城市内坚硬岩石大孔径浅孔控制爆破实践

赵东波 陈怀宇

(1.温岭市隧道工程有限公司 浙江台州 317500； 2.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081)

0 引言

随着城镇化建设的快速发展，城市大面积的房基开挖遇到岩层，采用爆破法开挖是快速、经济的最佳方案。过去对于岩石开挖深度<5 m或爆区周边环境复杂的区块，基本沿用传统的城镇浅孔爆破法或静态破碎法开挖。城镇浅孔爆破的主要优点是机动、灵活，爆破振动便于控制，但其劳动强度大、施工环境恶劣、进度慢、成本高、飞石难于控制；静态破碎法虽不会产生爆破振动和飞石的危害，但存在钻孔量大、劳动强度高、施工环境恶劣、效率较低、成本更高等突出问题[1]。因此，在工程量大、工期紧的情况下，二者都难以达到预期目的。随着大孔径钻孔机械不断更新发展和广泛应用，钻孔速度更快，成本不断降低，每米钻孔价格与小直径钻孔价格相当，但其钻孔速度是小直径孔的5～6倍，爆破效率提高10倍以上。大孔径浅孔控制爆破，炸药集中装在炮孔底部，其炮孔装药系数K仅为0.1～0.3，若采取合理的爆破参数和炮孔装药系数，加之进行适当的覆盖防护，其爆破飞石比城镇浅孔爆破更易控制[2]。因此，大孔径浅孔控制爆破将越来越显出它的优势，将越来越多地替代传统的城镇浅孔爆破。

1 大孔径浅孔控制爆破设计原则

(1)采用液压收尘式潜孔钻机，炮孔超深h=(0.15～0.25)H(H为开挖深度)，并确保孔底在同一水平面上。

(2)根据地形高差选择合理的孔网参数，选择与地质条件相匹配的炸药单耗，对不同炮孔深度严格控制装药系数K的最大值。

(3)采取必要的防护和降振措施，确保高效、安全、环保，并满足工程进度要求[3]。

2 工程实例

2.1 工程概况

某市区12万m3石方需开挖，岩石为微风化花岗岩及凝灰岩，开挖厚度<5 m，要求在学校暑假期间完成，拟采用爆破开挖。爆区周边环境十分复杂，爆区北侧40 m处为共和小学教学楼，100 m处为社区卫生站；东侧30 m处为居民楼房，东南侧60 m处为居民楼房；南侧60 m处为古摩崖石刻，石刻背后为密集居民楼房；西南侧30 m处为居民楼房，50 m处为便民服务中心；西侧约30 m处为古戏台，详见图1。

图1 爆区周围环境平面示意

2.2 爆破方案确定

本工程若采用传统城镇浅孔爆破法施工，需投入数十台小型凿岩机，且钻孔人员多、难度大、成孔率低、工效低、成本高，机械噪声、粉尘对环境污染严重，工期难于保证[4]。为了满足工期和环保要求，根据爆区周边环境情况，距离被保护对象60 m内的区块采用机械凿除开挖，60 m外的区块采用大孔径浅孔控制爆破法施工。

2.3 爆破参数设计

(1)选择钻孔直径为φ90 mm。

(2)炮孔直径、炮孔深度、装药系数之间必须严格匹配；要求装药系数≤0.3，且随着炮孔深度减小，装药系数也减小。

(3)严格控制炮孔填塞长度L2和填塞质量，满足L2≥(25～30)D和L2≥1.2b(W)。其中，D为炮孔直径，mm；b为炮孔排距，m；W为最小抵抗线，m；L2为填塞长度，m。

(4)大孔径浅孔控制爆破用于平基或负挖时，炸药单耗q可比露天台阶爆破单耗增加15%～20%，爆破参数设计见表1所示。

表1 爆破参数设计

图2 逐孔起爆导爆管起爆网路

(5)起爆网路：采用孔内装入2发MS10导爆管雷管，孔间采用MS3导爆管雷管搭接延期，排间采用MS5导爆管雷管接力延期，形成MS导爆管雷管孔内与地表延时相结合的逐孔起爆网路，见图2所示。

(6)爆破振动控制标准：①对教学楼、社区卫生站、居民楼房、便民服务中心楼房，按V≤1.0 cm/s；②对古摩崖石刻、古戏台，按V≤0.5 cm/s。

2.4爆破效果

按上述爆破参数进行施工，采用耦合连续装药结构，孔口压沙(土)袋，再在其上覆盖专用炮被，爆破时最远个别飞石距离不超过20 m。

经各方紧密配合，采用环保的收尘式液压钻机凿孔，12万m3岩石在50 d内完成了爆破作业，爆破有害效应均控制在允许范围内。

爆破振动监测数据如表2所示。本工程地质条件下K与α取值与测试数据基本吻合，实际爆破振动速度均在本设计允许范围内。

表2 爆破振动监测数据

3 装药结构不同的爆破飞石距离对比

(1)本文在单耗、孔径、排距及防护方式相同的情况下，分别采用耦合和不耦合两种装药结构对比装药系数K，如表3所示。

表3 耦合装药与不耦合装药结构的装药系数

(2)通过对两种装药结构爆破产生的飞石距离测量，耦合装药结构爆破飞石距离最远均不超过20 m，不耦合装药结构爆破飞石距离最远达80 m。说明不耦合装药结构爆破产生的飞石距离远大于耦合装药，这主要是在单孔装药量相同的情况下，耦合装药结构的装药长度明显减小，而填塞长度则增加，这是耦合装药爆破飞石距离比较小的根本原因，如表4所示。

表4 爆破飞石距离对比

4 结论

(1)在城市内坚硬岩石采用大孔径浅孔控制爆破，不同孔径及不同孔深与装药系数K存在合理的比例关系；为了有效减小飞石距离，随着孔径的增加或孔深减小，装药系数应随之减小。

(2)耦合装药结构在保证单孔装药量的同时有效增加了填塞长度，可有效减少飞石距离。

(3)大孔径浅孔爆破法可大幅度提高工作效率，缩短工期，节约成本，同时还能改善工作条件，减少劳动强度，减少环境污染。

(4)对于其他大直径炮孔，在今后的实践中应进一步试验，优化爆破参数，扩大应用范围。