淺談大直徑鉆孔淺孔臺階露天石方爆破技術

王素創,周曉光,李昱捷

（湖南鐵軍工程建設有限公司， 湖南 長沙 410072）

0 引 言

淺孔爆破是指炮孔直徑小于或等于50 mm，深度小于或等于5 m的爆破作業，淺孔臺階爆破指的是為了挖運施工方便、增加自由面，加強爆破效果而采取的階梯型開挖方式的淺孔爆破，其主要特點是：設備簡單、施工靈活、工藝簡單、孔徑孔深小、爆破規模比較小、爆破振動較小、成本相對較高，主要適用于石方爆破工程量比較小、臺階高度不大、進度要求不快的比較凌亂、復雜的場地平整、路塹、溝槽及基坑開挖等工程項目。但在實際工程中，有些石方爆破工程項目臺階高度雖然不高、可面積比較寬廣、工程量比較大、工期要求比較緊、成本控制比較低、有害效應控制要求比較嚴，很明顯，這些工程項目如果采用淺孔臺階爆破技術進行施工很難滿足工程項目的要求，為此，根據工程的需要借鑒和引進深孔臺階爆破技術進行淺孔臺階爆破作業，在很大程度上解決了這一難題，采用深孔臺階爆破的大直徑鉆孔進行淺孔臺階露天石方爆破這一技術也應運而生。

1 工程概況

邵陽市武岡民用機場建設工程凈空處理土石方爆破工程位于機場南、北端東側，由于前期機場塔臺建設高度較低，存在影響飛行安全的視覺死角、盲區，無法滿足空管人員坐在管制室內可以看到全場這一要求，為讓管制員更全面、更及時掌握和發現管制區內的一切情況，將所有不安全的情況扼殺在萌芽狀態，提高機場的運行效率和容量。因此必須將機場南區和北區山丘采用爆破方法進行凈空降基處理，以滿足塔臺通視的需要。

邵陽市武岡民用機場建設工程凈空處理土石方爆破工程分為南端挖方區（簡稱南區）和北端挖方區兩個爆破區域（簡稱北區）。

南區爆破區域南北長度最長為 412.5 m，東西寬度最寬處約140 m，設計最大開挖高度為6.18 m,開挖總方量為124156 m3，平均開挖高度為2.6 m。

北區爆破區域南北長度最長為230 m，東西寬度最寬處約97 m，設計最大開挖高度為3.93 m,開挖總方量為47790 m3，平均開挖高度為2.5 m。

該工程為南方的丘陵小石山，巖石出露主要為石灰巖，深灰色中厚-厚層瘤狀含泥灰巖，條紋狀、條帶狀灰巖及粉晶灰巖，f=4～8,局部風化嚴重，節理裂隙較發育。

1.1 周邊環境

以南區為例，爆區北側邊緣距機場圍欄最小距離約為25 m，距停機坪距離約為56 m，爆區東北側距塔臺及管控中心距離約為190 m，距管控中心辦公樓西南角距離約為160 m，距消防站西南角距離約為70 m，距圍欄30 m，爆區東側距物資后勤站約為65 m。距圍欄約25 m，爆區西側為機場跑道區域，每天有數架飛機不定時進行起降，爆區距機場跑道邊界約為130 m，距圍欄25 m，圍欄與機場跑道中間地帶為巡場道路、水溝與綠化草地，跑道周邊安裝有各種燈具及驅鳥器具。爆區南側為空曠場地。塔臺及管控中心內有價值上千萬美元的控制飛機起降的進口貴重精密儀器，爆破區域周邊環境非常復雜（見圖1）。

1.2 工程要求

（1）采取科學合理的施工方案和有效的安全技術措施，對凈空處理土石方進行控制爆破挖除。

圖1 爆區周圍環境

（2）爆破要保證爆區周邊環境安全、設備安全及爆破作業人員安全，必須嚴格控制爆破飛石和爆破振動產生的危害。爆破飛石不得進入機場圍欄內側。精確控制爆破藥量；采取有效防護措施，嚴格控制爆破振動、爆破飛石對附近建（構）筑物的影響，確保機場周圍其它建（構）筑物的安全。

（3）嚴格遵守安全規程，文明、安全施工，確保施工人員和附近人員的安全，確保車輛、機械設備不受損壞。爆破施工不得影響機場正常安全運行。

（4）爆破過程中做好周圍安全警戒圍護工作，禁止無關人員設備進入警戒范圍。

（5）施工進度必須滿足工程工期要求。

2 設計方案

2.1 設計原則與選定方案

（1）待爆破的土石方距離機場周圍各種建筑物設施較近，需對爆破參數進行合理設計，保證爆破有害效應（個別飛散物、爆破振動）在可控范圍以內。

（2）必要時對爆破區域周圍建筑物進行被動遮擋防護，并對爆破孔位上方進行加強覆蓋防護，保證爆破飛石不對周圍建筑物造成影響。

（3）土方開挖厚度變化較大，現場需針對實際情況合理調整爆破參數。擬采用大直徑鉆孔淺孔臺階控制爆破方法，采用多段毫秒延期逐孔起爆技術進行施工。

（4）采用縱向分層分段開挖，每一層先在中部挖出一通道，然后開挖兩側,使每一層有獨立的出土道路和臨時排水系統。具體見圖2、圖3。

（5）遵循“多打眼、少裝藥、弱爆破、嚴防護、小規模、多循環”的爆破原則；采用平面分區、高程分層、松動爆破、逐孔起爆，依據周圍環境區別對待。水平分層采用淺孔臺階爆破方法。開挖時，在靠近機場圍欄處預留2～3 m石坎采用液壓破碎錘破除。

（6）土石方需要爆破的地段，進行全面調查，查清爆破所處的位置、地形，有無障礙物等。如空中有纜線，應查明其平面位置和高度；還應調查地下有無管線，如果有管線，應查明其平面位置和埋設深度；同時應調查開挖邊界線外的建筑物結構類型、完好程度、距開挖邊界距離，然后再制定爆破方案，確保空中纜線、地下管線和施工區邊界處建筑物的安全。

圖2 爆區分層

圖3 爆區分區平面

2.2 參數設計

以3 m高度臺階為例，炮孔孔徑：D=90 mm；臺階高度：H=3.0 m；炮孔深度：L=3.5 m；孔距：a=2.0 m；最小抵抗線或排距：W=b=2.0 m；單耗藥量：q=0.25 g/m3（淺孔減弱松動爆破單耗可以適當降低，根據巖石現狀進行適當調整）；單孔藥量：QL=3.0 kg；填塞長度：LT=2.9 m（確保填塞長度大于1倍抵抗線）；超鉆深度：h1=0.5 m（盡量降低裝藥位置高度）；毫秒延期時間：Δt=25～50 ms。孔內裝填 Φ70 mm 2.0 kg乳化炸藥，單支藥卷長度約40 cm。

根據巖石性質和工程要求，為獲得良好的爆破效果，須合理地確定布孔方式、孔網參數、裝藥結構、裝填長度、起爆方法、起爆順序和單位炸藥消耗量等參數。

孔徑采用履帶式潛孔鉆機鉆鑿直徑 90 mm的炮孔，垂直鉆孔，孔網采用梅花形布孔，巖石自由面方向如圖3所示。

2.3 起爆網路

本工程爆破的起爆順序擬采用逐孔起爆。考慮到雜散電流對爆破安全的不利影響，本方案選用非電導爆管雷管，傳爆雷管選取段別較低的雷管，孔內起爆雷管選取段別較高的雷管。布置3排炮孔時，逐孔起爆線路連接如圖4所示。

圖4 起爆網路連接

3 爆破安全控制與施工

爆破危害主要有爆破地震、爆破飛石、空氣沖擊波和炮煙。機場爆區周圍的環境比較復雜，安全設計是重點。

3.1 爆破振動控制

按照爆破安全規程（GB6722-2014）的規定，根據周邊環境分析，該區段重點保護對象為機場各種用房。根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）要求，為一般民用建筑安全地面質點振動速度保守值為2.0 cm/s；考慮到機場設備設施儀器比較精密，振動要求高等特點，塔臺控制中心、控制中心辦公樓和航站樓地面質點振動速度允許值取0.5 cm/s。依據地形及周圍地質條件K取值200，α取1.7。不同距離上的保護對象爆破振動計算結果見表1。

采用逐孔毫秒延期起爆網路，嚴格控制單段最大起爆藥量，在爆破實施前進行試爆，加強重點部位的爆破振動監測，并根據震動監測結果調整爆破參數。

3.2 爆破飛石及防護

爆破無防護條件下個別飛石的最大飛散距離按庫圖佐夫經驗公式：

式中，S為無覆蓋條件下的爆破飛石的水平拋距，m；k為安全系數，通常取70；q為炸藥單耗，kg/m3。

經計算得：大直徑鉆孔淺孔臺階爆破：S=70×0.250.58=31.3 m。

表1 爆破振動計算結果

根據無防護條件下個別飛石最大飛散距離估算結果以及周邊環境復雜的實際情況，對爆破飛石將采取預防技術措施, 加強防護，以減少飛散距離。

（1）加強填塞管理。第一確保填塞長度大于1.0倍底盤抵抗線長度；裝藥時應重點關注填塞長度，保證填塞長度足夠。第二確保填塞質量，填塞炮孔的炮泥中不得混有石塊和易燃材料，有水炮孔采用砂礫材料進行填塞；填塞作業避免夾扁、擠壓和拉扯導爆管。

（2）做好覆蓋防護。主要是對每個炮孔孔口用沙袋或土袋進行覆壓，對爆區用炮被進行外部包裹防護，確保飛石控制在25 m范圍內。爆破防護見圖5。

圖5 爆破防護

3 工程實踐及實際效果

該工程項目于2017年12月28日上午進行試爆，試爆對2 m臺階和3 m臺階分別進行，起爆后只聽見一聲悶響，巖石拋而不飛，向上拋出高度不到5 m，用挖掘機清開后，巖石比較碎裂，塊度較小，易于鏟裝和運輸，覆蓋材料清理后可用于下一爆破循環。對塔臺和控制中心進行爆破振動監測，爆破振動成果顯示分別為0.1 cm/s和0.11 cm/s，爆破振動明顯小于爆破振動安全允許標準，受到機場業主和當地公安的好評，目前，該工程施工進展順利，每月完成爆破量近3萬方，施工進度完全滿足合同要求。

4 結 論

通過工程實踐證明，大直徑鉆孔淺孔臺階爆破技術和常見淺孔臺階爆破相比具有以下優點：

（1）由于鉆孔直徑比較大，孔網參數比較大，單孔落石量比較大，鉆孔效率高，施工簡單，施工整體效率比較高；

（2）藥柱直徑較大，孔內裝填同樣重量的炸藥時，藥柱高度明顯降低，填塞長度較長，對于爆破飛石的控制起到較大的作用，對安全更有利；

（3）由于整體工效較高，降低了工程成本。特別適用于臺階較小、面積較廣、工程量較大、工期較緊、安全要求較高的巖土爆破工程項目。