復(fù)雜城市環(huán)境下石方爆破安全防護(hù)技術(shù)

項　斌，吳　義，陳艷春，趙敏杰

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310030）

·巖土工程·

復(fù)雜城市環(huán)境下石方爆破安全防護(hù)技術(shù)

項斌*，吳義，陳艷春，趙敏杰

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310030）

在城市進(jìn)行石方爆破時，既要考慮對周邊既有建筑物的影響，又要考慮附近行人的安全，因此需要采取可靠的爆破技術(shù)和防護(hù)措施。結(jié)合工程實例，首先根據(jù)爆破周邊環(huán)境特點，合理組織爆破施工，再針對爆破中產(chǎn)生的振動、飛石等危害，采取弱松動控制爆破、預(yù)裂爆破等技術(shù)，有效地控制了爆破振動的危害。同時通過直接覆蓋防護(hù)、鋼管架近距離防護(hù)、立架防護(hù)等防護(hù)技術(shù)對爆破飛石進(jìn)行控制。工程實踐表明，該安全防護(hù)技術(shù)取得了良好的防護(hù)效果。

爆破安全技術(shù)；爆破降振；爆破飛石；覆蓋防護(hù)

在城市中進(jìn)行石方工程爆破，由于周邊環(huán)境復(fù)雜，爆破危害較大，安全防護(hù)措施顯得尤為重要［1］。爆破危害主要分為：爆破振動、爆破飛石和沖擊波危害等［2］，其中主要的危害是爆破振動及爆破飛石。控制爆破振動最有效的方法就是對爆破源降振，控制飛石主要采取優(yōu)化爆破參數(shù)控制飛石產(chǎn)生，同時加強(qiáng)外部安全防護(hù)［3］。基于緊鄰杭州西湖景區(qū)的基坑爆破工程，針對施工中可能出現(xiàn)的爆破危害，提出了爆破振動控制技術(shù)及爆破飛石安全防護(hù)技術(shù)，對類似工程爆破施工具有一定的參考價值。

1　工程概況

1.1工程總體概述

該項目位于杭州西湖5A級風(fēng)景區(qū)內(nèi)，項目南側(cè)為景區(qū)道路及西湖。該項目地下室基坑開挖時遇山體石方，由于該區(qū)域主要為凝灰?guī)r，石質(zhì)堅硬，機(jī)械開挖無法進(jìn)行，需進(jìn)行爆破施工。基坑爆破開挖方量約50000m3，開挖深度1～21m不等。設(shè)計開挖基坑底標(biāo)高為+16.7m，在+29.6m處設(shè)置有一臺階，臺階寬度為2.0m，邊坡分別為1∶0.3和1∶0.15。

1.2工程周邊環(huán)境

本工程爆破區(qū)域南側(cè)距景區(qū)道路北山街約130m，距景區(qū)內(nèi)房屋最近約35m，距西湖道路約203m。東側(cè)距瑪瑙寺景區(qū)古建筑約95m，100～300m內(nèi)名勝古跡密集。爆破地點西側(cè)、北側(cè)50m范圍內(nèi)為山體，其中距浙江檔案館洞庫僅10余米，項目部距離爆破區(qū)域約30m。本工程須重點控制東側(cè)、南側(cè)因爆破產(chǎn)生的振動、飛石和噪音危害。爆破點周邊環(huán)境見圖1。

圖1　爆破周邊環(huán)境圖

2　爆破技術(shù)方案

2.1總體爆破方案

2.1.1安全控制目標(biāo)

考慮到本工程位于杭州西湖5A級景區(qū)核心地點，安全要求高，業(yè)主單位要求現(xiàn)場施工技術(shù)管理按常規(guī)城市控制爆破提高一個等級進(jìn)行管理，控制爆破振動，采用精確的城市定向控制爆破實現(xiàn)最小飛石的目標(biāo)，不對周邊建（構(gòu)）筑物造成損壞。

2.1.2爆破方案

（1）根據(jù)設(shè)計要求，首先對北側(cè)邊坡設(shè)計位置進(jìn)行預(yù)裂爆破，降低爆破振動和保證邊坡穩(wěn)定性。

（2）本工程西側(cè)環(huán)境較好，擬采取西側(cè)作為初始爆破臨空面，有利于爆破飛石的控制，爆破開挖方向自西向東進(jìn)行。

（3）對一次開挖深度在1～4m的爆破區(qū)域，采用淺孔城市控制爆破。淺孔爆破采用孔內(nèi)延時，四通連接復(fù)式起爆網(wǎng)，單次總裝藥量不大于200kg。

（4）對一次開挖深度在4m以上的爆破區(qū)域，采用弱松動城市控制爆破。控制爆破采用孔內(nèi)外延時，采用孔內(nèi)高段位、孔外低段位的連接方式，單次總裝藥量不大于500kg。

（5）主爆破區(qū)分2個平臺施工，即+41m，+29.6m平臺，按照分層分塊的原則進(jìn)行爆破開挖，每層的開挖深度控制在13m以內(nèi)。

（6）由于采用弱松動城市控制爆破，巖石體積大，爆破后需進(jìn)行機(jī)械二次破碎，以滿足石渣裝車運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

總體施工安排如圖2所示。

圖2　施工安排示意圖

2.2技術(shù)控制措施

（1）爆破前應(yīng)計算爆破參數(shù)，并進(jìn)行小規(guī)模試爆，以確定最優(yōu)爆破參數(shù)；

（2）控制爆破規(guī)模，其中弱松動城市控制爆破單次總起爆藥量不超過500kg，單響藥量不超過30.78kg，淺孔城市控制爆破單次總起爆藥量不超過200kg，單響藥量不超過10kg；

（3）預(yù)先在爆破區(qū)周邊2m范圍內(nèi)鉆2排減震孔，孔徑?90mm，孔排、間距30cm×30cm梅花型布置，以降低爆破產(chǎn)生的振動對周邊建筑物產(chǎn)生的影響；

（4）做好安全防護(hù)，在爆破區(qū)域用炮被和砂袋覆蓋防護(hù)；在爆破區(qū)域南側(cè)15m處搭設(shè)防護(hù)立架。

3　爆破安全設(shè)計

安全防護(hù)是爆破施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，爆破過程中存在的不安全因素必須進(jìn)行有效的控制，本工程實施爆破作業(yè)的不安全因素主要是爆破振動和爆破飛石影響。而且本工程處于著名風(fēng)景區(qū)內(nèi)，游客眾多，爆破點距離歷史建筑物較近，施工安全顯得尤為重要。根據(jù)國家爆破安全的有關(guān)規(guī)定，對本項目的爆破安全設(shè)計如下。

3.1爆破振動控制

3.1.1爆破安全距離驗算

爆破引起的振動速度的計算公式為：

式中：V——質(zhì)點振動速度，cm/s；

Q——單響最大起爆藥量，kg；

R——保護(hù)目標(biāo)到爆破地點之間的距離，m；

K——與地形地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件取150；

α——地震波衰減指數(shù)，取1.5。

根據(jù)我國《爆破安全規(guī)程》［4］的規(guī)定，不同類型的建（構(gòu)）筑物的最小安全允許振速不同。本工程周邊多為非抗震的砌體建筑物，取最小安全允許振速2.0cm/s；最近為場內(nèi)的項目部用房，距離約為91m；本工程控制爆破單響最大藥量為30.78kg。

將上述參數(shù)分別代入公式知：V=0.98cm/s小于規(guī)定值2.0cm/s，不會對附近民房等建（構(gòu)）筑造成損傷。

3.1.2預(yù)裂爆破設(shè)計

本工程邊坡設(shè)計位置擬采用預(yù)裂爆破，即在主爆孔前預(yù)裂一條縫來降低爆破振動對邊坡的影響，保證邊坡穩(wěn)定性和界面平整性。預(yù)裂爆破既能減小爆破振動對保留邊坡的破壞作用，又能降低爆炸應(yīng)力波的傳遞，從而達(dá)到減震目的。預(yù)裂爆破參數(shù)見表1。

表1　預(yù)裂爆破參數(shù)

3.1.3弱松動定向控制爆破設(shè)計

為減少爆破振動，將爆破能量均勻發(fā)散，本工程采用微差爆破技術(shù)，將炮孔逐排分段延期起爆［4］。爆破網(wǎng)路采用孔內(nèi)外延期，孔內(nèi)高段位、孔外低段位的連接方式。主爆孔、緩沖孔分別采用地表導(dǎo)爆管雷管和孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管實施逐孔起爆。地表導(dǎo)爆管雷管為25ms雷管，孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管為400ms雷管。經(jīng)計算能保證首排地表雷管起爆完畢傳給第二排雷管，不會因主爆孔起爆過早導(dǎo)致爆破飛石砸斷后續(xù)爆破網(wǎng)路。單孔裝藥量大于允許值時進(jìn)行孔內(nèi)分段。

3.2爆破飛石防護(hù)

3.2.1爆破飛石的產(chǎn)生原因

局部抵抗線過小或藥量過大將造成飛石沿最小抵抗線方向飛出；炮孔堵塞質(zhì)量差或者長度不夠?qū)⒃斐娠w石朝孔口方向飛出；巖體存在軟弱面，介質(zhì)性脆都會造成飛石向軟弱面方向飛出；爆破產(chǎn)生多余的能量作用在某些碎塊上使其獲得較大的動能而飛出。

3.2.2控制爆破飛石的產(chǎn)生

（1）采取合理爆破參數(shù)如：孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥量、最小抵抗線、炮孔間距和排距等，使得巖石爆破達(dá)到松而不散的效果；

（2）裝藥量要根據(jù)每個炮孔測量的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)抵抗線大小及時調(diào)整裝藥量；

（3）炮孔堵塞長度為1.4倍最小抵抗線，最短不得小于最小抵抗線的1.2倍。堵塞材料由粗砂、巖粉混合而成，避免夾雜碎石；堵塞時應(yīng)邊回填、邊震搗固實，確保堵塞段連續(xù)密實；

（4）對于節(jié)理發(fā)育的巖石，布孔時應(yīng)盡量避開；遇到斷層或軟弱面時，裝藥量要適當(dāng)降低；

（5）確定合理的起爆順序和間隔時間，使爆破出來的巖石能夠發(fā)生一定位移，而不造成爆破面前方巖石堆積，減少后排爆下的巖石碰撞產(chǎn)生的飛石。

3.2.3加強(qiáng)爆破飛石的防護(hù)

除采取主動控制減少飛石產(chǎn)生外，還應(yīng)采取被動防護(hù)措施降低爆破飛石的危害。

（1）飛石距離計算。爆破飛石最大距離采用公式（2）計算：

式中：d——炮孔直徑，mm；本工程炮孔直徑最大為90mm。

帶入公式計算得RF=141m，因此還需對爆破巖體采取覆蓋和架體防護(hù)等措施，將個別飛石距離控制在50m以內(nèi)（項目在建工程安全距離）。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程西側(cè)臨空面安全警戒范圍為200m，南北側(cè)安全警戒范圍為135m。

（2）主爆破區(qū)域防護(hù)。為減少主炮孔產(chǎn)生飛石，炮孔完成堵塞后，首先用砂袋在孔口封堵，再用炮被覆蓋，炮被上繼續(xù)加載砂袋，以確保覆蓋效果。炮被由廢舊汽車胎編制而成，具有較高的強(qiáng)度、彈性和韌性，并有一定的重量，炮被之間用鋼絲扎緊加固，編制嚴(yán)實。為進(jìn)一步防止爆炸氣浪及濺起的飛石，在主炮孔上方搭設(shè)鋼管架，架體高2m，并在架體頂部鋪設(shè)竹片。覆蓋防護(hù)示意圖如圖3所示。

圖3　主爆破區(qū)域覆蓋防護(hù)體系

（3）爆破臨空面防護(hù)。對于爆破臨空面少量可能產(chǎn)生的飛石，在距炮孔頂部、臺階坡腳2m處搭設(shè)鋼管架，鋼管架上覆蓋竹片并鋪設(shè)高強(qiáng)尼龍網(wǎng)，減小臨空面爆破飛石距離。防護(hù)示意圖見圖4。

圖4　爆破臨空面防護(hù)體系

（4）預(yù)裂孔防護(hù)。在預(yù)裂孔兩側(cè)搭設(shè)鋼管架，架體高1m寬3m，橫桿上方覆蓋炮被和砂袋，立架臨空側(cè)單側(cè)掛設(shè)竹片，立架上方履蓋體重量大于400kg，并在預(yù)裂孔口部覆蓋炮被及砂袋。這種防護(hù)體系簡單，安全防護(hù)效果明顯，有效解決了預(yù)裂孔爆破力突出的問題。具體構(gòu)造示意圖見圖5。

圖5　預(yù)裂孔防護(hù)體系

（5）立架防護(hù)。為防護(hù)不可預(yù)見的零星飛石，在距爆破地點南側(cè)15m處搭設(shè)鋼管立架，以防飛石落入南側(cè)景區(qū)道路內(nèi)。立架寬6m，高18m，長60m，采用?50mm鋼管制做成基本骨架，底部將鋼管插入地下不少于0.5m，以2.0m×2.0m間距搭設(shè)，豎向等間距設(shè)置剪刀撐。在臨近爆破面首層、第三層鋼管上滿鋪竹片嚴(yán)防飛石破壞。搭設(shè)立架時須用錨索斜拉固定，以確保立架不發(fā)生傾斜。該鋼管立架防護(hù)體系適用于鄰近爆破區(qū)域的建筑物、構(gòu)筑物防護(hù)。

3.3爆破振動監(jiān)測防控

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》［4］規(guī)定，應(yīng)對鄰近建筑物實施監(jiān)控，本工程在爆破點周圍設(shè)置7個監(jiān)測點，采用TC4850振動測試儀獲取爆破振動數(shù)據(jù)，監(jiān)測點振動最大值為0.832cm/s滿足規(guī)范要求。爆破后應(yīng)對可能發(fā)生的破壞點進(jìn)行房屋鑒定和災(zāi)害評估［5］，本工程鄰近建筑物未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體受損、墻體產(chǎn)生裂紋及粉刷層脫落等情況。

4　爆破安全管理措施

4.1常規(guī)爆破安全措施

（1）同一爆破區(qū)域作業(yè)時，禁止鉆孔和裝藥同時進(jìn)行；

（2）爆破網(wǎng)路由專業(yè)人員負(fù)責(zé)聯(lián)線，由爆破安全員監(jiān)督，最后由技術(shù)人員檢查，確認(rèn)無誤后方準(zhǔn)起爆；

（3）定期檢查炸藥的質(zhì)量，嚴(yán)禁使用過期、變質(zhì)、受潮的炸藥，炸藥儲存時必須注意防水和防潮；炸藥和雷管應(yīng)分開存放，搬運(yùn)時不得一起搬運(yùn)；

（4）露天爆破時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的風(fēng)向、風(fēng)速，使人員處于上風(fēng)向位置。

4.2加強(qiáng)安全警戒管理

本工程爆破安全警戒范圍東向150m，南向130m，西向200m，北向130m，并在現(xiàn)場設(shè)置警戒線。爆破作業(yè)開始前一天發(fā)布公告通知附近居民及行人；爆破前30min對警戒范圍內(nèi)人員進(jìn)行排查清場；爆破時安排人員巡視警戒線周圍，嚴(yán)禁車輛和行人進(jìn)入警戒范圍；爆破完畢后，必須由爆破專業(yè)人員檢查現(xiàn)場，確認(rèn)現(xiàn)場無盲炮情況后，才能解除警戒。

5　結(jié)語

本工程爆破施工所采取的爆破技術(shù)及安全措施有效地控制了爆破振動、爆破飛石等對既有建筑物的破壞，保障了景區(qū)內(nèi)行人的安全，為后序施工打下了良好的基礎(chǔ)，也為今后類似工程的設(shè)計與施工提供以下參考：

（1）在復(fù)雜城市環(huán)境下進(jìn)行爆破開挖難度較大，但只要針對其周邊環(huán)境和地質(zhì)條件，合理地組織施工，并采取多種爆破技術(shù)相結(jié)合，就能保證施工安全，提高爆破質(zhì)量。

（2）在既有建筑物附近爆破時，采取爆破孔覆蓋防護(hù)、鋼管架近距離防護(hù)、立架防護(hù)3種措施結(jié)合，能夠取得良好的防護(hù)效果。爆破孔覆蓋是減少飛石的第一道重要防線，鋼管架近距離防護(hù)是減少飛石的第二道防線，立架防護(hù)是保護(hù)既有建筑物與行人的最后屏障。

［1］趙新濤.城市巖體開挖爆破振動效應(yīng)及安全控制研究［D］.重慶大學(xué)，2010.

［2］呂小師，孫博.緊臨既有線石方控制爆破技術(shù)及安全防護(hù)措施［J］.爆破，2011（4）：97-100.

［3］唐小軍，賴紅源，夏鶴平，等.預(yù)裂爆破在紫金山金銅礦高陡邊坡的應(yīng)用［J］.爆破，2010（3）：48-50.

［4］GB 6722-2014爆破安全規(guī)程［S］.

［5］江斌.城市復(fù)雜環(huán)境條件下控制爆破技術(shù)［J］.地下空間與工程學(xué)報，2007，3（4）：773-775.

Rock Blasting Safety Protection Technology under City Complex Environment

XIANG Bin，WU Yi，CHEN Yan-chun，ZHAO Min-jie
（Tunnel Engineering Company of Zhejiang Province，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

With the consideration of the impact on the surrounding existing buildings and the safety of pedestrians during rock blasting in the urban area，reliable blasting technology and protective measures should be taken.According to the project，the reasonable arrangement for the blasting construction has been made based on the characteristics of the blasting surrounding conditions，after that，considering the vibration and flying rock caused by blasting， the weak loose controlled blasting and pre-splitting blasting technologies have been used，which effectively reduced the hazards of blasting vibration，such as direct covered protection，scaffold close protection and vertical scaffold protection.Engineering practice shows that the safety protection technology has achieved good results.

blasting safety technology；blasting vibration reduction；blasting flying rock；covered protection

TV542

B

1004-5716（2016）07-0001-05

2016-03-31

2016-04-01

項斌（1971-），男（漢族），浙江龍游人，工程師，現(xiàn)從事隧道與邊坡施工方面的工作。