精細爆破在新塘水廠場地平整工程的應用研究

王松鶴

（中鐵港航局集團有限公司，廣州510660）

精細爆破在新塘水廠場地平整工程的應用研究

王松鶴

（中鐵港航局集團有限公司，廣州510660）

介紹了精細爆破的概念以及實現精細爆破的技術體系，闡述了定量化的爆破設計方法；描述了如何通過精心的施工和精細化的管理實現精細爆破；探討了精細爆破施工過程中如何控制爆破有害效應和環境污染以達到安全文明施工和環境保護的目的。

精細爆破；定量化設計；精細化管理；有害效應

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.098

1 精細爆破的概念和技術體系

1.1 精細爆破的概念

精細爆破是指通過定量化的爆破設計、精心的爆破施工和精細化的爆破管理，進行炸藥爆炸能量釋放與介質破碎、拋擲等過程的控制，既達到預期的爆破效果，又實現爆破有害效應的控制，最終實現安全可靠、技術進步、綠色環保及經濟合理的爆破作業[1,2]。

1.2 精細爆破的技術體系

精細爆破的技術體系是爆炸力學、爆破工程、計算機技術、管理科學等多學科知識的組裝集成。其技術體系包括精細爆破的目標、精細爆破的關鍵技術、實現精細爆破的技術條件、綜合評估體系和監理體系。

2 定量化爆破設計

2.1 工程概況

新塘水廠場地平整工程為技術改造工程，廠區邊坡土石方開挖工程主要是山體削坡擴展場地，按邊坡設計預留邊坡，土石方開挖總量27.73萬m3。工程地質勘察資料顯示沿山體表層由上至下巖石呈風化—微風化狀，微風化巖體完整、堅硬。根據巖石單軸抗壓強度均值41.3MPa確定為中等堅硬巖石等級。

2.2 周圍環境條件

該工程屬于新塘水廠技改擴建項目，施工全部在廠內開展，周圍緊鄰生產構(建)筑物，廠區又在新塘鎮內，其周圍環境比較復雜。

1）廠區內部環境條件：爆破邊界距離周圍供水生產設施的最近距離為8～10m；距生產廠房的最近距離為9～12m。

2）廠區外部環境條件：爆破邊界距北部錦屏古寺建筑物的最近水平距離為10～15m；廠區西側爆破邊界距學校圍墻的最近（背向）水平距離為60～70m，距離教學樓100～135m；距西南側居民區的最近（側向）水平距離為30～50m；爆破邊界的北東、北西部山坡上有當地居民的墳墓，距離小于30m。

3）區域高壓線系統：廠區西部圍墻外30～35m為區域高壓線，平行圍墻穿過，距西坡爆破上部邊界的距離為40～50m。西坡南端爆破邊界距110kV電站的距離為5～15m；距附近高壓線塔的距離為25m左右。

4）施工環境條件：爆破邊界近鄰廠區交通環道，沒有施工場地。

2.3 定量化的爆破方案選擇

根據該工程地形、地質、周圍環境條件和對保護建筑物的要求，結合廠區山體削坡的相對高度為2.5～25.2m，爆破設計采用中深孔爆破、淺孔爆破、光面爆破、預裂爆破、靜態爆破相結合的控制爆破設計方案。

1）中、深孔臺階爆破方案。適應于邊坡開挖高度在5～25.2m間的山體削坡爆破，以梯段臺階循環開采的形式進行。每級臺階的最大爆破開挖高度按5～10m控制，山體削坡采用1～3個梯段臺階進行。

2）淺孔爆破方案。適應于邊坡開挖高度小于5m段的山體削坡爆破。

3）光面爆破方案。對局部邊坡高度大于10m、設計坡度70°、坡面巖石完整地段的一次邊坡成形爆破。當坡面巖石完整性較差時可采用密集孔、分隔裝藥方法進行[3]。

4）預裂爆破方案。對其局部復雜周圍環境下的爆破邊界進行安全控制；預裂爆破僅適應于坡面巖石完整的地段，方能保證裂縫的貫穿性。對周圍建筑物的保護必要時采用孔內微差予以控制。

5）靜態爆破的方案。僅適應于110kV電站旁的邊坡巖體破碎。為保護電站的正常運行，靜態爆破的開采范圍以爆破邊界遠離電站水平距離25m為宜，靜態爆破開采完成之后再開展小規模的淺孔控制爆破。

2.4 定量化的爆破設計的優點

該工程采用的綜合爆破方案，不僅可以保證復雜地形和周圍環境條件下的邊坡成形效果，降低復雜環境條件下的爆破有害效應影響等，而且可以根據場地條件靈活、機動地開展多點、多方位的控制爆破，確保安全施工、控制進度和保證工期。

3 精細爆破施工與管理

要確保精細爆破定量化設計的實現，必須進行精細施工。而精細施工必須采用性能優良的設備、先進的施工技術和高素質的爆破作業人員。工程爆破的精細化管理要把企業精細化管理的普遍性與爆破行業的特殊性緊密結合起來，運用科學的精細化管理方法，實現工程爆破的安全、高效、和諧和可持續發展。新塘水廠場地平整工程精細爆破注重先進的施工技術和精細化爆破管理兩方面工作。

3.1 精細爆破的施工技術

3.1.1 前期山體開挖爆破施工

1）采用淺孔—中、深孔梯段控制爆破設計方案。

2）采用分區、分段、多點實施、逐步擴展的施工方式進行。

3）施工機具以采用高風壓潛孔鉆機為主，輔以手風鉆機進行；采用高風壓潛孔鉆機進行山體削坡爆破；采用手風鉆機進行低山緩坡段、低放坡臺階段的成型控制爆破。

4）根據山體開挖爆破施工分區、分段實施原則，在各分區段內采用循環爆破施工作業形式，以利于最大限度地縮小爆破、鉆孔施工的周期。

3.1.2 擴展山體開挖爆破施工

擴展山體開挖爆破施工與邊坡設計相結合，提高邊坡控制效率。中、深孔梯段爆破的臺階高度控制參照邊坡設計進行，如圖1所示。

圖1 多梯段、多臺階削坡爆破開采示意圖

3.1.3 邊坡成型控制施工

1）山體削坡爆破將至開挖邊界附近時，預留1.5～2.5m厚的邊坡開挖保護層，保護層開挖采用控制爆破的方法，按放坡設計坡度、坡面排、截水系統設計高程進行施工。

2）在局部較陡邊坡設計段（或底部一級護坡段1：0.25，坡度70°），可采用光面爆破的方法；光面爆破鉆孔采用與設計邊坡角度一致的斜孔，使爆破后的邊坡一次成型。

3）當開挖邊坡附近有重要保護建筑物時，可在邊界內約1m的部位，采取預裂爆破的方法降低爆破震動影響。

4）邊坡成型控制爆破與坡面排、截水溝體系的開挖，均由測量技術人員進行現場跟蹤測量控制。邊坡爆破施工時首先用測量設備對實際開挖邊界進行標志控制，在相應平面坐標系插彩旗控制邊界范圍。

5）邊坡成型控制爆破施工與運輸、平整施工穿插進行。

3.1.4 爆破施工工藝流程

爆破施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 爆破施工工藝流程圖

3.2 精細化爆破管理

在場平工程的巖土爆破中要保證開挖的范圍、地面平整度達到設計要求，同時還要保證最終邊坡的穩定和美觀。施工中的質量管理應環繞著如何在施工中正確貫徹設計意圖，按確定的質量方針進行施工，以保證質量目標的實現；同時，應將施工中發現的實際信息，及時反饋給設計人員，以便將設計中未發現、未考慮的爆破對象的信息或已考慮但其實是錯誤的信息予以糾正，做好設計的修改和完善，這就是質量的控制。施工質量管理包括嚴格執行法律、法規，建立質量管理體系和制定質量保證措施。

4 精細爆破對有害效應與環境污染的控制

在各類工程爆破中，炸藥爆炸的能量有效利用率為炸藥總能量的60%～70%，而其余30%～40%的能量則用在藥包周圍介質的粉碎，轉化為有害效應，包括爆破震動、爆破沖擊波、爆破個別飛散物（飛石）、爆破噪聲、爆破煙塵、爆破有害氣體等。精細爆破不僅要提高炸藥能量的有效利用率，還要嚴格控制爆破的有害效應。

4.1 精細爆破對爆破振動的控制

4.1.1 降低爆破振動的技術措施

1）控制一次起爆藥量。

控制振動速度與一次起爆的裝藥量（或微差爆破的單響藥量）關系如表1所示。

表1 設計控制振速與一次起爆藥量關系表

2）采用不耦合裝藥結構。

3）選用合理的延期時間。

精細爆破理論認為延期時間是一個合理的范圍，一般為25～60ms。具體時間因巖石種類而異，例如，花崗巖、橄欖巖、輝長巖、閃長巖、石英巖等為15～30ms；蛇紋巖、堅硬石灰巖、玢巖、砂巖等為20～46ms；韌而軟的菱鎂礦、石膏、泥灰巖等為50～70ms。

4）選擇最小抵抗線方向：從減振和控制飛石危害綜合考慮，一般應該使被保護的對象位于最小抵抗線的兩側。

5）在爆區和保護物之間開挖減振溝或鉆鑿防振孔：當介質為土時，可開挖減振溝，溝寬以施工方便為宜，溝深應超過藥包底部20～30cm。

4.2 精細爆破對空氣沖擊波的控制

4.2.1 爆破空氣沖擊波的安全判據

爆破沖擊波由于具有較大的壓力和較高的速度，不僅可以造成人員的重大傷亡，而且在一定范圍內可以造成建筑物的破壞。爆破空氣沖擊波對人員傷害目前是以超壓作為判據標準的，《爆破安全規程》（GB 6722—2014）規定：空氣沖擊波超壓的安全允許標準，對不設防的非工作人員為0.02×105Pa，掩體中的作業人員為0.01×105Pa。

4.2.2 精細爆破降低爆破空氣沖擊波的技術措施

1）應盡可能采用減弱松動爆破，避免采用裸露藥包爆破和導爆索露天爆破。必須采用裸露藥包和導爆索露天爆破時，應覆蓋砂土。

2）控制一次起爆炸藥量，從“空間”（采用分散布藥）、“時間”（采用分段起爆）2方面，將爆區總藥量均勻分布到各個爆破部位，使爆炸能量得到最大限度的有效利用，將耗于爆炸沖擊波的無效能量降至最低限度。

3）保證炮孔的堵塞長度和質量，以免產生沖炮。

4）選定合理的最小抵抗線方向和數值，優化爆破參數，改進裝藥結構（如采用空氣間隔分段裝藥、墊層裝藥、不耦合裝藥），確保堵塞質量等，使每個藥包的爆炸能量都能得到充分利用。

5）布置炮孔時，最小抵抗線不宜過小。

6）精心施工，抓住地形測量、地質勘察、竣工檢查和爆破施工等4道關鍵工序，確保順利實現設計要求。

4.3 精細爆破對個別飛散物的控制

在爆破時，某些介質碎塊仍具有足夠的動能，在空中運行一定距離后落下，該介質碎塊被稱為個別飛散物；若在巖石中爆破，介質碎塊亦稱飛石。個別飛散物的危害主要體現在人員傷亡、建（構）筑物和機械設備被破壞。

4.3.1 爆破個別飛散物的安全判據

根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014）的規定，露天巖石爆破時，個別飛散物對人員的安全距離不應小于表2所列的規定，設備或建（構）物的安全允許距離，應由設計確定。

表2 露天巖石爆破個別飛散物對人員的安全允許距離

4.3.2 精細爆破對個別飛散物的控制措施

1）精細爆破設計階段對個別飛散物的控制措施

（1）控制個別飛散物方向：當爆區有幾個臨空面時，可安排合適的臨空面作起爆前沿。

（2）改變局部裝藥結構并加強堵塞。

（3）合理安排起爆順序和延期間隔時間：相鄰兩排孔之間延時不應大于100ms，各段延時以15～50ms為宜。

（4）減少裝藥集中度。

2）精細爆破對個別飛散物的防護措施

在目前個別飛散物安全允許距離難以精確計算的條件下，防護是一種有效的方法。一般采用三級防護。

（1）爆破體表面防護。

在爆破體表面直接覆蓋草袋、沙包、竹笆等，覆蓋防護時，要用細鐵絲將覆蓋物連接成一體，增強防護效果，并注意保護好爆破網路。

（2）近體防護。

近體防護是指設置在爆破體近距離的防護，以防止從覆蓋防護的邊緣空隙沖出個別飛散物。一般采用排架屏障并在屏障上綁縛覆蓋材料。屏障的高度和長度均應大于覆蓋防護對象。

（3）保護性防護。

可在重點保護對象的方向及飛散物拋出的主要方向設立屏障。其材料可以用木板、竹笆或鐵絲網，屏障的高度和長度應能完全擋住飛散碎塊。

精細爆破在施工過程中，除了做到一般的三級防護以外，對爆區爆破也要嚴格管理，加強覆蓋，以制止個別飛散物的飛濺。

3）新塘水廠安全防護屏障架設

鑒于該工程周圍施工環境十分復雜，根據招標文件提出的對廠區內、外保護建筑物的要求，故在場平工程的開采上、下邊界部位進行安全防護屏障的架設，這是施工中采取的重要安全防護措施、環保措施之一，如圖3所示。

圖3 爆破開采安全防護示意圖

4.4 精細爆破對環境污染的控制

1）對爆破粉塵的控制：鉆孔、爆破、鏟裝、運輸、破碎、排土等工序全部實施濕式作業，達到降塵之目的。

2）對爆破噪聲的控制：嚴格控制炮孔的堵塞質量和堵塞長度，既能保證爆破時不沖炮，又能避免爆炸能量泄漏到空氣中形成噪聲。

3）對爆破有害氣體的控制：選擇接近零氧平衡的炸藥，從源頭加以控制；露天大爆破時，要慎重地選擇起爆站和觀測站，盡量不選在下風向和與爆區連通的巷道。

5 結語

通過精細爆破的理論分析與新塘水廠場地平整工程實踐相結合，具體得出了如下結論。

1）精細爆破設計不僅可以保證復雜地形和周圍環境條件下的邊坡成型效果，降低復雜環境條件下的爆破有害效應影響等，而且可以根據場地條件靈活、機動地開展多點、多方位的控制爆破，確保施工安全、控制進度、保證工期，取得理想的經濟效益。

2）通過精細爆破技術的應用，在整個施工過程中爆破震動、爆破沖擊波、爆破飛石等危害都得到了很好地控制，未出現安全事故。附近水廠的安全得到了保護，生產未受到影響。

3）精細爆破技術的應用使該項目總工期縮短了近1個月，大塊率降低了30%，爆破合格率提高了3%，取得了良好的經濟效益和社會效益。

【1】中國工程爆破協會.中國工程爆破行業中長期科學和技術發展規劃(2006—2020年)[Z].2006.

【2】張正宇.水利水電工程精細爆破概論[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

【3】顏世龍.現代工程爆破理論與技術[M].合肥：中國科學技術出版社，2007.

The Application Research on Precision Blasting in Xintang Waterwork Site Formation Engineering

WANG Song-he
(China Railway Port and Channel Engineering Group Co.Ltd.,Guangzhou510660,China)

This paper introduces the concept of precision blasting and its technology system to achieve precision blasting.This paper expounds the quantitative blasting design method and describes how to achieve precision blasting through precise construction and management.It discusses how to control the harm ful blasting effects and pollution to the environment in order to achieve the goal of safe and civilized construction and environment protection.

precision blasting;quantitative design;precise management;harmful effects

0643.2+2

B

1007-9467（2016）08-0180-03

2016-08-02

王松鶴（1984～），男，河南商丘人，工程師，從事爆破施工管理與研究。