某隧道口明方爆破施工技术

郑卫平

(山西省公路局晋中分局，山西晋中 030700)

0 引言

所谓爆破，就是利用炸药爆炸的能量破坏某种物体的原结构，并实现不同工程目的所采取的药包布置和起爆方法的一种工程技术。这种技术涉及到数学、力学、物理学、化学和材料动力学、工程地质学等多种学科。通过这次工程实例，科学验证了爆破理论技术，为日后隧道明方爆破施工提供了实践参考。

1 施工方案的确定

根据某工程现场实际情况，并结合以往类似工程施工经验，拟采用浅孔台阶控制爆破法施工为主，施工时应自上而下分台阶进行，隧道洞脸处应预留80 cm的保护层，用光面爆破进行施工，以确保边坡及隧道洞脸平整、稳定。依据爆破安全规程规定，本工程需要控制的主要有飞石，控制爆破个别飞石对民房、过往人员、车辆的危害为该段施工的重点，控制危害方法主要有选择合理的单耗、合理的爆破网络、最小抵抗线方向不能朝向民房及其他建筑物。

根据萨道夫斯基控制爆破震动速度公式:

反向推导一次齐爆最大装药量公式:

其中，V为允许最大振动速度，cm/s，本工程最近建筑物为民房(砖房)，根据表1分别取值计算;K，α均为与地质地形有关的系数，本次爆破K=200，α=1.8;K'为分散装药衰减系数，K'取1;R为最大一段齐爆药量的几何分布中心到邻近被保护物的距离，m。

从现场来看，附近建筑距爆区民房为250 m(见表1)。

根据表1计算结果表明，个别飞石对民房、过往人员、车辆的危害为本次爆破影响的主要防护对象，采用浅孔台阶控制爆破是可以符合安全规程要求的，但浅孔爆破要严格按表1控制一次齐爆爆破药量，合理设计台阶高度及孔网参数(见表2)。

为了确保施工的安全，最大限度地发挥自有技术优势，应选定合理的爆破方式、起爆方法、施工组织措施，因此特制定整体方案要点如下:

1)爆破施工通过优化爆破技术参数，合理选择起爆网络、起爆方向、积极主动地采用综合性安全防护措施、科学地进行施工组织设计，杜绝飞石对过往行人、车辆的危害。

表1 不同距离时的安全允许装药量表

表2 爆区不同岩性的K，α值

2)爆后要达到成型边坡内侧岩石松散度、粒径满足挖运、刷坡施工需求。

3)爆破有害效应要控制在安全允许的范围之内，确保其他设施的安全。

4)由专人负责指挥挖装施工组织，爆破、挖装、刷坡等工作确定在白天视线较好的条件下进行，早上6:00～下午18:00。并在距爆区两端500 m范围内设置醒目的警示标牌提醒驾驶人员注意前方施工和利用传单、海报进行施工公告。

5)组织人员成立应急清障排险小组，随现场施工进展情况配备的防护警示背心和铁铲、撬棍、铲车、挖掘机等工具及设备随时准备听从指挥进行应急排险工作。

2 浅孔台阶控制爆破参数

1)钻孔直径D:D=42 mm。

2)底盘抵抗线 W1:W1=(25～30)D 或 W1=(0.4～1.0)H。

3)台阶高度H:根据现场情况选取。

4)孔间距 a:a=m1W1=(1.0 ～1.5)W1。

5)排间距 b:b=(0.8 ～1)a。

6)超深 Δh:Δh=(0.15 ～0.35)W1。

7)单耗q:根据地质条件取q=0.3 kg/m3。

8)单孔装药量Q:Q前=qaW1H，Q后=qabH。

9)装药长度L1:L1=Q/qx，qx为炮孔装药线密度，qx=1 kg/m。

10)填塞长度 L2:L2=L － L1，应满足 L2≥1.2W1。

11)根据现场爆破效果再对孔距、排距、单耗做适当的调整。

按不同台阶高度计算得到浅孔台阶爆破参数见表3。

表3 浅孔台阶爆破参数表(D=40 mm，q=0.30 kg/m3)

12)布孔方式:梅花形布孔(见图1)。

图1 炮孔布置示意图

13)装药结构:线性连续装药(见图2)。

图2 装药结构示意图

14)起爆方式:非电毫秒微差起爆，每个炮孔内装2个起爆药包。非电毫秒雷管孔和(或)孔外延时，导爆管四通和毫秒雷管复式连接(见图3)。

15)起爆网络:为确保起爆网络的安全传爆、改善爆破质量、减少爆破危害、方便施工操作，结合我公司成熟的施工技术和经验，本工程的爆破起爆网络拟采用复式微差起爆网络，起爆网络采用塑料导爆管和四通连接，起爆器起爆。为控制爆破有害效应，一次爆破最大装药量为150 kg。

为了确保起爆网络设计与现场施工的有效衔接，方便爆破施工，避免雷管的分发错误，采取了标识措施。对每个孔都用竹片进行标识，标明孔号、孔深、雷管段位。

图3 浅孔台阶爆破起爆网络图

3 边坡及隧道洞脸光面爆破设计

针对边坡及隧道洞脸的岩石情况初次选用如下爆破参数，在施工中可按照选定的参数总结每次爆破效果，测量半孔率和轮廓不平整度，不断调整光爆参数:

孔深 L=3.2 m。

光爆孔间距a=(15～10)d=(15～10)×43 mm=645 mm～430 mm，取 a=600 mm。

单孔装药量:

其中，η 为炮孔装药系数，η =0.7;L为孔深，L=3.2 m;r为每米长度炸药量，r=0.4 kg/m。

经计算 Q1=0.89 kg，取 0.9 kg。

光面爆破炮孔布置及装药图见图4。

图4 光面爆破炮孔布置及装药图

4 爆破飞石的计算与防护

4.1 爆破飞石

根据爆破飞石距离RFmax计算公式:

其中，RFmax为飞石的飞散距离，m;Kφ为安全系数，取15～16;D为药孔直径，取4.2 cm。

4.2 爆破飞石防护措施

从现场看，飞石距离大于建筑物安全距离，需对个别飞石进行防护，防护措施如下:

1)严格按设计进行施工;2)孔口进行覆盖防护(覆盖砂包、柴禾或稻草、毛竹片、钢丝网等);3)保证堵塞长度和堵塞质量;4)合理调整自由面，控制飞石方向;5)必要时需对周边变压器、民房等采取防护措施，具体为在变压器、民房朝向爆破区方向搭设钢管排架，排架上挂两层毛竹排(见图5)。

5 土石方明挖安全措施

1)土石方明挖爆破时，要做好标志、警戒、信号等工作，规定放炮时间，注意炮眼布置，炮口方向和装药量防止飞石伤人及毁坏附近建筑物。

2)削坡工作要自上而下进行，严禁上、下同时作业，及时做好浮石清理，施工人员做到身系安全绳，头戴安全帽。

3)加强对来往行人的指挥，尽量减少运碴与行人之间的干扰。

图5 防护示意图

4)无关人员严禁进入施工现场。

5)施工人员必须按要求穿戴好劳动保护用品。

6)爆破30 min前，做好疏散附近村民到指定的安全区域工作，保证爆破区200 m范围内民房中无人，爆破后及时组织察看附近民房情况，确保附近村民的人身安全。

7)多钻孔，少装药，小方量爆破，尽量减少爆破震动波对住房、村民的影响。

8)在隧道进出口处布设一道高10 m的钢管防护排架，搭设时保证防护架牢固、安全，以防止爆破产生的飞石外溢伤人伤物。

9)在控制爆破路段爆破施工时，应在爆破体上铺盖草垫(干或湿均可)或草袋(内装少量砂、石)作头道防线，再在草垫(或草袋)上铺放胶管帘(用长60 cm～100 cm的胶管编成)或胶皮垫(用长1.5 m的输送机废皮带联成)、荆芭，最后再用帆布棚将以上两层整个覆盖包裹，胶帘与帆布应用铁丝或绳索拉住捆紧，以阻挡爆破碎块和保护上层的帆布不被砸坏并降低声响。

6 爆破警戒方案

根据“预防为主，安全第一”安全生产方针，做到防范于未然，现将爆破危险区划定、树立爆破警戒牌、派专人警戒、爆破信号等管理措施作如下规定:

1)根据爆破点的实际地形情况和国家有关爆破安全规程，准备在爆破点四周浅孔台阶控制爆破300 m、隧道爆破300 m划定为警戒区域。

2)树立爆破危险区警示牌。凡在警戒点和主要道路设置警戒牌，写明爆破危险等内容。

3)爆破前派专人在爆破区警戒点警戒。在进行起爆前20 min，应派警戒人员进入警戒点，禁止人员、车辆进入警戒区内，撤离在警戒区域内的人员，并负责观察警戒区范围的动静，发现情况应及时用对讲机通知起爆站暂停起爆。

4)严格按设计要求施工，确保安全。a.严格按设计控制同段最大药量，减少爆破地震;b.严格按设计孔网参数和爆破参数施工;c.确保钻孔质量，保证设计的最小抵抗线;d.保证填塞长度和填塞质量，控制爆破飞石。

5)建立爆破信号系统。将爆破信号挂牌，让全体员工及附近村民了解爆破信号，爆破信号采用移动式警报器发出，信号涵义如下:第一次信号:预告信号(起爆前15 min);第二次信号:起爆信号(起爆前1 min);第三次信号:解除警戒信号(爆破安全检查后)。