(qū)域與建筑之間間距符合《爆破安全規(guī)程》要求的方式，避免爆破施工對(duì)地標(biāo)建筑安全造成不利影響。

2.7 主頻率

為保證爆破施工活動(dòng)的安全性，在爆破施工時(shí)，可以參照式（6）求得爆破排間距地震波的傳播時(shí)間。

式中：s——爆破排間距；t——微差時(shí)間；V——瑞利波波速，其值為700m/s。

式中：t+——應(yīng)力波的正相位作用時(shí)間；R——距離；Kt——決定爆破條件的系數(shù)，若爆破區(qū)域?yàn)閹r石，那么Kt的取值范圍為0.01～0.03，若爆破區(qū)域?yàn)橹杏餐?，那么其取值范圍?.03～0.06[4]。

2.8 爆破飛石

爆破飛石是爆破工作中對(duì)周邊群眾安全威脅較大的因素之一，復(fù)雜環(huán)境爆破工作中，為實(shí)現(xiàn)爆破飛石距離的有效管控，工作人員需結(jié)合爆破方法、爆破參數(shù)、堵塞長度、堵塞質(zhì)量、地形地質(zhì)條件、氣象條件等因素，開展綜合性的爆破飛石評(píng)估工作。

3 復(fù)雜環(huán)境下爆破施工安全技術(shù)的應(yīng)用策略

巖質(zhì)邊坡爆破施工是城市復(fù)雜環(huán)境下爆破施工活動(dòng)中難度偏大的施工項(xiàng)目，在爆破施工過程中，受強(qiáng)烈爆破震動(dòng)的影響，邊坡原有的平衡遭到了破壞，其應(yīng)力場(chǎng)重新分布，極有可能發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害，在耽誤施工進(jìn)程的同時(shí)對(duì)周圍居民人身安全造成威脅，現(xiàn)階段為提升邊坡爆破施工的安全性，施工單位可以采用合理的方式與安全防護(hù)技術(shù)加強(qiáng)爆破施工的管理。

3.1 項(xiàng)目概況

某高速公路位于南方某地區(qū)，為滿足高速公路擴(kuò)建的需要，開展了附近長邊坡爆破施工活動(dòng)。擴(kuò)大高速公路可建設(shè)范圍，對(duì)待爆破區(qū)域進(jìn)行分析，可以了解到高速公路附近的邊坡施工需沿山體走向進(jìn)行，該山體有著左右較高，中間偏低的地形條件，并且左右地質(zhì)巖性差別較大，坡面較為陡峭，同時(shí)施工坡面破碎程度較為嚴(yán)重。具體來說，該邊坡灰?guī)r帶的坡面傾角在70°～80°，泥巖坡面的傾角在50°～70°。在爆破坡面的北側(cè)為市政道路，該區(qū)域車流量偏大，在邊坡K0+20m—K0+250m 東側(cè)處有著正常運(yùn)行的工業(yè)廠區(qū)、磚木結(jié)構(gòu)的住宅樓，建筑與開挖爆破區(qū)域的最近距離為7m，在K0+299m—K0+510m 處的西側(cè)有正在建設(shè)的工業(yè)廠房，此處人流量較大，車流量較為密集。在爆破邊坡的南側(cè)，有著依山而建的廠房、生活區(qū)，爆破區(qū)域與生活區(qū)域之間的最近距離為3m。該邊坡高差在10～23m，邊坡落差最大，處分三級(jí)放坡工程釋放爆破開發(fā)量約為26×104m3。

3.2 分析爆破施工難點(diǎn)

此次施工活動(dòng)中爆破難度較大，具體如下：①該工程項(xiàng)目的邊坡總長度達(dá)到了550m，若全段同時(shí)施工，那么需要的施工人員數(shù)量較多，在工程工期較緊的情況下，無法在爆破后與后續(xù)施工前預(yù)留足夠的時(shí)間，對(duì)爆破面的安全情況加以檢測(cè)。②爆破施工時(shí)形成的淺層裂隙發(fā)育與原始節(jié)理裂隙會(huì)相互交錯(cuò)，增大陡坡處巖體破碎程度的同時(shí)，使得陡坡處出現(xiàn)危石崩落現(xiàn)象的概率大幅度增加。③考慮到坡面施工后期需要對(duì)空余區(qū)域進(jìn)行綠化景觀施工活動(dòng)，因此為保證綠化施工活動(dòng)能夠有序進(jìn)行，在開展邊鋪包施工時(shí)，施工人員需要開展分級(jí)爆破施工活動(dòng)，且在爆破面開挖時(shí)，應(yīng)保證開挖輪廓線符合設(shè)計(jì)斷面尺寸，并嚴(yán)禁出現(xiàn)邊坡的現(xiàn)象，這在一定程度上增大了爆破施工質(zhì)量控制的難度。④在爆破施工中，為避免飛石、噪聲等問題對(duì)周邊群眾的正常生活造成不利影響，施工人員需要采用全封閉施工方式，在控制爆破飛石的同時(shí)，降低鉆爆施工產(chǎn)生的干擾。

3.3 明確爆破施工中重點(diǎn)防范的不安全因素

在開展邊坡爆破施工時(shí)，需要對(duì)爆破震動(dòng)產(chǎn)生的巖體穩(wěn)定性影響因素加以分析，以便為后續(xù)針對(duì)性防護(hù)方案的制定提供參照。對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，邊坡跨度較大，若南北段同時(shí)爆破施工，那么施工單位需要重點(diǎn)控制邊坡因爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)、塌方、飛石、坡頂滾石、噪音等危害。在明確本次施工活動(dòng)中需要重點(diǎn)防范不安全因素后，首先，施工單位可以通過優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，控制能量源釋放與作用過程的方式，實(shí)現(xiàn)爆破施工活動(dòng)的主動(dòng)防護(hù)。其次，可以通過采用針對(duì)性安全防護(hù)措施，對(duì)已發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生的危害效應(yīng)加以控制的方式，降低危害所產(chǎn)生的區(qū)域時(shí)間與程度。最后，施工單位可以通過加強(qiáng)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)周圍建筑進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)分析的方式實(shí)現(xiàn)爆破施工的輔助防護(hù)，進(jìn)一步提升施工方案的安全性。

3.4 制定安全控制措施

在本次爆破施工活動(dòng)中，為提升爆破施工活動(dòng)的安全性。

（1）為降低內(nèi)因?qū)κ┕ぐ踩栽斐傻牟焕绊懀┕挝唤Y(jié)合現(xiàn)有施工設(shè)計(jì)方案與施工設(shè)備應(yīng)用了大小鉆孔間隔布孔、不耦合裝藥等施工方式，避免因巖層不均衡所造成的爆炸效果不平衡現(xiàn)象，同時(shí)，避免了爆破施工活動(dòng)對(duì)正面建筑所造成的威脅。

（2）為避免飛石出現(xiàn)給周邊群眾、廠房、建筑所造成的安全威脅，在開展危害程度較大區(qū)域的爆破施工時(shí)，施工單位在藥孔及掩體上部覆蓋了柔性防護(hù)層，這種爆破區(qū)域的安全防護(hù)方式的應(yīng)用，提升了被防護(hù)工作的可靠性。

（3）面對(duì)爆破區(qū)域與鄰近建筑之間距離較近，容易產(chǎn)生滾石、飛石等問題的情況，施工單位在臨近區(qū)域搭設(shè)了立架防護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)了邊區(qū)分級(jí)爆破區(qū)域以及臨近爆破區(qū)域周邊構(gòu)筑物的有效防護(hù)。

（4）邊坡坡腳區(qū)域?yàn)楸敬伪剖┕せ顒?dòng)的重要通道，為避免爆破時(shí)滾石這類問題的出現(xiàn)，影響區(qū)域的正常通行，施工單位通過在不利于搭建立架的區(qū)域，架設(shè)邊坡鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制件的方式，提升了邊坡滾石防護(hù)效果。

（5）為實(shí)現(xiàn)爆破污染情況的有效管控，施工單位通過將爆破作業(yè)時(shí)間與周邊群眾作息時(shí)間交錯(cuò)開來，并合理安排爆破清渣等作業(yè)活動(dòng)的方式，提升了爆破施工活動(dòng)的人性化水平[5]。

4 結(jié)語

對(duì)上述邊坡爆破施工活動(dòng)進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，首先，本次工程爆破實(shí)際施工時(shí)間較預(yù)期時(shí)間縮短了20d，且爆破效果較為理想，爆破最小巖石塊徑為0.65m，爆破參數(shù)優(yōu)化后取得了良好的效果。其次，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)本次爆破施工活動(dòng)中，臨近職工生活區(qū)的最大震速為0.46cm/s，其他建筑爆破點(diǎn)最近處的最大震數(shù)均比較小。再次，對(duì)整個(gè)工程施工階段的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)爆破施工活動(dòng)中安全防護(hù)技術(shù)取得了良好的效果，施工活動(dòng)并未對(duì)周邊交通人員安全造成不利影響。最后，本次爆破施工活動(dòng)中，施工單位使用了不耦合裝藥方式、大小間隔布孔等技術(shù)，并在施工現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了最小抵抗線方向的優(yōu)化，在確保爆破施工活動(dòng)正常展開的同時(shí)，提升了安全防護(hù)工作的有效性。