复杂环境下深路堑大面积石方控制爆破技术研究
2020-06-29宋海霞
宋海霞
(中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002)
1 工程概况
滨海路蓬莱段公路工程位于蓬莱市经济开发区，设计为一级公路。标段内线路起伏较大，高填深挖路段较多，其中红石山路堑挖方段K45＋020～K45＋940段落920 m长度范围内开挖方量达67.3万m3，其中石方开挖为63.9万m3，最大开挖深度达24 m。该段落施工周边环境复杂，线路两侧民房、养殖场、军事设施等众多，最近处距离民房仅为10 m。同时该项目工期紧，且此段落为填方段落主要的料源地。如何安全、快速完成该段石方爆破开挖并完成石方的调配施工为本项目的重点和难点。
2 爆破技术方案选择
因该线路为市政观光道路，沿线周边穿越村落等较多，线路周边未实施拆迁的构(建)筑物较多，有的构(建)筑物紧邻挖方区。为确保施工期间的安全及减少不必要的施工纠纷，需要对未实施拆迁的构(建)筑物进行保护。
按照《爆破安全规程》[1](GB 6722-2014)相关规定，对各区域施工方案选择如下:
(1)将挖方区域紧邻民房和养殖场等构(建)筑物55 m范围内采用机械破碎。
(2)距离民房和养殖场等构(建)筑物55～105 m范围内主要采用浅孔控制爆破，辅助采用机械破碎的方法进行施工。
(3)距离民房和养殖场等构(建)筑物105～155 m范围内采用钻孔直径90 mm、开挖深度3～5 m逐孔起爆的方式进行施工。
(4)距离民房和养殖场等构(建)筑物155～200 m范围内采用深孔控制爆破，炮孔深度5～8 m。
(5)距离民房和养殖场等构(建)筑物200 m以上范围采用深孔松动爆破，炮孔深度5～8 m。
3 爆破参数设计
3.1 浅孔爆破设计
距离民房和养殖场等构(建)筑物55～105 m范围内主要采用风枪浅孔控制爆破，辅助采用机械破碎的方法进行施工；距离民房和养殖场等构(建)筑物105～155 m范围内主要采用钻孔直径90 mm、开挖深度3～5 m逐孔起爆的方式进行潜孔钻机浅孔爆破施工。为防止爆破对周围民房和养殖场造成破坏，采用装有土或沙的编织袋覆盖炮孔，并覆盖重型炮被。
3.1.1 风枪钻机浅孔爆破设计参数
(1)爆破高度:H≤3 m；
(2)钻眼直径:D＝40 mm，采用YT28风枪垂直钻眼，三角形布置；
(3)炮眼深度:L＝1.05 H；
(4)炮眼间距:a＝1.0～1.4 m；
(5)炮眼排距:b＝0.6～1.1 m；
(6)炮眼装药量:Q＝qabH，式中q为单位岩石用药量，取0.38～0.43 kg/m3，可根据情况进行调整。
对于孔深小于3 m的炮孔采用风枪进行钻孔，具体浅孔爆破设计参数见表1。
表1 风枪浅孔爆破设计参数
3.1.2 潜孔钻机浅孔爆破设计参数
(1)爆破高度:H＝3～5 m；
(2)钻眼直径:D＝90 mm，垂直钻眼，三角形布置；
(3)炮眼深度:L＝1.1 H；
(4)炮眼间距:a＝2.5～3.5 m；
(5)炮眼排距；b＝2～2.5 m；
(6)炮眼装药:Q＝qabH，q取 0.38～0.42 kg/m3，可根据岩石硬度情况进行调整。
深度3～5 m的炮孔在钻孔时采用潜孔钻机钻孔，爆破参数见表2。
表2 潜孔钻机浅孔爆破设计参数
3.1.3 浅孔爆破炮眼布置
浅孔爆破一次3排炮孔，炮眼布置平面见图1。
3.1.4 浅孔爆破装药结构
采用连续装药结构[2]，孔深小于5 m时炸药品种为硝铵类炸药。爆破采用正向起爆法(即将炸药装在炮孔底部进行起爆)，每个炮孔布置1发非电毫秒雷管并按照设计的药量进行药卷装入，方向为先从炮孔底部开始装药，依次到孔口方向。炸药装填完毕后用炮泥逐层堵塞，炮泥的材质宜选用略微潮湿的黄泥。连续装药结构如图2所示。
图1 炮孔平面布置
图2 连续装药结构
3.1.5 爆破器材
炸药选用乳化炸药或硝铵类炸药；雷管为非电导爆管毫秒雷管；其他材料有导爆管、激发枪、起爆器等。
3.1.6 浅孔爆破起爆网路
为防止个别飞石与减振，采用“同列同段孔外等间隔控制微差”起爆，第一、第二、第三列孔内段采用高段位，孔外非电雷管采用3或4段连接(见图3)，比如第一列为8段250 ms、第二列为9段310 ms、第三列为10段380 ms，孔外用3段50 ms。
图3 同列同段孔起爆网路
3.2 深孔控制爆破设计
距离民房和养殖场等构(建)筑物155 m以上范围内主要采用深孔控制爆破[3]，辅助采用机械破碎的方法进行施工。采用装有土或沙的编织袋覆盖炮孔，并覆盖重型炮被。
3.2.1 深孔控制爆破参数
炸药量Q＝qabH
式中，Q为炸药量(kg)；q为炸药单耗，取值范围0.40～0.45(kg/m3)；a为孔距(m)；b为排距(m)；H为台阶高度(m)。具体深孔控制爆破相关施工参数设计见表3。
表3 深孔控制爆破参数
3.2.2 深孔控制爆破炮眼布置
一般情况下一次爆破布置3～5排炮孔，在距建筑物最远端一次爆破控制在8排之内。随着距建筑物越来越近，逐渐变化到一次爆破布置3排炮孔。
3.2.3 深孔控制爆破装药结构
采用连续装药结构[4]，爆破采用正向起爆法(即将炸药装在炮孔底部进行起爆)，每个炮孔布置1发非电毫秒雷管并按照设计的药量装入药卷，炸药为硝铵类炸药，先从炮孔底部开始装药，然后依次到孔口方向。炸药装填完毕后用炮泥进行逐层堵塞，炮泥的材质宜选用略微潮湿的黄泥。
3.2.4 爆破器材
炸药为硝铵类炸药；雷管采用非电毫秒导爆管雷管，孔内用高段位、孔外用低段位雷管。
3.2.5 深孔爆破起爆网路
为防止个别飞石与减振，采用“同列同段孔外等间隔控制微差”起爆网路[5]，孔内第一、第二、第三采用高段位，孔外非电雷管采用3或4段连接，见图4。
图4 炮孔布置平面
3.3 深孔松动爆破设计
距离民房和养殖场等构(建)筑物200 m以上范围主要采用深孔松动爆破，辅助采用机械破碎的方法进行施工，同一个雷管起爆的炮孔个数受最大单段药量控制[6]，在单段起爆药量不超过安全计算的药量时，可以多孔同时起爆。因离建筑物等防震设施较远，只需用编织袋装土和沙覆盖孔口。
3.3.1 深孔松动爆破参数
炸药计算公式与深孔控制爆破一致，具体深孔松动爆破的相关施工参数[7]设计见表4。
表4 深孔松动爆破参数
3.3.2 深孔松动爆破炮眼布置
一般情况下一次爆破布置3～5排炮孔，在距建筑物最远端一次爆破控制在8排之内，随着距建筑物越来越近，逐渐变化到一次爆破布置3排炮孔。因爆破区域离建筑物等防震设施较远，只需进行简单防护即可。
3.3.3 深孔松动爆破装药结构
采用连续装药，爆破采用正向起爆法(即将炸药装在炮孔底部进行起爆)，每个炮孔布置1发非电毫秒雷管并按照设计的药量[8]进行药卷装入。炸药为硝铵类炸药，装入的方向为先从炮孔底部开始装药底，然后依次到孔口方向。炸药装填完毕后用炮泥进行逐层堵塞，炮泥的材质宜选用略微潮湿的黄泥。
3.3.4 爆破器材
炸药为硝铵类炸药；雷管采用非电毫秒导爆管雷管，孔内用高段位、孔外用低段位雷管。
3.3.5 深孔松动爆破起爆网路
为防止个别飞石与减振，采用“同列同段孔外等间隔控制微差”起爆网路。
第一、二、三列非电毫秒雷管段别可以一致也可以不一致，以单段起爆药量不超过安全计算的药量为准。孔内采用高段位，孔外非电雷管采用3或4段连接，比如第一、二、三列均为8段250 ms或者第一、二列均为8段250 ms，第三列为9段310 ms，孔外用3段50 ms均可，以单段起爆药量不超过安全计算的药量为准。
4 钻爆作业施工工艺
(1)清理作业面
钻爆前应先对作业面上杂物进行清理，一般采用人工进行清理。清理完毕后才能进行后续的钻孔作业[9]。
(2)测量布孔
钻孔前应由测量人员进行放孔作业，即按照爆破设计图将炮孔的具体位置在作业面上进行标记，每个炮孔的偏差应控制在50 mm范围内。
(3)钻孔
布孔完成后作业人员根据标出的炮孔位置进行钻眼作业。钻孔的深度和方向要符合规范和设计要求，炮孔位置及深度偏差控制在50 mm范围内，角度偏差控制在1°范围内。
(4)检查清孔
钻孔完成后，对钻孔质量进行检查，发现有错钻、漏钻的炮孔必须重钻。所有钻孔合格后进行清孔作业，用高压风管将炮孔内的虚渣和积水清理干净。
(5)核算药量
清孔完成后现场爆破人员根据钻孔的相关情况和地质情况对爆破的设计炸药量进行调整，并记录药量。
(6)装药堵塞
根据设计的装药量(调整后)进行雷管和炸药的装填工作[10]。炸药装填完毕后用炮泥进行逐层堵塞，炮泥的材质宜选用略微潮湿的黄泥，炮孔堵塞应符合设计要求。
(7)连接网络
爆破人员按要求进行爆破网络连接，安排专人进行检查，以防漏接和错接。
(8)安全警戒
爆破前要做好相关人员和设备的撤离工作，警戒距离200 m，警戒范围不允许留有人员和设备[11]。各警戒点之间要相互通视，路口用警戒绳封路，夜间用红色警戒灯。
(9)起爆
按规定提前向公安部门报送爆破作业配合通知单，配合单位人员在规定的时间到达现场方可进行作业。爆破应在确认警戒完成后完成起爆。
(10)爆后检查处理
完成爆破并达到规定时间后，由爆破技术人员进入现场进行检查[12]，确认现场安全后解除警戒，若发现盲炮则需要按照《爆破安全规程》的相关规定进行处理。
(11)清渣
进行现场清渣，个别难清理区域用风镐或破碎锤配合。
(12)动态分析调整
每次爆破完成后需要对现场的爆破情况进行查验，针对爆破的效果对其参数做动态调整。现场爆破效果见图5。
图5 现场爆破效果
5 结束语
通过实践，采用上述爆破技术方案完全能够满足现场施工安全和进度需要，能够快速高效地进行开挖施工，较好地解决了复杂环境条件下大面积、深路堑的集中爆破开挖施工问题，具有一定的推广价值。
