冰锭光面爆破施工技术研究

赵宗奎

(中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002)

1 引言

随着社会发展与变革，国家对基建施工环保要求不断加强，施工单位环保压力不断加大，亟需一种环保爆破技术[1-5]。

若羌公路位于新疆巴州若羌县境内。若羌县矿产资源丰富，被誉为新疆的“聚宝盆”，是我国少有矿产资源相对丰富的区域之一，也是国家“358”项目重点实施区域。本文针对该区域施工环境提出的冰锭爆破施工技术，为行业领先爆破施工工艺[6-7]，可对国内土石方爆破施工提供有效参考，对类似工程爆破方案设计和环保工作具有重要意义。

2 工程概述

本项目全长84.14 km，共分A、B、C三段。A段线路长为41.74 km，B段路线长为12.38 km，C段路线长为30.01 km，项目计划工期2年。项目路基工程主要集中在 B、C两段，土石方挖方量达332.43万m3，其中爆破挖石方约220万m3，土石方填方73.70万m3，图1为爆破位置岩性外观照片。

沿线地表水主要为基岩裂隙水，含水量丰富，水质清澈，受季节性变化较大。爆破区内地质构造未见大的断裂，褶皱宽阔平缓，结构地层和岩土体状态如表1所示。

表1 岩层结构

3 石方路堑光面爆破设计

3.1 光面爆破设计参数

光爆孔[8-9]参照公式E＝(8～12)d，d为光爆孔直径，单位m。取E＝12d＝1.08 m，结合工程现场地质状况及类似施工经验，实际施工中取E＝1.2 m。光爆孔与主炮孔孔间距B取2.0 m，光爆孔与边坡设计一致，由于台阶高度不一致，因此光爆孔深度也不完全相同，具体光爆孔爆破设计参数见表2。

表2 光爆孔爆破参数

3.2 光面爆破炮眼布置

爆破主体的主炮孔采用一次爆全高炮孔。主炮孔爆破完成后，对边坡正上方的岩体进行适当爆破，采用辅助孔，辅助孔深度取4 m，具体参数根据实际情况可适当调整。辅助孔爆破完成之后对光爆孔进行光面爆破，具体炮孔布置见图2、图3。

3.3 光面爆破装药结构

光爆孔底部0.5 m范围加强装药，邻近堵塞段1 m药量减弱，堵塞长度取2.4～3 m。线装药密度为0.4～0.5 kg/m，间距和装药量需根据爆破效果及时调整。采用d＝90 mm的钻机钻孔，炮孔间距为120 cm，用导爆索和导爆管起爆。光爆孔装药结构见图4。

3.4 光爆孔起爆网路

孔内用导爆索将炸药串联，在孔内用非电毫秒雷管与导爆索相连，确保导爆索全部在孔内。非电毫秒雷管正向起爆导爆索，孔外将各光爆孔内的导爆管雷管用一个起爆雷管同时起爆。光爆孔网路如图5所示。

4 冰锭光面爆破技术

若羌公路项目位于阿尔金山脉，冬季最低平均气温-20℃，石方光面爆破施工一般需间隔装药，常规间隔材料为黏土、粗砂等。本工程光面爆破采用冰锭作为间隔材料，用粒径2～3 cm的碎冰块作为炮眼堵塞材料，炮眼内的冰锭在引爆后可瞬间升华成水蒸气，起到涨爆作用。

施工工艺流程:炮眼钻孔完成后，首先装入10～12 cm冰锭，再装入一节乳化炸药；然后装入一节≤3 cm的冰锭，再装入一节乳化炸药。一节冰锭、一节乳化炸药作为一组循环，每个炮眼可根据长度需要装入多组，但最多不大于6组，若大于6组应在适当位置增加引爆药节。装药完成后向孔口装入≥3 m长的碎冰块，然后向孔内灌注300 mL接近0°的冰水，在低温环境下水很快与碎冰块凝结成整体，起到固化孔口堵塞材料的作用，完成堵孔。待整个爆破区域装药、堵塞、连接完成后进行起爆。冰锭光面爆破三种常用装药结构如图6所示。

5 爆破试验

5.1 试验目的

通过试验，确定孔网参数、炸药单耗、钻孔超深、碎冰堵塞长度、冰锭间隔长度等设计是否合理以及安全警戒距离是否合适。根据试爆确定单位用药量q值，并根据试爆结果调整其他爆破参数。在试爆时进行测振，根据测振结果验算爆破振动计算结果的准确性，并回归得出k、α值，以便指导下一步的爆破施工控制。

5.2 位置

爆破试验选在离居民房屋、主干道等设施较远区域进行，以使爆破后的岩石“开裂、凸起、松动而不飞散”为标准来控制炮眼装药量，表3为试爆破参数。

表3 试爆破参数

5.3 试爆炮孔

试验每组共计爆破20个炮孔，装药192 kg，共做5组，采用图6中第一种装药方法。

5.4 起爆网络连接方式

孔内采用10段非电毫秒延期雷管，孔外采用3段非电毫秒延期雷管，使用击发针引爆导爆管雷管。

5.5 试爆结果分析

试验结果表明:(1)在-10℃气候环境下，采用碎冰块堵孔，堵孔长度3 m时效果较好；(2)孔底冰锭长度10～12 cm均可有效汽化，起到涨爆作用；(3)间隔冰锭长度在3～9 cm时均可有效引爆，而长度超过11 cm时出现1%的哑炮，且爆破效果一般，爆破后部分石块需进一步分解；(4)采用冰锭做光爆间隔材料，爆破粉尘量明显降低。试爆结果统计分析如表4所示。

表4 试爆结果统计分析

6 爆破安全设计

6.1 爆破振动安全距离

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)，爆破振动安全距离计算公式为:

式中:V为振速；k、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，根据《爆破安全规程》选取；Q为单段最大一次起爆药量；R为安全距离，m。

根据相关规定，当地毛石房屋和民用建筑物的浅孔爆破振动速度应控制在0.5 cm/s，取K＝150，α＝1.5。

表5、表6分别为浅、深孔邻近民房、城市主干道最大单段药量控制表。

表6 深孔爆破邻近民房及城市主干道最大单段药量

(1)按照设计方案，对于靠近民房及主干道区域，55 m范围内采用机械破碎；R大于55 m且小于105 m的范围采用爆破开挖，取K＝150，α＝1.5，Q＝1.8 kg，R＝55 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.49＜0.5 cm/s

(2)对于105 m≤R≤155 m范围，采用直径为90 mm、深度3～5 m的钻孔逐个起爆方式进行施工，K＝150，α＝1.5，Q＝12 kg，R＝105。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.483＜0.5 cm/s

(3)对于155 m＜R＜200 m范围，采用深孔控制爆破或光面爆破，K＝150，α＝1.5，Q＝31 kg，R＝155 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.43＜0.45 cm/s

(4)对于距民房R≥200 m的范围，采用深孔松动爆破或者光面爆破，K＝150，α＝1.5，V＝0.45 cm/s，R＝200 m。

在距民房距离大于200 m范围以上时可采用单孔或多孔同时起爆，保证单段起爆药量不超过规定药量。

6.2 爆破飞石安全距离

(1)浅孔爆破飞石水平距离

X＝V2/g

式中:X为爆破时石头飞出的水平距离，m；V为飞石初速度，m/s；g为重力加速度，m/s2。

X＝V2/g＝20V2/9.8＝40.8＜50 m

(2)深孔爆破飞石距离

R＝(40/2.54)×D＝141.7＜155 m

可在200 m范围内采取降低单耗、增加堵塞、改变临空面方向、防护覆盖等措施，来确保飞石控制在安全距离。

6.3 爆破噪声粉尘控制

对孔外雷管进行覆盖并加强对炮孔的堵塞；钻机钻孔时收集粉尘、道路洒水；采用冰锭做光爆间隔材料、碎冰块堵塞炮眼，能有效降低粉尘危害。

7 结束语

通过对传统光面爆破技术[10-12]进行改良，创新性将冰锭作为间隔装药材料，将碎冰块作为炮眼堵塞材料，取得了良好的爆破效果。但试验炮数量仍不足以充分说明爆破技术参数的可靠性，后续还需在工程实践中继续总结和积累经验，在复杂环境及地质条件下对冰锭光面爆破技术和施工方法进行反复验证。

针对复杂环境下公路路基石方爆破工程施工实际，采用冰锭光面爆破技术，爆破效果佳、环保降尘效果显著，可供类似工程参考。