紧邻居民区大体积土石方控制爆破技术与研究

王 超

（1.西安建筑科技大学土木学院，陕西西安710055；2.中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司，浙江温州325006）

1 概述

随着我国经济的飞速发展，基础建设的步伐也得到了大力发展。铁路线路和公路线路建设中会经常遇到大体积土石方的爆破施工，对于大体积土石方爆破技术尤其在居民区附近的爆破多采用微差爆破技术和爆破飞石防护。对于微差爆破李宏男等[1]通过理论研究及现场测试得出了减震效果最好的间隔时间。爆破飞石是在工程爆破作业过程中炸药释放出来的能量将砂石、泥土、杂物等物质从作业点或作业面抛掷到空中或地面的一种爆破危害，主要体现在对既有建(构)筑物损坏、人员伤亡和机械设备损毁等方面[2]。在居民聚集区进行大方量的路基土石方施工，这些危险系数更高，合理安全的人员撤离和防护措施就显得尤为重要。本文结合实际工程，进行了微差爆破的单段最大装药量和飞石安全距离的理论计算，同时也对安全防护提出了一些措施，这些研究保证了本次工程安全顺利完成，也为今后类似工程有着重要的借鉴意义。

2 工程概况

本工程狮子岭隧道出口至双岙桥路基段（DK182+440～DK182+550）位于浙江省温州市鹿城区双屿镇双岙村境内，该段路基全长100m，横向约65m，爆破岩石方量约6.1×104m3，后因市政规划等问题进行了设计变更，最终增加爆破岩石方量约18×104m3，需增加炸药用量130t，雷管用量约5.5万发。因此，本土石方爆破工程量约24.1×104m3。本段岩石坚硬完整，其周围施工环境复杂，东面距最近民房约16m，东南面距最近民房约26m、距信号塔约53m；南面距最近厂房约16m、距最近民房约19m、距动力线约45m、距厂房约92m；西面距500kV高压线路约102m、距500kV高压塔基约240m；西紧邻废弃民房；西北面距临时存放点约98m、距配电房及线路约108m；北面距临时房约18m、工棚约26m；东北面距最近民房约29m、距变压器约60m，如图1所示。

图1 爆破工点建筑环境示意图

3 爆破设计方案

该爆破工程区域人口密集，工厂、民房三面环绕爆破区域，周围环境作业条件十分复杂。为有效控制爆破作业带来的危害，起初该路基段开挖采用浅眼松动微差控制爆破技术，但由于效率较低，无法满足工期要求，后改变施工方法，即采用浅眼松动和中深孔松动微差控制爆破相结合的爆破施工方法，具体如下：

（1）路基爆破点距最近双岙村民房、厂房为16m，在距双岙村民房、厂房43m范围以内爆破时，明挖爆破采用浅孔松动微差控制爆破方法，开挖台阶高度控制在2～5m，炮孔深度控制在2.5～5m；

（2）在距双岙村民房43m范围以外，路基开挖采用中深孔松动微差控制爆破施工方法，开挖台阶高度控制在6～10m，炮孔深度控制在7～11m。

4 爆破安全控制

为了确保本次土石方爆破施工方案的万无一失、确保不延误施工工期，避免施工扰民的发生。对爆破施工中的控制指标进行了分析计算，以此判断本次土石方爆破施工方案的合理性和安全性。

4.1 爆破震动安全控制

根据《爆破安全规程》[3]中介绍的爆破计算公式，即萨道夫斯基计算公式，式(1):

式中：Q——最大一段的装药量，kg；

R——距爆源中心的距离，m；

K——与介质特性、爆破方式及其它因素有关系数，取180；

V——非抗震性钢筋混凝土框架房屋允许振速，取3cm/s；

α——地震衰减指数，取1.8。

经计算，表1列出了不同距离的单段最大装药量，由表1可知，本工程土石方爆破点距最近双岙村民房、厂房为16m，在距双岙村民房、厂房26m范围以内爆破时，明挖爆破采用浅孔松动微差控制爆破方法，开挖台阶高度控制在2m，炮孔深度控制在2.5m，最大段单响药量为1.43kg；在距双岙村民房26～43m范围内，明挖爆破采用浅孔松动微差控制爆破方法，最大段单响药量为4.82kg，在距双岙村民房43m范围以外，路基开挖采用中深孔松动微差控制爆破施工方法，采用1孔一响最大段单响药量为26.25kg。本次土石方爆破工程应严格按照表1中的计算数据进行每次爆破总药量设计，爆破采用微差爆破技术，爆破振速可控在2cm/s以下，因此，土石方爆破施工的振动不会对民房、厂房造成破坏性的影响。

表1 不同距离的最大单段的装药量值对照表

4.2 爆破飞石控制

在露天爆破过程中，除了控制爆破振动速度外，爆破飞石对周围既有建(构)筑物影响、对人民群众的人身安全威胁也是不容忽视的。为了在控制振动速度的同时严防爆破飞石的危害，应对爆破飞石的安全距离进行详细计算，并做好相应的安全措施。

爆破飞石安全距离：根据《爆破安全规程》[3]中个别飞石的飞散距离按瑞典德汤尼克[4]公式(2)进行计算：

式中：RF——个别飞石的飞散距离，m；

K——安全系数，按经验系数一般取15～16，与爆破的地形地貌、爆破方式、堵塞长度有关的系数；

D——炮孔直径，cm。

由式(2)得：

根据瑞典德汤尼克公式计算爆破后飞石飞行的最大距离为64m。从现场环境来看，各爆破工点进、出口和民房、厂房距离基本都小于飞石距离，为了安全起见，以爆破点为中心100m为半径的区域内所有人员必须在爆破时撤离至100m外或安全避炮点，见图2。

5 爆破安全防护研究

在控制爆破施工期间，除了做好安全警戒和人员撤离疏散工作外还应加强安全防护措施的设计和可操作性，确保爆破施工安全顺利完成。本文结合了该工程的特殊施工环境和地理条件，提出了以下爆破安全防护措施：

(1)距路基开挖线东面5～10m处与居民区之间设置双层防护排架，排架采用Ø50mm钢管搭设，排距0.5m，步距0.5m。内外侧挂设竹排，与排架采用铁丝连接，防护栏高度为6～8m，长度为150m，防护排架竖向钢管与地面刚性连接并增加钢管斜撑加固，确保排架的稳定性，如图3所示。建议施工过程中加强排查,及时发现问题及时整改。

图2 土石方爆破安全警戒平面示意图

图3 防护排架示意图

(2)炮孔全面覆盖防护：第一步采用沙袋对每个爆破孔进行覆盖，第二步在爆破区域上方整体铺设竹篱笆或重型炮被，铺设完毕后，第三步在竹篱笆或炮被上方再设置一层沙袋。设置完成后最上方铺设双层安全防护网，如图4所示。

图4 炮孔全面覆盖防护示意图

6 结论

根据本文的理论计算和实践证明大体积土石方爆破可以通过以下几点确保爆破施工安全顺利完成：

(1)对于软弱夹层采用镐头机破碎开挖，不实施爆破，防止过大震动对不良地层产生影响；

(2)石方爆破开始前，对周围建筑物进行详细调查，并依据其结构特征和国家标准给出各自的爆破振动安全允许值，并进行严格的单段最大装药量的理论计算，并根据监测数据进行实时调整；

(3)提出了一种操作简单、安全可行的防飞石防护结构。

[1] 李宏男.爆破地震效应若干问题的探讨[J].爆炸与冲击，1996.

[2] 熊炎飞，董正才，等.爆破飞石飞散距离计算公式浅析[J].工程爆破，2009.

[3] GB6722-2011爆破安全规程[S].中国标准出版社,2011.

[4] 单旭辉，姚孟发.控制性爆破安全施工技术应用分析[J].南水北调与水利科技，2007.