复杂环境下深孔台阶控制爆破的设计及应用

廖丽珍 ,王宁雄 ,廖凯峰

（1.江西萍乡国泰六六一科技有限公司,江西 萍乡 337016;2.攀枝花恒威化工有限责任公司,四川 攀枝花 617012）

1 工程概况及周边环境

河源市江东新区有一项土石方爆破开挖工程,开挖高度约50 m,开挖方量约120 万m3,工期4 个月。此处,石质为辉绿岩,岩石坚硬系数f=8～12。爆区东面78 m 为芙蓉石场,南面65 m 为村民待拆迁民房,西面63 m 为在建赣深高速铁路,铁路桥梁已完工,还未铺设铁轨。西北侧204 m 为待拆迁民房。北面为荒山,3 号与4 号地块交会处有待拆迁高压线,周边环境复杂,周边环境如图1(红旗表示设计实施的安全警戒点)所示。

图1 周边环境与警戒示意图

2 工程难点及技术措施

工程难点:周边环境复杂,西面63 m 为在建赣深高速铁路、南面65 m 为村民待拆迁房,3 号与4 号地块交会处有待拆迁高压线;爆破方量大,工期短。

为保证赣深高速铁路安全,且不影响芙蓉石场正常安全生产,采取以下技术措施:

①在爆破施工前将高压线搬迁后实施爆破作业;

②爆破方向及最小抵抗线方向朝南、北方向,避开高速铁路和芙蓉石场方向;

③距高速铁路路基100 m 范围内不采用爆破方式施工,采取静态爆破或用液压炮机施工处理,其余部分采用毫秒微差控制爆破技术施工。

3 爆破方案设计

根据现场条件,石方开挖采用深孔台阶控制爆破为主、机械液压炮机破碎为辅的施工方案[1-3]。布置4 个爆破开口同时爆破施工(爆破开口1 从地块03 朝地块10 方向开口,爆破开口2 从地块03朝地块07 方向开口,爆破开口3 从地块03 朝地块04 东偏南方向进行,爆破开口4 从地块04 朝地块05 方向进行)。投入4～6 台钻机循环交叉钻孔作业,保证每天爆破10 000～20 000 m3石方,爆破台阶高度控制在10～12 m。采用毫秒微差控制爆破振动速度在2.0 cm/s 以下。距高速铁路路基100 m 范围内采用静态爆破或用液压炮机施工处理。开挖土石方量见表1。

表1 开挖土石方量表

3.1 试爆参数设计

试爆采用深孔爆破,钻孔直径为115 mm。爆破点选择在1 号爆破开口处进行试爆,炮孔垂直布置,布置3 排,每排8 个炮孔,共24 个炮孔。台阶高度选择10 m,装ø90 mm 乳化炸药,炮孔布置方式为三角形。

①梯段高度:H=10 m;

②钻孔直径:ø=115 mm,孔深L=H+h1;

③钻孔超深:h1=(8～12)ø=0.7～1.1 m,取h1=0.5 m;

④底盘抵抗线:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔间距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸药单耗:q=0.3～0.45 kg/m3,设计取0.4 kg/m3;

⑧单孔装药量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的钻孔装药量见表2。

表2 试爆不同深度的钻孔装药量

3.2 试爆起爆网路设计

采用毫秒微差导爆管雷管逐孔单响起爆,网路闭合,每个炮孔内安置一发或两发导爆管雷管,孔内采用MS-7、MS-9 段雷管,孔外接力延时采用MS-3 段雷管。排间延期时间50 ms。布孔形式、起爆顺序、起爆方向如图2 所示。网路连接采用簇联导爆管连接方式,如图3 所示。

图2 布孔形式、起爆顺序、起爆方向示意图

图3 爆破网路连接

3.3 实际爆破技术参数设计

根据试爆情况及监测爆破振动速度数据优化爆破参数,采用深孔爆破,钻孔直径为115 mm。炮孔垂直布置,装ø90 mm 乳化炸药,炮孔布置方式为三角形。

①梯段高度:H=10～12 m;

②钻孔直径:ø=115 mm,孔深L=H+h1;

③钻孔超深:h1=(8～12)ø=0.7～1.1 m,台阶高度较小时,超深适当减小,岩石可爆性好,取小值,此处取0.5 m(适当增加超深以增加堵塞长度);

④底盘抵抗线:W1=(0.6～0.9)H,取W1=4.0 m;

⑤炮孔间距:a=mW1,m取1.0～1.5 m,a=3.5 m;

⑥炮孔排距:b=0.8a,b=3.0 m;

⑦炸药单耗:q=0.3～0.45 kg/m3,设计取0.4 kg/m3;

⑧单孔装药量:前排Q=qW1aH,后排Q=kqbaH(k取1.2),不同深度的钻孔装药量见表3。

表3 实际爆破不同深度的钻孔装药量

⑨台阶布置及装药结构:台阶布置如图4 所示,装药结构如图5 所示,布孔形式、起爆顺序、起爆方向与试爆相同。

图4 台阶布置示意图

图5 台阶爆破装药结构

⑩实际爆破网路设计:与试爆相同,根据最小抵抗线方向、钻孔数量、地质地形条件等实际情况,采用V 形或斜线对角线起爆,施工中视爆破效果进行改进。

4 爆破安全技术设计与注意事项

根据爆破区域周边环境,爆破可能产生的有害效应是爆破振动和爆破飞石,因此,应采取相应安全措施。

4.1 爆破振动控制

为了避免能量集中,采用多打孔、少装药和微差延时起爆技术,严格控制单段药量及一次起爆药量。根据公式Qmax=[R(V/K)1/a]3计算出允许的同段最大装药量。K取150,a取1.5[4-6]。

针对被保护物距爆破地点的距离,推算一次起爆的单响最大药值,再对药量进行调整,从而控制爆破振动。工业建筑物的安全允许质点振速为3.5～4.5 cm/s,爆破工程高铁路基桥墩爆破振动质点振速控制在2.0 cm/s 内。民房爆破振动质点振速控制在1.0 cm/s 内。不同爆心距R对应的同段最大药量见表4。

表4 不同爆心距R 对应的同段最大药量

为安全起见,工程爆破点距高铁路基桥墩100 m范围内禁止爆破。爆破振动安全距离按100 m 计算,经计算距高铁路基桥墩100 m 单响最大安全起爆药量为177.8 kg。实际上,本方案采取单孔单响,台阶高度为12 m 时,单孔装药量为67.2 kg,远小于计算药量,不会对高铁路基和相关设施造成危害。

每次爆破点与高铁桥墩及民房的距离不同,需根据实时爆破振动监测数据做适当调整。

4.2 爆破飞石控制

1)飞石距离计算

台阶爆破飞石飞散距离参照瑞典汤尼克基金会提出的经验公式:

式中,RF为飞石飞散距离,m;d为炮孔直径,cm。

该工程炮孔直径采用115 mm,飞石飞散距离为181 m。根据《爆破安全规程》,起爆警戒范围按照200 m 进行清场警戒。

2)爆破飞石控制

施工过程中必须严格控制爆破飞石。对现场个别特殊位置或炮孔内有水的炮孔进行三层安全防护,禁止使用带金属材质的材料作为防护覆盖物[7-8]。爆破区平面覆盖如图6 所示。

图6 爆破区平面覆盖示意图

3)注意事项

根据地质条件及现场环境复杂程度合理选择爆破参数,严格按照安全评估后的爆破设计装药量装药;最小抵抗线方向应避开高铁和芙蓉石场方向;填塞长度、质量达标;做好覆盖防护,防止爆破飞石。

4.3 爆破安全警戒

爆破前派专人与高速铁路各施工单位、芙蓉石场及村民联系沟通,确保清场顺利、彻底。爆破开口方向按200 m 清场警戒,两侧按150 m 清场警戒,背向方向按100 m 清场警戒。

5 结语

石方开挖采用了深孔台阶控制爆破为主、机械液压炮机破碎为辅的施工方案。通过试爆,高效、安全地完成了施工任务,爆破后岩石块度均匀、装运方便,周边民房与高铁未受到爆破振动、飞石等有害效应的破坏,爆破效果良好,可为类似工程提供参考。