中風化泥巖質路基控制爆破技術與經濟性研究

文｜中交第二航務工程局有限公司昆明分公司 沈慶娥 黃佳 李江紅 朱家虎

0 引言

在市政工程施工中，受周邊環境條件的影響，巖質路塹開挖采用機械開挖，雖然安全，但效率非常低下，成本也比較高。但采用爆破施工時，由于爆破振動、飛石的影響，極易對周邊建筑物造成影響和安全隱患，且對層狀中風化泥巖采用爆破開挖時，爆破效果受層間裂隙影響，選擇方案不合理也會增加成本和影響功效。因此，在層狀中風化泥巖地質條件下采用何種施工方案最合理是非常有必要探討的。本文主要針對施工成本、爆破施工參數等進行研究，以保障施工安全和避免對周邊建（構）筑物的影響，同時提高功效，節約工期和成本。

1 概述

1.1 工程概況

馬關縣廣環路西段高速連接線道路是馬關快速進出縣城的主要通道，屬于城市主干道。道路位于城市郊區，呈東西走向，東起逢春大道K0+000處，有雨污水管、電力管線、通信管線等地下管線；西至文馬高速收費站廣場，道路周邊毗鄰逢春體育館（中型）、亞龍商業地產3期（層高的6層）及馬關縣第二人民醫院；道路中部與市政道路盛平街同時在建。路基挖方近70萬方，其中挖石方占90%，最大開挖高度28m，主要為層狀中風化泥巖。其中建筑物距離爆破施工區域最近點僅為20m，施工環境較為復雜。

1.2 地質條件

中風化泥巖呈黑褐、褐灰色，砂泥質結構，顯水平層理。巖芯呈短長柱狀，局部呈碎塊狀，RQD平均值73%，敲擊聲清脆，巖石抗壓強度平均值frk為8.75MPa，屬軟巖類，巖石為層狀，巖體基本質量等級為Ⅴ類。鉆探過程中，干鉆難鉆進，加水稍易鉆進，巖芯呈柱狀、長柱狀，巖石堅硬程度分類為較硬巖，巖石質量指標RQD值約為60，分類為較差，該層未揭穿，揭露厚度11.50～38.00米，平均18.63米，層頂埋深0.00～3.80米，全場區分布。未裸露或者擾動時強度較硬，遇水崩解、軟化。

2 爆破方案設計

由于周邊環境復雜，為避免開挖爆破震動對周邊建筑物、地下管線等造成影響，飛石不會對周圍的建筑人員造成安全隱患，同時，為節約工期及成本，提高爆破功效，開挖爆破采用控制爆破（以松動為主，控制飛石和爆破振動），本研究主要通過優化炮孔間距、深度、裝藥量、裝藥方式等施工參數，檢測爆破振動參數、飛石距離等參數，最安全、最高效、最優化的爆破方案。

2.1 炮孔設計

炮孔設計主要包括炮孔直徑、炮孔間距、炮孔深度等，經驗和相關公式進行計算，其炮孔布置示意如圖1所示。

（1）根據以往施工經驗，綜合施工效率最高的是炮孔采用古河HCR9-DS鉆機，孔徑d為90mm，采用垂直鉆孔（因巖層呈水平狀，水平造孔可以較少飛石），孔深不大于9m。

（2）炮孔間距設計根據炮孔直徑取a=（35～45）d，即a=3m～4m，排距取b=（0.8～1.0）a，采用梅花狀布置。

（3）炮孔深度隨地形變化而變化，采用分層爆破施工，根據試爆結果，當炮孔深度不大于6m時，底層超深平均取0.7m，當炮孔深度為6～9m時，底層超深平均取1.3m。

2.2 裝藥設計

圖1 炮孔布置示意圖

圖2 裝藥結構示意圖

圖3 起爆網路示意圖

炸藥采用二號巖石乳化炸藥，藥卷直徑φ=70mm，每卷長0.5m，重2kg，采用不耦合裝藥。根據《建筑施工計算手冊》中Q=qW3e、Q=R3(v/Kc)3/α等公式進行裝藥量計算，并結合以往施工經驗進行調整，嚴格控制爆破振動和飛石距離，其裝藥結構如圖2。

當炮孔深度小于6m時，采用連續裝藥，當炮孔深度大于6m時，采用分層裝藥，層間間隔0.5m～1m。

當炮孔深度6m＜h≤9m時，取孔深h=9m，層間間隔0.5m，裝藥長度l=9-0.5-3=5.5m，則單孔最大裝藥量Q=5.5/0.5*2=22kg；

當炮孔深度h≤6m時，取孔深h=6m，裝藥長度l=6-6/3=4m，則單孔最大裝藥量Q=4/0.5*2=16kg。

表1：不同爆破參數下爆破效果統計表

2.3 起爆設計

本工程采用露天深孔爆破，根據《爆破安全規程》（GB6722-2014），爆破振動安全取10Hz＜f≤50Hz，結合周邊環境，確定允許最大質點速度為3.5cm/s，根據公式Q=R3(v/Kc)3/α，取R=30m，Kc=50，α=1.67，確定最大一次齊爆藥量為Q=124.2kg，開挖爆破需采用毫秒微差起爆。

起爆網路設計：采用微差起爆時，每個炮孔內采用10段毫秒導爆雷管，炮孔外及排間均采用5段毫秒雷管連接。當炮孔深度為9m，分層裝藥時，一次齊爆炮孔數不得大于5個；當炮孔深度為6m，連續裝藥時，一次齊爆炮孔數不得大于7個。起爆網路設計示意如圖3所示。

3 爆破效果分析

3.1 爆破效果對比分析

為達到理想爆破效果，嚴格控制裝藥量、爆破振動和飛石距離等，然后調整相關爆破參數，最終形成合理爆破方案。研究按每次30個炮孔，6孔/排，布置5排為一組進行試驗，其參數及爆破效果統計見表1。

通過試爆及爆破參數調整對比分析爆破效果可知：

（1）當炮孔間距及排距一致時，采用6m深炮孔連續裝藥或采用9m深炮孔分層裝藥，爆破效果均差別不大，在采用微差爆破嚴格控制爆破振動對周邊建筑物的影響下，為節約工期，采用9m深炮孔分層裝藥爆破較為合理。

（2）隨著炮孔間距及排距的變化，當炮孔取間距a=4m，排距b=3.2m時，爆破效果較為理想，且炸藥單耗較低，既能滿足開挖要求，又節約成本。

3.2 經濟性分析

中風化泥巖在施工工藝上還可采用液壓錘破碎工藝，現針對液壓錘破碎與控制爆破兩種施工工藝進行經濟性對比分析。因《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013)無液壓錘破碎定額，故該項定額套用工藝與施工環境相近的《云南省建設工程綜合單價計價標準（城市地下綜合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018），控制爆破采用《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013）。套用2019年2月材料價格，調整基期價格。中風化泥巖巖體基本質量等級為Ⅴ類，在《云南省建設工程綜合單價計價標準（城市地下綜合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018）、《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013）中屬于較軟巖。因此液壓錘破碎、控制爆破定額基期價格分別為：56.39元/m3、52.95元/m3。

根據本項目實際參數對炸藥、雷管耗量予以調整后（乳化炸藥耗量為0.21kg/m3、非毫秒電雷管耗量為1.18個/m3），控制爆破施工成本可調整為49.68元/m3。

4 結語

通過該項目對市政工程中層狀中風化泥巖的開挖爆破技術性與經濟性予以試驗和研究，可以得知：

（1）市政工程中雖然施工環境復雜，但是采用爆破開挖完全可以避免爆破振動對周邊建筑物造成損壞或影響，保障施工安全。

（2）層狀中風化泥巖地質選擇控制爆破時，當炮孔深度不大于9m時，爆破效果及爆破石方量主要受炮孔間距及排距影響，在相同炮孔間距及排距下，不同炮孔深度炸藥單耗相差不大；為節約工期，可采用9m孔深分層裝藥，既能有效控制炸藥用量，同時也可以減小爆破振動對周邊環境的影響。

（3）在本項目中中風化泥巖中進行控制爆破時，炸藥單耗0.21～0.22kg/m3可滿足控制爆破要求。

（4）中風化泥巖施工，采用控制爆破較液壓錘破碎施工工藝而言，經濟效益較優，施工效率明顯較高。