復雜環境下深孔臺階控制爆破的設計及應用

廖麗珍 ,王寧雄 ,廖凱峰

（1.江西萍鄉國泰六六一科技有限公司,江西 萍鄉 337016;2.攀枝花恒威化工有限責任公司,四川 攀枝花 617012）

1 工程概況及周邊環境

河源市江東新區有一項土石方爆破開挖工程,開挖高度約50 m,開挖方量約120 萬m3,工期4 個月。此處,石質為輝綠巖,巖石堅硬系數f=8～12。爆區東面78 m 為芙蓉石場,南面65 m 為村民待拆遷民房,西面63 m 為在建贛深高速鐵路,鐵路橋梁已完工,還未鋪設鐵軌。西北側204 m 為待拆遷民房。北面為荒山,3 號與4 號地塊交會處有待拆遷高壓線,周邊環境復雜,周邊環境如圖1(紅旗表示設計實施的安全警戒點)所示。

圖1 周邊環境與警戒示意圖

2 工程難點及技術措施

工程難點:周邊環境復雜,西面63 m 為在建贛深高速鐵路、南面65 m 為村民待拆遷房,3 號與4 號地塊交會處有待拆遷高壓線;爆破方量大,工期短。

為保證贛深高速鐵路安全,且不影響芙蓉石場正常安全生產,采取以下技術措施:

①在爆破施工前將高壓線搬遷后實施爆破作業;

②爆破方向及最小抵抗線方向朝南、北方向,避開高速鐵路和芙蓉石場方向;

③距高速鐵路路基100 m 范圍內不采用爆破方式施工,采取靜態爆破或用液壓炮機施工處理,其余部分采用毫秒微差控制爆破技術施工。

3 爆破方案設計

根據現場條件,石方開挖采用深孔臺階控制爆破為主、機械液壓炮機破碎為輔的施工方案[1-3]。布置4 個爆破開口同時爆破施工(爆破開口1 從地塊03 朝地塊10 方向開口,爆破開口2 從地塊03朝地塊07 方向開口,爆破開口3 從地塊03 朝地塊04 東偏南方向進行,爆破開口4 從地塊04 朝地塊05 方向進行)。投入4～6 臺鉆機循環交叉鉆孔作業,保證每天爆破10 000～20 000 m3石方,爆破臺階高度控制在10～12 m。采用毫秒微差控制爆破振動速度在2.0 cm/s 以下。距高速鐵路路基100 m 范圍內采用靜態爆破或用液壓炮機施工處理。開挖土石方量見表1。

表1 開挖土石方量表

3.1 試爆參數設計

試爆采用深孔爆破,鉆孔直徑為115 mm。爆破點選擇在1 號爆破開口處進行試爆,炮孔垂直布置,布置3 排,每排8 個炮孔,共24 個炮孔。臺階高度選擇10 m,裝?90 mm 乳化炸藥,炮孔布置方式為三角形。

①梯段高度:H=10 m;

②鉆孔直徑:?=115 mm,孔深L=H+h1;

③鉆孔超深:h1=(8～12)?=0.7～1.1 m,取h1=0.5 m;

④底盤抵抗線:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔間距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸藥單耗:q=0.3～0.45 kg/m3,設計取0.4 kg/m3;

⑧單孔裝藥量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的鉆孔裝藥量見表2。

表2 試爆不同深度的鉆孔裝藥量

3.2 試爆起爆網路設計

采用毫秒微差導爆管雷管逐孔單響起爆,網路閉合,每個炮孔內安置一發或兩發導爆管雷管,孔內采用MS-7、MS-9 段雷管,孔外接力延時采用MS-3 段雷管。排間延期時間50 ms。布孔形式、起爆順序、起爆方向如圖2 所示。網路連接采用簇聯導爆管連接方式,如圖3 所示。

圖2 布孔形式、起爆順序、起爆方向示意圖

圖3 爆破網路連接

3.3 實際爆破技術參數設計

根據試爆情況及監測爆破振動速度數據優化爆破參數,采用深孔爆破,鉆孔直徑為115 mm。炮孔垂直布置,裝?90 mm 乳化炸藥,炮孔布置方式為三角形。

①梯段高度:H=10～12 m;

②鉆孔直徑:?=115 mm,孔深L=H+h1;

③鉆孔超深:h1=(8～12)?=0.7～1.1 m,臺階高度較小時,超深適當減小,巖石可爆性好,取小值,此處取0.5 m(適當增加超深以增加堵塞長度);

④底盤抵抗線:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔間距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸藥單耗:q=0.3～0.45 kg/m3,設計取0.4 kg/m3;

⑧單孔裝藥量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的鉆孔裝藥量見表3。

表3 實際爆破不同深度的鉆孔裝藥量

⑨臺階布置及裝藥結構:臺階布置如圖4 所示,裝藥結構如圖5 所示,布孔形式、起爆順序、起爆方向與試爆相同。

圖4 臺階布置示意圖

圖5 臺階爆破裝藥結構

⑩實際爆破網路設計:與試爆相同,根據最小抵抗線方向、鉆孔數量、地質地形條件等實際情況,采用V 形或斜線對角線起爆,施工中視爆破效果進行改進。

4 爆破安全技術設計與注意事項

根據爆破區域周邊環境,爆破可能產生的有害效應是爆破振動和爆破飛石,因此,應采取相應安全措施。

4.1 爆破振動控制

為了避免能量集中,采用多打孔、少裝藥和微差延時起爆技術,嚴格控制單段藥量及一次起爆藥量。根據公式Qmax=[R(V/K)1/a]3計算出允許的同段最大裝藥量。K取150,a取1.5[4-6]。

針對被保護物距爆破地點的距離,推算一次起爆的單響最大藥值,再對藥量進行調整,從而控制爆破振動。工業建筑物的安全允許質點振速為3.5～4.5 cm/s,爆破工程高鐵路基橋墩爆破振動質點振速控制在2.0 cm/s 內。民房爆破振動質點振速控制在1.0 cm/s 內。不同爆心距R對應的同段最大藥量見表4。

表4 不同爆心距R 對應的同段最大藥量

為安全起見,工程爆破點距高鐵路基橋墩100 m范圍內禁止爆破。爆破振動安全距離按100 m 計算,經計算距高鐵路基橋墩100 m 單響最大安全起爆藥量為177.8 kg。實際上,本方案采取單孔單響,臺階高度為12 m 時,單孔裝藥量為67.2 kg,遠小于計算藥量,不會對高鐵路基和相關設施造成危害。

每次爆破點與高鐵橋墩及民房的距離不同,需根據實時爆破振動監測數據做適當調整。

4.2 爆破飛石控制

1)飛石距離計算

臺階爆破飛石飛散距離參照瑞典湯尼克基金會提出的經驗公式:

式中,RF為飛石飛散距離,m;d為炮孔直徑,cm。

該工程炮孔直徑采用115 mm,飛石飛散距離為181 m。根據《爆破安全規程》,起爆警戒范圍按照200 m 進行清場警戒。

2)爆破飛石控制

施工過程中必須嚴格控制爆破飛石。對現場個別特殊位置或炮孔內有水的炮孔進行三層安全防護,禁止使用帶金屬材質的材料作為防護覆蓋物[7-8]。爆破區平面覆蓋如圖6 所示。

圖6 爆破區平面覆蓋示意圖

3)注意事項

根據地質條件及現場環境復雜程度合理選擇爆破參數,嚴格按照安全評估后的爆破設計裝藥量裝藥;最小抵抗線方向應避開高鐵和芙蓉石場方向;填塞長度、質量達標;做好覆蓋防護,防止爆破飛石。

4.3 爆破安全警戒

爆破前派專人與高速鐵路各施工單位、芙蓉石場及村民聯系溝通,確保清場順利、徹底。爆破開口方向按200 m 清場警戒,兩側按150 m 清場警戒,背向方向按100 m 清場警戒。

5 結語

石方開挖采用了深孔臺階控制爆破為主、機械液壓炮機破碎為輔的施工方案。通過試爆,高效、安全地完成了施工任務,爆破后巖石塊度均勻、裝運方便,周邊民房與高鐵未受到爆破振動、飛石等有害效應的破壞,爆破效果良好,可為類似工程提供參考。