安徽省含山县某道路开挖毫秒微差控制爆破方案设计

2018-03-21王付明

现代矿业 2018年2期

王付明汪禹朱磊

(1.中钢集团安徽天源科技股份有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

随着我国公路建设进程加快，路堑开挖爆破工程越来越普遍。由于爆破作业对道路附近的民房等建(构)筑物存在一定的损害，路堑开挖爆破引起的民事纠纷问题日益突出[1-2]。因此，采取有效的控制爆破措施来降低爆破作业对民房等建(构)筑物的危害，对于确保施工区附近居民安全、维护社会稳定具有重要意义。本研究以安徽省含山县某道路路堑开挖爆破工程为例，设计了毫秒微差控制爆破方案，在此基础上，考虑到道路开挖爆破期间周边民房和工业园区厂房的安全，在民房和厂房附近设置爆破振动监测仪，开展爆破振动监测工作，根据测量出的爆破振动数据来分析爆破作业对民房的安全影响，并提出有效的爆破安全控制措施。

1 工程概况

含山县某道路是含山高速道口控制性规划的一条城市主干路，建设单位为含山县褒禅山经济园区。该道路西起信德路，东至S226省道，沿线与高发路、官山路、统发路、刘武大道、夏桥路、民生路和大众路平交，全长3 024.3 m，设计道路等级为城市主干路，设计行车速度为40 km/h，红线宽度为33 m。根据地质报告，工程范围挖方路段K0+060～K0+280和K0+780～K1+320开挖时会涉及砂质泥岩，该层顶埋深1.5～6.7 m，灰黄色，强—中等风化，软质岩石，深处中等风化岩石需要进行爆破开挖，爆破工程量约25万m3。爆区周边环境较为复杂，西侧为S105省道，西南侧为工业园区的办公楼、厂房等，东南侧分布有王匠村、牌坊和塘头村，与爆区的距离均大于300 m(图1)。

图1 爆区周边环境

2 爆破设计方案

为减少爆破作业对道路边坡的扰动，保证路基开挖成型质量，本研究采用毫秒微差控制爆破工艺进行施工，以有效控制爆破冲击波、振动和飞石[3]。根据路面宽度及安全施工要求，设计台阶高度一般小于10 m，当台阶高度大于10 m时，采用分层爆破方式，以降低单孔装药量。

2.1 单位炸药消耗量

本研究设计选用乳化炸药进行爆破，起爆器材包括非电导爆管雷管、导爆管、高压脉冲起爆器。为保证爆区周围环境和人员安全，采用松动爆破方法，确保爆破后的岩块基本松动并可用机械装载。考虑到此次爆破的具体要求，单位炸药消耗量q取0.3～0.35 kg/m3，实际单耗可根据现场爆破试验结果进行调整。本研究单孔装炸药量为66～78 kg。

2.2 炮孔直径及钻孔形式

本研究爆破工程穿孔作业采用中风压潜孔钻机钻凿下向孔，炮孔直径为115 mm，钻孔倾角为90°，采用移动式空压机进行供风，采用梅花形布孔方式。

2.3 底盘抵抗线

在台阶爆破中，一般用底盘抵抗线W底代替最小抵抗线进行相关计算，以确保台阶底部能获得预期的爆破效果[3]，W底取值一般为台阶高度H的0.4～1倍；对于高度达到10 m的台阶，W底≥0.4H。

2.4 超深

为克服台阶底部岩石对爆破的阻力，炮孔深度应适当超出台阶高度H，其超出部分为超深h[3]。h取值一般为(0.1～0.15)H。对于高度达10 m的台阶，h取1.5 m。

2.5 孔距和排距

炮孔间距a与底盘抵抗线W底成正比关系，其比值m是一个变量，随W底大小、爆破体材质、结构类型、起爆方法、起爆顺序、爆破后要求的破碎块度等因素而变化[3]。当m<1，即a

为在规定的工期内完成爆破工程任务，减少爆破警戒等工作，通常采用多排炮孔同时起爆方式[3]，因此炮孔排距b取值是否合理，对于爆破安全、爆破效果以及炸药能量的有效利用均有直接影响。一般认为选择大孔距小抵抗线能够显著降低大块率，明显改善爆破效果，因此本研究b取值为(0.6～1)W底，即4 m。

2.6 装药结构

炮孔装药采用柱状连续装药结构。2个起爆雷管分别安置于药柱下部1/4处。装药前，应仔细检查炮眼长度、倾角等是否达到设计要求，清除孔眼内杂物；装药时，用木棍或竹竿将药包推送至炮眼内的设计位置，防止雷管从药包中脱落。

2.7 堵塞

为保证良好的爆破效果，防止出现冲孔现象，炮孔装药完毕后，必须填塞，填塞物可用黏土或凿岩时的岩粉，但应防止混入石块以免砸坏导爆管，且应保证填塞长度。在填塞过程中，应注意保护导爆管使其不受损坏。本研究设计堵塞长度d≥3.5 m。

2.8 起爆网络

本研究采用非电雷管起爆导爆管网络，逐孔起爆方式，减小爆破作业对道路边坡的扰动破坏，保证路基开挖质量，每个分区的孔内导爆管雷管分别为1段、3段、5段和7段，孔外区间采用9段雷管簇联连接(图2)。有必要确保网络处于松弛状态，起爆的非电雷管与导爆管捆扎端的距离应不小于15 cm，导爆管均匀敷设于雷管周围并用胶布等捆扎牢固。孔内导爆管雷管布置及起爆网络敷设时应将爆破方向调整为朝向无需保护的建(构)筑物及设施的方向[3]。

图2 起爆网络示意

起爆网络安全检查完毕后，爆破员接到爆破负责人发出的起爆命令后，采用高能脉冲起爆器进行起爆，起爆位置应位于爆破警戒范围以外。

3 爆破效果分析及安全控制措施

3.1 爆破效果

根据设计爆破方案进行道路开挖爆破后，爆堆松散、块度均匀，易于进行铲装运输作业，未发现根底现象，道路两侧边坡岩体稳定性较好，取得了良好的爆破效果。

3.2 爆破振动对民房的影响

为准确分析本研究道路开挖爆破作业在周边民房等处的爆破振动强度，在民房和工业园厂房附近布置了监测点，采用中科测控IDTS3850爆破振动记录仪开展了爆破振动现场监测[4-6]，结果见表1及图3。

>根据对建(构)筑物的不同保护程度，各国不同行业部门制定了不同的安全判据，如德国爆破振动安全判据(BRD-DIN4150)、英国标准(BS7385)，以及美国矿业局(USBM)和露天矿复垦管理局(OSMRE)分别制定了各自的标准[7]，该类标准的主要评价指标有位移、速度、加速度和频率。目前，各国在安全规程中主要采用以质点振动速度作为判断振动强度的依据。我国《爆破安全规程》规定的地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大体积混凝土的爆破振动判据为保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率[8]。依据该规定，为保证爆区周边民房和工业园区厂房安全，考虑到道路开挖期间频繁爆破振动等因素的影响，选取的民房和厂房的安全允许振动速度为0.45 cm/s。现场监测表明，实际测量的最大振动速度为0.12 cm/s，小于安全允许振速0.45cm/s，说明按照当前设计的最大段药量进行道路开挖，可较好地将民房和工业园区厂房处的爆破振动速度控制在安全允许振动速度内，不会对其安全造成危害。

表1 现场爆破振动监测参数

图3 测点振动速度

3.3 爆破飞石对民房的影响

爆破飞石距离计算常用的经验公式为

Rf=20·Kf·n2·W，

式中，Rf为爆破飞石的安全距离，m；Kf为安全系数，一般为1.0～1.5，本研究取1.5；n为爆破作用指数，松动爆破时取0.75；W为最小抵抗线，取3.5 m。

经计算，Rf≈59 m。

由于民房与公路开挖爆破区的距离大于300 m，通过采取严格控制填塞质量、调整自由面方向等控制措施后，可以有效避免爆破飞石对民房的损伤破坏。

3.4 爆破安全控制措施

(1)采用微差逐孔起爆技术，选取合适的微差时间[9-12]。严格控制最大段药量和一次起爆药量，单孔最大段药量不大于78 kg，一次起爆总药量不大于1.2 t，以最大限度降低爆破振动强度。

(2)根据现场爆破作业条件，每次单体爆破设计应有效控制自由面方向，尽可能使得爆破自由面侧向或背向民房。

(3)采用低爆速炸药、不耦合装药方式[13-15]。装药前爆破工程技术人员必须认真校核炮孔的最小抵抗线，并根据现场情况及时对装药量进行调整。

(4)做好炮孔堵塞工作，保证堵塞长度和堵塞质量，严禁在堵塞物中掺杂碎石，避免发生爆破飞石损害事故。

4 结语

以安徽省含山县某道路爆破施工工程为例，设计了毫秒微差控制爆破方案，方案实施后爆堆松散破碎、块度均匀，无根底，爆区周边民房和工业园区厂房处的最大振动速度为0.12 cm/s，小于民房和厂房的安全允许振动速度0.45 cm/s。实践表明：爆破振动和爆破飞石是道路开挖爆破期间对周边民房和工业园区厂房的主要危害因素，降低爆破振动强度与控制爆破飞石距离是确保民房安全的主要措施；道路开挖爆破期间，应严格控制单孔最大段药量和一次起爆总药量，并根据现场情况及时进行调整，以有效降低爆破作业对周边民房的影响。

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