臨近村莊的鐵路路堤爆破方案優化

楊旭書 胡 剛 楊智廣

(1.中鐵二十二局哈爾濱鐵路建設集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150000; 2.遼寧工程技術大學爆破技術研究院，遼寧 阜新 123000； 3.遼寧工大爆破工程有限責任公司，遼寧 阜新 123000)

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臨近村莊的鐵路路堤爆破方案優化

楊旭書1胡 剛2*楊智廣3

(1.中鐵二十二局哈爾濱鐵路建設集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150000; 2.遼寧工程技術大學爆破技術研究院，遼寧 阜新 123000； 3.遼寧工大爆破工程有限責任公司，遼寧 阜新 123000)

以錦阜高鐵路擴能改造工程項目為背景，依據路堤初次爆破方案的參數設計和振動監測數據，分析了路堤原方案爆破效果存在的問題，針對振速過大和房屋破壞的情況，對路堤的爆破方案進行優化，并通過監測到的測點振速和爆源距，得出爆破振動速度衰減公式，保證了臨近村莊結構的安全，對后續路堤爆破設計和類似路堤爆破施工有一定參考意義。

路堤，爆破方案，優化設計，振動速度

0 引言

鐵路路堤爆破施工中不可避免對臨近村莊房屋的安全造成不利的影響，爆破荷載產生的應力波會影響到路堤周邊一定范圍內房屋的穩定性。GB 6722—2003爆破安全規程[1]地面建筑物爆破振動安全允許標準具體為：土窯洞、土坯房、毛石房屋為0.5 cm/s～1.0 cm/s；一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物為2.0 cm/s～2.5 cm/s；鋼筋混凝土結構房屋為3.0 cm/s～4.0 cm/s。近年來，有關學者對爆破方案優化問題和振動監測分析展開了研究并取得了進展[2-8]。

錦阜高鐵路擴能改造工程項目位于遼寧省阜新市和錦州市境內，路堤所處范圍內表層為全風化玄武巖，呈灰褐色，巖心呈泥柱狀，含殘余碎塊，層厚1 m～3 m。往下為中風化杏仁狀玄武巖，呈棕褐色～灰黑色，杏仁狀構造，巖石較破碎。下部基巖為中風化玄武巖，灰黑色，巖石較完整，普氏系數為15～18。鐵路路堤周邊村莊大約有100間房屋，其中大多數的房屋為磚混結構，整體性較好，只有少數房屋為土坯房，房屋較低且安全性較差。

1 路堤原爆破方案

1.1 原爆破方案參數設計

為保證錦阜高鐵路擴能改造工程項目的順利實施，路堤爆破方案參數設計具體如下：1)臺階高度h取20 m。2)炮孔直徑d取120 mm。3)最小抵抗線W取5 m。4)堵塞長度為6 m。5)炮孔間距a為6 m。6)炮孔排距b為5 m。7)炸藥單耗q取0.81 kg/m3。8)采用孔內、孔外延期微差爆破網路。孔內采用7段非電導爆管雷管，孔外采用3段導爆管雷管，每個起爆藥包為2個雷管，用連接四通連接網路。9)2號巖石乳化炸藥共使用9 120 kg，單段最大藥量912 kg。

起爆網絡圖見圖1。

1.2 原爆破方案振動監測

此次監測采用成都中科研制的TC-4850測振儀；通過監測得到的爆破振動數據顯示，振動速度最大值為2.49 cm/s，如圖2所示。初次爆破振速最大值主頻圖見圖3。

1.3 原爆破方案存在的問題

1)振動速度較大。原爆破方案中炸藥用量較多，單段最大藥量為912 kg；并且通過原爆破監測數據顯示，爆破振動速度最大值為2.49 cm/s，大于2.0 cm/s，不滿足GB 6722—2003爆破安全規程中一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物的爆破振動安全允許標準。

2)臨近村莊房屋遭到破壞。路堤初次爆破之后，遭到了臨近村民的抱怨和投訴，稱其房屋出現不同程度的破壞，通過現場調查發現，距爆源最近的房屋的確出現輕微的破壞；破壞的主要形式[9]有兩種：一種是隨機的微裂縫，數量不多，寬度不大，而且一般為表層裂縫；一種是縱向裂縫，大多出現在墻根和墻角部位，此類型裂縫為房屋損害形式的主體。

3)爆破效果不佳。原爆破方案中臺階高度選取過大，不僅增加了鉆孔工作量，而且造成堵塞長度過大，使得裝藥時重心偏低，大塊較多；由于最小抵抗線和孔距參數的選取不當，不但出現根底，而且大塊較多；除此之外，松散巖石形成的爆堆也超過了裝載機所能達到的最大高度，嚴重影響施工進度。

2 路堤爆破建議優化方案

臺階高度、炸藥單耗、孔距及排距等是路堤爆破的主要參數，巖石的硬度、容重及抗壓強度等是路堤爆破的主要影響因素，根據路堤原爆破方案的不足之處，對爆破參數進行相應的優化設計[10，11]。

1)臺階高度h。為了保證爆破質量，提高鉆孔效率，結合現場實際情況，建議臺階高度14 m～16 m左右，以下參數建議優化中，取臺階高度h=14 m。

2)炮孔形式及直徑d。炮孔的形式采用垂直鉆孔，有利于提高鉆孔效率；鉆孔直徑根據鉆機規格確定為d=100 mm。

3)炸藥單耗q。炸藥單耗是控制爆破效果的影響因素之一，根據炸藥單耗的經驗公式[12]：

(1)

4)底盤抵抗線W。底盤抵抗線過大會出現根底，過小會產生飛石造成安全事故，因此可按如下經驗公式計算：

W=(25～45)d

(2)

經過計算取W=3 m。

5)堵塞長度lt。合理的堵塞長度和良好的堵塞質量對改善爆破效果和提高炸藥利用率具有重要的作用。一般情況下，可按如下公式計算：

lt=(16～32)d

(3)

經過計算取lt=3 m。

6)孔距a和排距b。

根據“小排距，寬孔距”的理論以及孔距的計算公式：

a=m×W

(4)

其中，m為炮孔密集系數，取值范圍為1.5～2.5；根據理論分析和計算，取孔距a=4 m，排距b=3 m。

3 爆破振動監測與數據分析

3.1 測點布置

此次監測采用3臺TC-4850測振儀，并且測點布置主要考慮爆破振動對臨近村莊房屋影響較大的區域[13，14]，位置如圖4所示。測點1，2，3分別距離爆源370 m，374 m和378 m。

3.2 監測結果

通過對優化后的路堤爆破振動進行監測，所得監測結果見表1。

表1 監測結果

通過監測結果顯示，1測點三個通道振動速度及主頻均較大，故1測點三個通道波形及主頻見圖5～圖10。

3.3 數據分析

路堤爆破方案經過優化后，此次爆破共使用2號巖石乳化炸藥6 960 kg，單段最大藥量為696 kg。通過使用薩道夫斯基質點峰值振速衰減公式，即：

(5)

4 結語

1)爆破方案經過優化后，爆破效果得到了明顯改善。臺階高度和堵塞長度的調整，減少了鉆孔、堵塞的工作量，降低了爆堆的高度；最小抵抗線和孔距的改變，使得爆破效果更佳，減少了大塊率，控制了飛石距離；炸藥用量和單耗的調整，降低了爆破振動。除此之外，臨近村民的態度也得到部分改變。

2)對優化方案的爆破振動進行布點監測，所得數據顯示，此次爆破振動速度的最大值為0.354 38cm/s，小于0.5cm/s，滿足GB6722—2003爆破安全規程爆破振動安全允許標準；路堤爆破振動的頻率范圍穩定，集中于0Hz～10Hz。因此，此次爆破不影響臨近村莊房屋結構的安全。

3)分析路堤原爆破方案的不足之處，提出合理的爆破方案優化建議，并結合振動監測手段，分析得出X，Y，Z通道以及合成通道的振速衰減規律，保證了鐵路路堤爆破振動對臨近村莊房屋的安全，同時對后續施工以及類似路堤施工具有一定的參考意義。

[1]GB6722—2003,爆破安全規程[S].

[2] 謝承煜,羅周全,賈 楠,等.露天爆破振動對臨近建筑的動力響應及降振措施研究[J].振動與沖擊,2013(13):187-193.

[3] 許名標,彭德紅.邊坡預裂爆破參數優化研究[J].爆炸與沖擊,2008(4):355-359.

[4] 閆鴻浩,李曉杰,曲艷東,等.爆破振動速度測試精細分析[J].巖土力學,2007(10):2091-2094.

[5] 畢衛國,石 崇.爆破振動速度衰減公式的優化選擇[J].巖土力學,2004(S1):99-102.

[6] Fengyu Ren,Thiemo Amadou Mouctar Sow, Rongxing He, et al. Optimization and application of blasting parameters based on the“pushing-wall” mechanism[J].International Journal of Minerals,Metallurgy,and Materials,2012(19):879-885.

[7] T N Singh, R. Kanchan, A K Verma. Prediction of blast induced ground vibration and frequency using an artificial intelligent technique[J].Noise & Vibration Worldwide,2009(35):11-13.

[8] 任高峰,王 威,馮海昀,等.融冠1號礦中深孔爆破參數優化研究[J].爆破,2011(3):34-35，38.

[9] 吳新霞,任賢斌,王文輝.采石場周邊民房爆破振動破壞范圍的鑒定方法[J].爆破,2008(4):93-95.

[10] 于治斌,李 堅,高 波.露天多段深孔微差爆破孔網參數優化設計[J].爆破,2003(2):24-25，28.

[11] 陳星明,肖正學,譚 誠,等.小型露天采石場中深孔爆破方案優化設計[J].爆破,2012(1):45-47.

[12] 王公忠,王玉杰,黃平路.中深孔爆破技術的實踐[J].爆破,2005(2):47-49.

[13] 劉洪興,璩世杰,何 文,等.露天礦爆破振動對建(構)筑物穩定性影響研究[J].金屬礦山,2013(6):25-28.

[14] 夏晨曦,楊 軍,李順波,等.采石場爆破振動對天坪嶺隧道影響的評定[J].工程爆破,2012(2):97-100.

Optimization of blasting scheme for embankment near villages

Yang Xushu1Hu Gang2*Yang Zhiguang3

(1.ChinaRailway22ndBureau,HarbinRailwayConstructionGroupCo.,Ltd,Harbin150000,China; 2.InstituteofEngineeringBlastingLiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China; 3.LiaoningGongdaBlastingEngineeringLimitedLiabilityCompany,Fuxin123000,China)

Take Jin-Fu-Gao railway expansion renovation project as an example, analyzing the existed issues of the blasting effect that based on the parameter design and the vibration monitor of the primary blasting scheme. In the presence of the excessive vibration velocity and the destructive building structure， taking the blasting scheme optimization. By means of the vibration velocity and distance， concluded that blasting vibration velocity attenuation formula. It can ensure the safety of the structure of the neighboring villages and provide the reference for subsequent and similar blasting engineering.

embankment, blasting scheme, optimization design, vibration velocity

1009-6825(2016)05-0151-03

2015-11-26

楊旭書(1975- )，男，工程師； 楊智廣(1978- )，男，工程師

胡 剛(1990- )，男，在讀碩士

U213.11

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