安徽省含山縣某道路開挖毫秒微差控制爆破方案設計

王付明 汪 禹 朱 磊

(1.中鋼集團安徽天源科技股份有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

隨著我國公路建設進程加快，路塹開挖爆破工程越來越普遍。由于爆破作業對道路附近的民房等建(構)筑物存在一定的損害，路塹開挖爆破引起的民事糾紛問題日益突出[1-2]。因此，采取有效的控制爆破措施來降低爆破作業對民房等建(構)筑物的危害，對于確保施工區附近居民安全、維護社會穩定具有重要意義。本研究以安徽省含山縣某道路路塹開挖爆破工程為例，設計了毫秒微差控制爆破方案，在此基礎上，考慮到道路開挖爆破期間周邊民房和工業園區廠房的安全，在民房和廠房附近設置爆破振動監測儀，開展爆破振動監測工作，根據測量出的爆破振動數據來分析爆破作業對民房的安全影響，并提出有效的爆破安全控制措施。

1 工程概況

含山縣某道路是含山高速道口控制性規劃的一條城市主干路，建設單位為含山縣褒禪山經濟園區。該道路西起信德路，東至S226省道，沿線與高發路、官山路、統發路、劉武大道、夏橋路、民生路和大眾路平交，全長3 024.3 m，設計道路等級為城市主干路，設計行車速度為40 km/h，紅線寬度為33 m。根據地質報告，工程范圍挖方路段K0+060～K0+280和K0+780～K1+320開挖時會涉及砂質泥巖，該層頂埋深1.5～6.7 m，灰黃色，強—中等風化，軟質巖石，深處中等風化巖石需要進行爆破開挖，爆破工程量約25萬m3。爆區周邊環境較為復雜，西側為S105省道，西南側為工業園區的辦公樓、廠房等，東南側分布有王匠村、牌坊和塘頭村，與爆區的距離均大于300 m(圖1)。

圖1 爆區周邊環境

2 爆破設計方案

為減少爆破作業對道路邊坡的擾動，保證路基開挖成型質量，本研究采用毫秒微差控制爆破工藝進行施工，以有效控制爆破沖擊波、振動和飛石[3]。根據路面寬度及安全施工要求，設計臺階高度一般小于10 m，當臺階高度大于10 m時，采用分層爆破方式，以降低單孔裝藥量。

2.1 單位炸藥消耗量

本研究設計選用乳化炸藥進行爆破，起爆器材包括非電導爆管雷管、導爆管、高壓脈沖起爆器。為保證爆區周圍環境和人員安全，采用松動爆破方法，確保爆破后的巖塊基本松動并可用機械裝載。考慮到此次爆破的具體要求，單位炸藥消耗量q取0.3～0.35 kg/m3，實際單耗可根據現場爆破試驗結果進行調整。本研究單孔裝炸藥量為66～78 kg。

2.2 炮孔直徑及鉆孔形式

本研究爆破工程穿孔作業采用中風壓潛孔鉆機鉆鑿下向孔，炮孔直徑為115 mm，鉆孔傾角為90°，采用移動式空壓機進行供風，采用梅花形布孔方式。

2.3 底盤抵抗線

在臺階爆破中，一般用底盤抵抗線W底代替最小抵抗線進行相關計算，以確保臺階底部能獲得預期的爆破效果[3]，W底取值一般為臺階高度H的0.4～1倍；對于高度達到10 m的臺階，W底≥0.4H。

2.4 超 深

為克服臺階底部巖石對爆破的阻力，炮孔深度應適當超出臺階高度H，其超出部分為超深h[3]。h取值一般為(0.1～0.15)H。對于高度達10 m的臺階，h取1.5 m。

2.5 孔距和排距

炮孔間距a與底盤抵抗線W底成正比關系，其比值m是一個變量，隨W底大小、爆破體材質、結構類型、起爆方法、起爆順序、爆破后要求的破碎塊度等因素而變化[3]。當m<1，即a

為在規定的工期內完成爆破工程任務，減少爆破警戒等工作，通常采用多排炮孔同時起爆方式[3]，因此炮孔排距b取值是否合理，對于爆破安全、爆破效果以及炸藥能量的有效利用均有直接影響。一般認為選擇大孔距小抵抗線能夠顯著降低大塊率，明顯改善爆破效果，因此本研究b取值為(0.6～1)W底，即4 m。

2.6 裝藥結構

炮孔裝藥采用柱狀連續裝藥結構。2個起爆雷管分別安置于藥柱下部1/4處。裝藥前，應仔細檢查炮眼長度、傾角等是否達到設計要求，清除孔眼內雜物；裝藥時，用木棍或竹竿將藥包推送至炮眼內的設計位置，防止雷管從藥包中脫落。

2.7 堵 塞

為保證良好的爆破效果，防止出現沖孔現象，炮孔裝藥完畢后，必須填塞，填塞物可用黏土或鑿巖時的巖粉，但應防止混入石塊以免砸壞導爆管，且應保證填塞長度。在填塞過程中，應注意保護導爆管使其不受損壞。本研究設計堵塞長度d≥3.5 m。

2.8 起爆網絡

本研究采用非電雷管起爆導爆管網絡，逐孔起爆方式，減小爆破作業對道路邊坡的擾動破壞，保證路基開挖質量，每個分區的孔內導爆管雷管分別為1段、3段、5段和7段，孔外區間采用9段雷管簇聯連接(圖2)。有必要確保網絡處于松弛狀態，起爆的非電雷管與導爆管捆扎端的距離應不小于15 cm，導爆管均勻敷設于雷管周圍并用膠布等捆扎牢固。孔內導爆管雷管布置及起爆網絡敷設時應將爆破方向調整為朝向無需保護的建(構)筑物及設施的方向[3]。

圖2 起爆網絡示意

起爆網絡安全檢查完畢后，爆破員接到爆破負責人發出的起爆命令后，采用高能脈沖起爆器進行起爆，起爆位置應位于爆破警戒范圍以外。

3 爆破效果分析及安全控制措施

3.1 爆破效果

根據設計爆破方案進行道路開挖爆破后，爆堆松散、塊度均勻，易于進行鏟裝運輸作業，未發現根底現象，道路兩側邊坡巖體穩定性較好，取得了良好的爆破效果。

3.2 爆破振動對民房的影響

為準確分析本研究道路開挖爆破作業在周邊民房等處的爆破振動強度，在民房和工業園廠房附近布置了監測點，采用中科測控IDTS3850爆破振動記錄儀開展了爆破振動現場監測[4-6]，結果見表1及圖3。

>根據對建(構)筑物的不同保護程度，各國不同行業部門制定了不同的安全判據，如德國爆破振動安全判據(BRD-DIN4150)、英國標準(BS7385)，以及美國礦業局(USBM)和露天礦復墾管理局(OSMRE)分別制定了各自的標準[7]，該類標準的主要評價指標有位移、速度、加速度和頻率。目前，各國在安全規程中主要采用以質點振動速度作為判斷振動強度的依據。我國《爆破安全規程》規定的地面建筑物、電站(廠)中心控制室設備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動判據為保護對象所在地基礎質點峰值振動速度和主振頻率[8]。依據該規定，為保證爆區周邊民房和工業園區廠房安全，考慮到道路開挖期間頻繁爆破振動等因素的影響，選取的民房和廠房的安全允許振動速度為0.45 cm/s。現場監測表明，實際測量的最大振動速度為0.12 cm/s，小于安全允許振速0.45cm/s，說明按照當前設計的最大段藥量進行道路開挖，可較好地將民房和工業園區廠房處的爆破振動速度控制在安全允許振動速度內，不會對其安全造成危害。

表1 現場爆破振動監測參數

圖3 測點振動速度

3.3 爆破飛石對民房的影響

爆破飛石距離計算常用的經驗公式為

Rf=20·Kf·n2·W，

式中，Rf為爆破飛石的安全距離，m；Kf為安全系數，一般為1.0～1.5，本研究取1.5；n為爆破作用指數，松動爆破時取0.75；W為最小抵抗線，取3.5 m。

經計算，Rf≈59 m。

由于民房與公路開挖爆破區的距離大于300 m，通過采取嚴格控制填塞質量、調整自由面方向等控制措施后，可以有效避免爆破飛石對民房的損傷破壞。

3.4 爆破安全控制措施

(1)采用微差逐孔起爆技術，選取合適的微差時間[9-12]。嚴格控制最大段藥量和一次起爆藥量，單孔最大段藥量不大于78 kg，一次起爆總藥量不大于1.2 t，以最大限度降低爆破振動強度。

(2)根據現場爆破作業條件，每次單體爆破設計應有效控制自由面方向，盡可能使得爆破自由面側向或背向民房。

(3)采用低爆速炸藥、不耦合裝藥方式[13-15]。裝藥前爆破工程技術人員必須認真校核炮孔的最小抵抗線，并根據現場情況及時對裝藥量進行調整。

(4)做好炮孔堵塞工作，保證堵塞長度和堵塞質量，嚴禁在堵塞物中摻雜碎石，避免發生爆破飛石損害事故。

4 結 語

以安徽省含山縣某道路爆破施工工程為例，設計了毫秒微差控制爆破方案，方案實施后爆堆松散破碎、塊度均勻，無根底，爆區周邊民房和工業園區廠房處的最大振動速度為0.12 cm/s，小于民房和廠房的安全允許振動速度0.45 cm/s。實踐表明：爆破振動和爆破飛石是道路開挖爆破期間對周邊民房和工業園區廠房的主要危害因素，降低爆破振動強度與控制爆破飛石距離是確保民房安全的主要措施；道路開挖爆破期間，應嚴格控制單孔最大段藥量和一次起爆總藥量，并根據現場情況及時進行調整，以有效降低爆破作業對周邊民房的影響。

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