冰錠光面爆破施工技術(shù)研究

趙宗奎

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司 山東濟(jì)南 250002)

1 引言

隨著社會(huì)發(fā)展與變革，國(guó)家對(duì)基建施工環(huán)保要求不斷加強(qiáng)，施工單位環(huán)保壓力不斷加大，亟需一種環(huán)保爆破技術(shù)[1-5]。

若羌公路位于新疆巴州若羌縣境內(nèi)。若羌縣礦產(chǎn)資源豐富，被譽(yù)為新疆的“聚寶盆”，是我國(guó)少有礦產(chǎn)資源相對(duì)豐富的區(qū)域之一，也是國(guó)家“358”項(xiàng)目重點(diǎn)實(shí)施區(qū)域。本文針對(duì)該區(qū)域施工環(huán)境提出的冰錠爆破施工技術(shù)，為行業(yè)領(lǐng)先爆破施工工藝[6-7]，可對(duì)國(guó)內(nèi)土石方爆破施工提供有效參考，對(duì)類似工程爆破方案設(shè)計(jì)和環(huán)保工作具有重要意義。

2 工程概述

本項(xiàng)目全長(zhǎng)84.14 km，共分A、B、C三段。A段線路長(zhǎng)為41.74 km，B段路線長(zhǎng)為12.38 km，C段路線長(zhǎng)為30.01 km，項(xiàng)目計(jì)劃工期2年。項(xiàng)目路基工程主要集中在 B、C兩段，土石方挖方量達(dá)332.43萬(wàn)m3，其中爆破挖石方約220萬(wàn)m3，土石方填方73.70萬(wàn)m3，圖1為爆破位置巖性外觀照片。

沿線地表水主要為基巖裂隙水，含水量豐富，水質(zhì)清澈，受季節(jié)性變化較大。爆破區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造未見大的斷裂，褶皺寬闊平緩，結(jié)構(gòu)地層和巖土體狀態(tài)如表1所示。

表1 巖層結(jié)構(gòu)

3 石方路塹光面爆破設(shè)計(jì)

3.1 光面爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

光爆孔[8-9]參照公式E＝(8～12)d，d為光爆孔直徑，單位m。取E＝12d＝1.08 m，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況及類似施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際施工中取E＝1.2 m。光爆孔與主炮孔孔間距B取2.0 m，光爆孔與邊坡設(shè)計(jì)一致，由于臺(tái)階高度不一致，因此光爆孔深度也不完全相同，具體光爆孔爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 光爆孔爆破參數(shù)

3.2 光面爆破炮眼布置

爆破主體的主炮孔采用一次爆全高炮孔。主炮孔爆破完成后，對(duì)邊坡正上方的巖體進(jìn)行適當(dāng)爆破，采用輔助孔，輔助孔深度取4 m，具體參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整。輔助孔爆破完成之后對(duì)光爆孔進(jìn)行光面爆破，具體炮孔布置見圖2、圖3。

3.3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)

光爆孔底部0.5 m范圍加強(qiáng)裝藥，鄰近堵塞段1 m藥量減弱，堵塞長(zhǎng)度取2.4～3 m。線裝藥密度為0.4～0.5 kg/m，間距和裝藥量需根據(jù)爆破效果及時(shí)調(diào)整。采用d＝90 mm的鉆機(jī)鉆孔，炮孔間距為120 cm，用導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管起爆。光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖4。

3.4 光爆孔起爆網(wǎng)路

孔內(nèi)用導(dǎo)爆索將炸藥串聯(lián)，在孔內(nèi)用非電毫秒雷管與導(dǎo)爆索相連，確保導(dǎo)爆索全部在孔內(nèi)。非電毫秒雷管正向起爆導(dǎo)爆索，孔外將各光爆孔內(nèi)的導(dǎo)爆管雷管用一個(gè)起爆雷管同時(shí)起爆。光爆孔網(wǎng)路如圖5所示。

4 冰錠光面爆破技術(shù)

若羌公路項(xiàng)目位于阿爾金山脈，冬季最低平均氣溫-20℃，石方光面爆破施工一般需間隔裝藥，常規(guī)間隔材料為黏土、粗砂等。本工程光面爆破采用冰錠作為間隔材料，用粒徑2～3 cm的碎冰塊作為炮眼堵塞材料，炮眼內(nèi)的冰錠在引爆后可瞬間升華成水蒸氣，起到漲爆作用。

施工工藝流程:炮眼鉆孔完成后，首先裝入10～12 cm冰錠，再裝入一節(jié)乳化炸藥；然后裝入一節(jié)≤3 cm的冰錠，再裝入一節(jié)乳化炸藥。一節(jié)冰錠、一節(jié)乳化炸藥作為一組循環(huán)，每個(gè)炮眼可根據(jù)長(zhǎng)度需要裝入多組，但最多不大于6組，若大于6組應(yīng)在適當(dāng)位置增加引爆藥節(jié)。裝藥完成后向孔口裝入≥3 m長(zhǎng)的碎冰塊，然后向孔內(nèi)灌注300 mL接近0°的冰水，在低溫環(huán)境下水很快與碎冰塊凝結(jié)成整體，起到固化孔口堵塞材料的作用，完成堵孔。待整個(gè)爆破區(qū)域裝藥、堵塞、連接完成后進(jìn)行起爆。冰錠光面爆破三種常用裝藥結(jié)構(gòu)如圖6所示。

5 爆破試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)試驗(yàn)，確定孔網(wǎng)參數(shù)、炸藥單耗、鉆孔超深、碎冰堵塞長(zhǎng)度、冰錠間隔長(zhǎng)度等設(shè)計(jì)是否合理以及安全警戒距離是否合適。根據(jù)試爆確定單位用藥量q值，并根據(jù)試爆結(jié)果調(diào)整其他爆破參數(shù)。在試爆時(shí)進(jìn)行測(cè)振，根據(jù)測(cè)振結(jié)果驗(yàn)算爆破振動(dòng)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，并回歸得出k、α值，以便指導(dǎo)下一步的爆破施工控制。

5.2 位置

爆破試驗(yàn)選在離居民房屋、主干道等設(shè)施較遠(yuǎn)區(qū)域進(jìn)行，以使爆破后的巖石“開裂、凸起、松動(dòng)而不飛散”為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制炮眼裝藥量，表3為試爆破參數(shù)。

表3 試爆破參數(shù)

5.3 試爆炮孔

試驗(yàn)每組共計(jì)爆破20個(gè)炮孔，裝藥192 kg，共做5組，采用圖6中第一種裝藥方法。

5.4 起爆網(wǎng)絡(luò)連接方式

孔內(nèi)采用10段非電毫秒延期雷管，孔外采用3段非電毫秒延期雷管，使用擊發(fā)針引爆導(dǎo)爆管雷管。

5.5 試爆結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)在-10℃氣候環(huán)境下，采用碎冰塊堵孔，堵孔長(zhǎng)度3 m時(shí)效果較好；(2)孔底冰錠長(zhǎng)度10～12 cm均可有效汽化，起到漲爆作用；(3)間隔冰錠長(zhǎng)度在3～9 cm時(shí)均可有效引爆，而長(zhǎng)度超過(guò)11 cm時(shí)出現(xiàn)1%的啞炮，且爆破效果一般，爆破后部分石塊需進(jìn)一步分解；(4)采用冰錠做光爆間隔材料，爆破粉塵量明顯降低。試爆結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析如表4所示。

表4 試爆結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

6 爆破安全設(shè)計(jì)

6.1 爆破振動(dòng)安全距離

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)，爆破振動(dòng)安全距離計(jì)算公式為:

式中:V為振速；k、α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》選取；Q為單段最大一次起爆藥量；R為安全距離，m。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)?shù)孛课莺兔裼媒ㄖ锏臏\孔爆破振動(dòng)速度應(yīng)控制在0.5 cm/s，取K＝150，α＝1.5。

表5、表6分別為淺、深孔鄰近民房、城市主干道最大單段藥量控制表。

表6 深孔爆破鄰近民房及城市主干道最大單段藥量

(1)按照設(shè)計(jì)方案，對(duì)于靠近民房及主干道區(qū)域，55 m范圍內(nèi)采用機(jī)械破碎；R大于55 m且小于105 m的范圍采用爆破開挖，取K＝150，α＝1.5，Q＝1.8 kg，R＝55 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.49＜0.5 cm/s

(2)對(duì)于105 m≤R≤155 m范圍，采用直徑為90 mm、深度3～5 m的鉆孔逐個(gè)起爆方式進(jìn)行施工，K＝150，α＝1.5，Q＝12 kg，R＝105。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.483＜0.5 cm/s

(3)對(duì)于155 m＜R＜200 m范圍，采用深孔控制爆破或光面爆破，K＝150，α＝1.5，Q＝31 kg，R＝155 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.43＜0.45 cm/s

(4)對(duì)于距民房R≥200 m的范圍，采用深孔松動(dòng)爆破或者光面爆破，K＝150，α＝1.5，V＝0.45 cm/s，R＝200 m。

在距民房距離大于200 m范圍以上時(shí)可采用單孔或多孔同時(shí)起爆，保證單段起爆藥量不超過(guò)規(guī)定藥量。

6.2 爆破飛石安全距離

(1)淺孔爆破飛石水平距離

X＝V2/g

式中:X為爆破時(shí)石頭飛出的水平距離，m；V為飛石初速度，m/s；g為重力加速度，m/s2。

X＝V2/g＝20V2/9.8＝40.8＜50 m

(2)深孔爆破飛石距離

R＝(40/2.54)×D＝141.7＜155 m

可在200 m范圍內(nèi)采取降低單耗、增加堵塞、改變臨空面方向、防護(hù)覆蓋等措施，來(lái)確保飛石控制在安全距離。

6.3 爆破噪聲粉塵控制

對(duì)孔外雷管進(jìn)行覆蓋并加強(qiáng)對(duì)炮孔的堵塞；鉆機(jī)鉆孔時(shí)收集粉塵、道路灑水；采用冰錠做光爆間隔材料、碎冰塊堵塞炮眼，能有效降低粉塵危害。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)光面爆破技術(shù)[10-12]進(jìn)行改良，創(chuàng)新性將冰錠作為間隔裝藥材料，將碎冰塊作為炮眼堵塞材料，取得了良好的爆破效果。但試驗(yàn)炮數(shù)量仍不足以充分說(shuō)明爆破技術(shù)參數(shù)的可靠性，后續(xù)還需在工程實(shí)踐中繼續(xù)總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，在復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件下對(duì)冰錠光面爆破技術(shù)和施工方法進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。

針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下公路路基石方爆破工程施工實(shí)際，采用冰錠光面爆破技術(shù)，爆破效果佳、環(huán)保降塵效果顯著，可供類似工程參考。