复杂环境下一级路堑一次性爆破开挖施工技术

杨宏胜

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710065）

1 工程简介

1.1 工程概况

210国道安塞过境隧道群及引线工程起点位于东营超限检测站南侧顺接既有旧路,整体呈由北向南走向,全长12.81 km。牛头疙瘩隧道全长1515 m,隧道出口桩号为K5+040,距出口约40 m位置处路基段K5+081~K5+144设计为路堑开挖。现场地质条件主要为下部以粉质砂岩为主,上部为风积黄土层覆盖,植被较差。由设计施工图纸,路基高程为1112.94 m,路基右侧边坡按照设计坡比1∶0.5放坡,每高差6 m、8 m预留宽度3 m平台,开挖顶高程1193 m,最大开挖高度约78 m。其中,土石分界线高程约为1161 m,下部48 m为石质边坡,拟采取人工、机械钻爆方法进行开挖。

1.2 爆破对象及开挖方法

计划爆破对象为210 国道安塞过境隧道群及引线工程路基段K5+081~K5+144段约63 m范围的路基边坡开挖施工。设计开挖高度8 m,采用钻爆法开挖。钻爆法主要采用预裂爆破与梯段爆破相结合的方法,CM351 型潜孔钻钻孔,毫秒微差起爆网路。

2 爆破区周围的环境情况

本次石方明挖爆破区位于马家沟上游支沟内。路线设计沿支沟原始地形斜向布置,两侧岩石路基边坡按照8m分级开挖,设计坡比1∶0.5。本次爆破设计主要针对牛头疙瘩隧道出口位置路基一级边坡石方开挖爆破施工。

（1）隧道出口位于爆破区北偏西35°方向,出口处有500 kV·A变压器一座,距离爆破区中心距离约100 m；边缘最近距离不足40 m。

（2）爆破区西北方向有国家电网950专线一道,440 m位置处设有高压塔一座,垂直高差125 m。

（3）爆破区西南45°方向有长庆35 kV专线一道,310 m位置设高压塔一座,垂直高差135 m。

（4）爆区正面方向有10 kV隧道输电线路一道,最近距离约35m。

（5）爆区东南45°方向有天然气管道靖西一线、二线管道两处,距离爆破区415 m。

3 爆破施工方案

为确保210 国道安塞过境隧道群及引线工程K5+081~K5+144段路基开挖边坡平顺、整齐、稳定,有效地控制爆破效应和确保安全,并能使爆破效果满足机械化开挖作业要求,确定开挖爆破方式为：根据设计体型台阶布置和分层高度,采取多级台阶分段开挖,采用预裂爆破梯段开挖。

K5+081~K5+144 段爆破区沿路基方向长度63 m,开挖高度8 m,平台面积约800 m2,开挖量约6500 m3。

石方边坡采用预裂爆破,CM351型潜孔钻进行造孔,主爆区采用毫秒延时爆破网络。开挖料无法直接挖装运输的,采用反铲直接向下方甩料,下方道路堆料饱和后及时利用50 t装载机和20 t自卸汽车装运输至下游填沟内。反铲甩料过程中,在K5+040、K5+300 处道路安排专人进行道路警戒,确保施工安全。

4 爆破设计

4.1 爆破参数选择

根据本工程开挖区域地质情况,设计初选爆破单耗为q=0.31 kg/m3。

（1）爆破台阶高度

根据爆区宽度和设计开挖深度,规划本次爆破台阶高度H=8 m。

（2）炮孔直径

采用CM351钻机造孔,炮孔直径D=90 mm。

（3）底盘抵抗线

底盘抵抗线W底=（0.6~0.9）H；结合现场实际,W底=5 m。

（4）孔距

预裂孔孔距a预=（8~12）D,孔距取0.9 m；主爆孔、缓冲孔孔距,取a主=3 m。

（5）排距

排距b=a×sin60°=3×0.866=2.56 m,本次取3 m。

（6）超钻深度

超钻深度h=（0.15~0.35）W底,h=0.75 m~1.75 m,本次取1.5 m。

（7）孔深

孔深h主=H+h=8+1.5=9.5 m

孔深h预=（H+h）/sina=（8+1.5）/sin63°=10.62 m

孔深h缓=（H+h）/sinb=（8+1.5）/sin77°=9.7 m

（8）填塞长度

填塞长度（主爆孔、缓冲孔）L1=（0.7~0.8）W1=3.5 m~4.0 m,本次取3.5 m；填塞长度（预裂孔）,本次取2 m。

（9）装药长度

装药长度L预=10.62-2=8.62 m

装药长度L主=9.5-3.5=6 m

装药长度L缓=9.7-3.5=6.2 m

（10）单孔装药量

Q预裂=q×L2=10.62 m×305 g/m=3.2 kg

Q主爆（外排）=q×a×W底×H=0.31×3×5×8=37.2 kg

Q主爆（内排）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3×8=24.55 kg

Q主爆（缓冲孔）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3.5×8=28.64 kg

4.2 爆破参数及成果表

4.3 爆破器材

塑料导爆管、导爆索、普通毫秒延时导爆管雷管、2#岩石乳化炸药,结合本工程实际情况,工地炸药库存储φ32 mm药卷乳化炸药,主爆孔、缓冲爆破孔装药可按照需要,预裂孔采用竹板将药卷捆绑固定形成间隔装药结构。

4.4 炮孔布置

（1）根据设计图纸,K5+081~K5+144 开挖区采用周边预裂,大面采用毫秒延时爆破网络,主爆区与预裂孔之间布置一排缓冲孔。主爆孔、缓冲孔、预裂孔均使用CM351 履带式潜孔钻造孔,孔径Φ90 mm。

图1 炮孔平面布置图

（2）梯段爆破区域长度63 m,最大宽度14 m,共布置预裂孔一排69 个,缓冲孔一排19个,主爆孔两排共34 个。

（3）预裂孔装药结构采用竹片串状非连续装药,底部两根一捆即400 g加强药包,上部间隔40 cm固定一根即200 g,以达到间隔装药的效果。药卷直径32 mm,堵塞长度2 m,堵塞段采用黄泥,导爆索贯穿全孔,竹片固定。

图2 预裂孔装药结构图

（4）主爆破孔装药结构采用连续装药,使用32 mm乳化炸药每五根即1 kg一捆,装药长度6 m。装药前将药皮划开,保证炮孔装药密实。非装药部分进行堵塞,堵塞长度3.5 m,堵塞段采用黄泥堵塞,非堵塞段采用空气层。

图3 主爆孔装药结构图

4.5 起爆网络设计

本工程梯段爆破起爆网络采用非电毫秒延时起爆网络,电起爆。爆破设计主爆孔、缓冲孔采用MS3、MS5、MS7非电毫秒雷管孔内延时爆破,孔间采用MS1非电毫秒雷管串联,排间采用MS1 段非电毫秒雷管连接。为增加爆破网络起爆质量,必要时孔内采用双发雷管,雷管脚线10 m~12 m。

爆破装药时,主炮孔采用连续装药,预裂孔采用导爆索并联Φ32 乳化炸药间隔不耦合装药。主爆孔分外排、内排两种形式。根据爆破手册,外排装药量受底盘抵抗线影响,单孔装药量较内排增加以保证爆破效果。

本次爆破网络自外向内单排一响,爆破总药量为Q=16×37.2+18×22.4+19×28.64+69×3.2=1763 kg。

图4 梯段爆破起爆网络图

图5 主炮孔装药布置图

5 爆破安全允许距离

5.1 爆破振动安全距离计算

本工程爆破振动主要保护对象为交通隧道、天然气管道两项重要设施。

根据《爆破安全规程》,爆破振动速度,按照下式计算：

式中：Q为炸药量,延时爆破为最大单段药量,kg,取69个预裂孔总装药量220.8 kg；R为计算点到爆源的距离,m；爆区距离交通隧道口最近距离约65 m,距天然气管道415 m；K、a为系数和衰减指数,本工程K取软岩石250,a取软岩石1.8。

经计算：V隧道=3.48 cm/s,V隧道=0.124 cm/s（可忽略）。

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）13.2.2表2.7的规定,保护对象取露天深孔爆破（f=10 Hz~50 Hz）交通隧道安全允许振动速度V=12 cm/s~15 cm/s。经核算V=3.48 cm/s远远小于12 cm/s,故爆破交通隧道是安全的。

表2 初拟梯段爆破参数表

5.2 爆破冲击波安全允许距离计算

根据《爆破安全规程》,爆破振动安全距离,按照下式计算：

式中：Rk为空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离,m；Q为毫秒延时爆破为总药量,kg。

根据爆破设计,Q=220.8 kg,经计算得Rk=151 m。

因此,爆破人员避炮安全距离选取200 m,大于爆破冲击波影响距离。

5.3 个别飞石安全允许距离

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）13.6表10 个别飞散物对人员的安全允许距离,深空台阶爆破最小安全允许距离不小于200 m。由13.7 表11 外部电源与电爆网络的安全允许距离,爆区高压线的安全允许距离10 kV为50 m。

表1 初拟预裂爆破参数表

6 石方明挖方法

6.1 测量放线

测量放线依据批准的钻爆设计进行,由测量技术人员使用全站仪精确测放钻孔孔位和方向控制点（距离尽量大于10 m）。放点时,依据测放的孔位,现场技术员用水准仪测量各点位高程,逐孔编号按照设计要求控制深度和角度。

6.2 钻孔

依据爆破设计中的孔深、倾角、方位、孔编号及设计参数,精确对中开钻孔位。开钻时采用低风压、低钻速,钻进入岩0.5 m时,停钻再次由钻工、现场技术员复核钻杆倾角和方向,质量监督检测站、现场跟班人员复核无误后继续正常压力钻进,防止钻压过大造成飘孔,若有偏差,则采用自制坡度尺或量角器纠偏调整。

6.3 装药

现场装药前由安全员和技术员联合验收到场火工材料数量、品种,并在爆破器材领用单上如实签写到场火工材料数量、品种,并签名。装药前技术员、钻工拿开孔口堵塞物并进行孔深检测,期间需防止孔口周围岩粉、岩块等掉入孔内,否则在装药前要进行清孔处理或扫孔处理。主爆孔由具体装药人员根据爆破设计,控制操作装药车装药,保证装药符合设计要求,预裂孔串状间隔装药,药卷净间距用钢卷尺测量,使药卷均匀的分布在竹片上,并使竹片贴靠在保留岩石面一侧。装药时采用测尺控制装药长度和封堵长度。

6.4 封堵、联网

按监理工程师审核的爆破设计,封堵人员用粘土等封堵爆破孔并分层捣实,预裂孔先用纸或编织袋塞堵,再用岩粉堵塞不需捣实。

6.5 爆破

在进行爆破前30 min,确保警戒区人员和设备能够及时撤离施工现场,现场安全员要及时做好准备工作,确认现场完全撤离到安全范围后,方可起爆。

6.6 安全处理

爆破完毕后,由开挖施工队带领炮工进入爆破区进行安全检查,确认无哑炮、瞎炮和拒爆等现象后方可解除警戒,允许施工人员和设备进入施工现场；若发现存在上述现象,及时通知安全文明办、监理工程师,确定处理措施进行处理。

6.7 出渣

采用1.2 m3液压挖掘机配20 t自卸汽车拉运至设计填沟内。

7 安全技术及防护措施

（1）通过现场实践多次验证采用微差爆破比齐发爆破平均降震率达到50%,因此,微差段数层次越多使得降震效果更佳。

（2）确保预裂爆破梯段开挖的质量,关键是要精确地计算出爆破参数,孔网距,炸药单耗,单孔装药量等参数。

（3）为确保炮孔的堵塞质量和堵塞长度能达到要求,堵塞材料要达到规定范围,而且要确保堵塞物中不能夹带小石块、碎石和杂物等。

（4）进行爆破施工时,要及时做好安全警戒,及时将人员撤离到300 m以外的安全范围内。

8 环境保护措施

（1）对进场人员加强环境保护意识,对生活垃圾、进场施工机械、进场材料停放、堆存要集中规划堆放整齐,争创文明工地。

（2）完工后,对施工车辆做到清洗干净做好保养后停放在指定停车位置,对建筑材料进行挂牌标识并堆放有序,对易燃、易爆的及有毒有害的材料,按照垃圾分类进行存放和处置。