復雜環境下火車站場地平整控制爆破

郭明福，王海亮，徐品德，李 嘉

(1.核工業金華建設集團有限公司，浙江 金華 321000；2.寧波力拓爆破工程有限公司，浙江 寧波 315400)

國內基建工程多，工程機械處理耗時長，成本高，安全風險大；爆破行業逐漸進入常規作業，隨著爆破技術應用越來越廣泛，尤其是精細化控制爆破作業，在我國工程領域得到了有效發揮，更適用于復雜環境下的工程爆破；車站周圍環境復雜，爆破涉及到飛石、振動等各方面的因素，本次復雜環境下成功爆破證實作業方案的可行性，可作為一種參考[1]。

1 工程概況

1.1 工程環境

金臺鐵路磐安站站場綜合開發項目位于金華、麗水、臺州、紹興地市的交界處，周邊復雜環境(見圖1)。正東面為平地，距離42省道約200 m；東南角有數幢民房并緊鄰4號回填地塊，民房距離1號地塊界線最近距離為38.5 m；南面距離民房最近為290 m；西面為2個待拆碎石破碎站；西北角為商品混凝土攪拌站(待拆)、兩處臨用房和破碎設備(待拆)，正北面為龍飛烘干設備廠(待拆)，東北角為養豬場(待拆)。爆破區域內有軍用國防光纜1條(待拆)，拆除前距離國防光纜200 m范圍內采用機械開挖；有10 kV高壓線(潘潭184線)(待拆)。

圖1 爆破周邊環境Fig.1 Surrounding environment of the blasting

1.2 地質特點

本項目地形起伏較大，臺階高度H=10～15 m，巖性以泥質砂礫巖為主，中等硬度巖石。

1.3 工程難點

1)對居民房屋的保護等級高。必須嚴格控制爆破振動，保證民房和電纜、高壓線等不受影響。

2)安全防護要求高。必須嚴格控制飛石的飛散方向和距離，確保省道上來往的車輛和人員安全，民房不受影響。

3)工程面積大，爆破作業點多，施工難免交叉重疊作業。爆破作業面最好能形成連續的循環作業，避免施工干擾，延誤工期，尤其是要保證施工區上下層的交通暢通無阻。

4)爆破方案應針對回填料粒徑要求制定，保證成料率及避免二次破碎影響工程進度。

2 爆破設計方案

2.1 爆破方案

結合施工現場具體情況以及類似工程的施工經驗，決定選用露天深孔延時爆破作為本工程的主要爆破施工方法。根據施工圖和現場情況，臺階高度H=10～15 m，梅花型布孔，輔以淺孔和機械等方法施工，爆破選用乳化炸藥，非電毫秒延時雷管，2H-1型起爆器，并采用塑料導爆管、四通進行并串聯復式網路聯線。

2.2 光面爆破設計[2]

2.2.1 爆破參數

臺階高度H=12 m；鉆孔直徑D=90 mm；最小抵抗線W光=KD=1.35～2.25 m(一般取K=15～25，軟巖取大值，硬巖取小值)；炮孔超深h=0.5～1.0 m(孔深和巖石堅硬完整者取大值，反之取小值)；炮孔長度L=(H+h)/sinα(根據臨空面的坡度而決定孔的傾斜度，本工程鉆孔傾角α=80°～90°)，可知炮孔深度在12.5～13.0 m。

炮孔間距a=(0.6～0.8)W光=0.7～1.8 m，取1.0 m。在松軟破碎巖石中進行爆破時，應適當控制孔距；裝藥量Q=qahW光,a為炮孔間距，m；h為孔深，m；q為炸藥單耗，kg/m3，q一般取0.35～0.5 kg/m3，軟巖取小值，硬巖取大值；對于松散破碎巖體,藥包爆炸應力波在頂部自由面處易發生反射，形成漏斗，破壞孔口巖石，因此，距頂部一定距離內，應設置1個不裝藥段，結合工程實際，不裝藥段取L=0.6～1.6 m和填塞段取L=1.0～2.0 m。

2.2.2 裝藥結構和起爆網路

光面爆破時，選用小直徑藥卷，實現不耦合間隔裝藥，藥包應均勻連續地布置在鉆孔中央，以獲得良好的光爆效果。據以往的經驗，藥卷之間的間隙應控制在35 cm以內，超過35 cm時，各部分會呈現局部效應。松軟巖層中，藥卷間隙控制在30 cm以內。裝藥時，將藥卷串綁扎在竹片上，再插入炮孔中，裝藥結構如圖2所示。

圖2 光面爆破裝藥結構Fig.2 Charge structure of smooth blasting

光面爆破與主體爆破一同起爆時，光爆孔應滯后于主爆孔起爆，其起爆時間間隔Δt選取的合理與否直接影響著爆破效果。Δt過小時，其前方巖石還未得到充分移動，光爆孔會對邊坡造成一定的損壞。若Δt過大時，前排主炮孔爆破時可能會對光爆孔網路造成破壞；一般取Δt=100～150 ms。起爆網路如圖3所示。

注：1-起爆雷管；2-敷設于地面的導爆索主線；3-孔內引出的導爆索；4-孔外接力分段雷管；5-孔內導爆索和地面導爆索連接點。圖3 光面爆破起爆網路Fig.3 Initiation network of smooth blasting

先將藥卷間隔用膠布或塑料繩綁扎在傳爆線和竹片上，裝藥時把傳爆線及藥卷緊貼在竹片上，孔位鉆完后整體放入炮孔內，最后用炮泥封口。

2.3 深孔臺階爆破設計

2.3.1 爆破參數

根據施工圖和現場情況，臺階高度H=10～15 m；炮孔直徑D=115 mm；最小抵抗線W=(30～35)D，根據巖石性質，W取4 m；底盤抵抗線Wd=3.8～4.2 m；鉆孔深度L=H/sinα+h，本工程鉆孔傾角α=80°～90°，超深h一般為1.0～1.5 m，可知炮孔深度在11～16.5 m。

炮孔間距a=(0.8～1.5)W，取5 m；排距b=(0.8～1.0)a，取4 m；填塞長度ΔL=(20～30)D，結合現場，不少于4 m；比照同類工程，單位炸藥消耗量q取0.32 kg/m3，施工時，可根據巖性及試爆情況進行調整[3]；單孔裝藥量Q=kqabH(k為考慮受前面各排孔的礦巖阻力作用的增加系數，k=1.0～1.2)，爆破參數如表1所示。

表1 爆破參數Table 1 Blasting parameters

2.3.2 裝藥結構和起爆網路

根據爆區的巖性、結構及炸藥與巖石阻抗的匹配情況，及宕碴石料的粒徑要求。裝藥結構可分為連續裝藥、不連續裝藥(分段裝藥)，裝藥結構如圖4、圖5所示。

圖4 連續裝藥結構Fig.4 Continuous charge structure

圖5 不連續裝藥結構Fig.5 Discontinuous charge structure

采用排與排、孔與孔之間延時起爆技術，梅花型布孔，逐孔起爆，同時減少爆堆寬度，降低振動效應。主爆孔孔內采用MS10段非電雷管，孔間采用MS3段連接，排間采用MS5段連接。光爆孔孔內采用MS15段非電雷管，排間采用四通，復式網路連接整排起爆，炮孔布置及起爆網路如圖6、圖7所示。

圖6 炮孔布置Fig.6 Layout of blast hole

注：1)主爆孔排間采用MS5段非電雷管，孔間采用MS3段非電雷管；2)主爆孔內采用MS10段非電雷管，光爆孔采用MS15段雷管；3)主爆孔采用四通串接，滯后于主爆孔起爆。圖7 深孔起爆網路Fig.7 Initiation network of deep hole

3 爆破監測與安全

3.1 爆破振動控制

本次爆破范圍大，爆區四周的巖性、地形也不相同，因此在爆區四周具有不同的K、α值，K值越大、α值越小，振動峰值越大，本開挖區屬于中硬以上的巖石，按照最不利原則取K=180、α=1.5，計算結果反映了巖石介質條件下可能造成的最大破壞[4]。

本工程最大單響藥量控制在96 kg以內，一次爆破總藥量控制在3 000 kg以內。

3.2 爆破飛石安全距離

按照大爆破個別飛石經驗公式計算：

Rf=20n2WKf

(1)

爆破作用指數n=1.2，最小抵抗線W=3.5 m，安全系數Kf選1.5。計算飛石距離：Rf=151 m，根據爆破安全規程規定，深孔爆破個別飛石安全距離不得小于200 m，按設計要求警戒范圍為200 m。

3.3 爆破振動監測

在爆破過程中，委托具有資質的振動檢測單位進行爆破振動監測[6]，結合現場情況，本次監測共布置4個監測點(見圖8)，分別布置在爆破區域四周的村莊、道路及構造物附近；根據實時監測的結果，指導現場爆破施工和調整爆破參數。

圖8 監測布置Fig.8 Layout of monitoring point

3.4 安全防護

近體防護材料采用2.2 m×2.2 m炮被防護或1.7 m×1.7 m沙袋防護[7]。每個炮孔正上方覆蓋一個炮被(根據現場具體情況選擇型號)，炮被中間正對炮孔位置，孔與孔之間炮被搭接長度0.5 m，覆蓋范圍大于爆破區域2～3 m。炮被上方放置沙袋3個/m2(見圖9)。

圖9 近體防護Fig.9 Indirect protection

4 結語

1)爆破后自由面方向20 m范圍內產生少量飛石，發出悶響；民房及其他建筑無損壞，爆破振動監測結果均在2 cm/s內，安全警戒到位，無人員傷亡。

2)炮被和沙袋能夠有效減少爆破飛石的產生，爆破防護中，噴水裝置可以降低灰塵的飛散。

3)梯段爆破可采用壓碴擠壓爆破、延時間隔分段起爆的松動爆破，能夠控制爆破飛石的拋出角度，減少飛石水平距離，增加巖石破碎度。