桂林市临桂新区防洪排涝及湖塘水系工程超近距离石方控制爆破研究

蒋庆

摘 要：水系河道开挖范围内基岩为石灰岩，直接采用破碎机械开挖成本高、效率低。鉴于河道石方开挖爆破距离右岸已建建筑物只有6～10m，爆破产生的振动波、飞石可能危及建筑的安全，因此不能采用常规石方明爆方法进行石方开挖，只能采用控制爆破方式进行石方爆破及开挖。

关键词：隔震孔（膨胀剂预裂）；机械破碎；安全；工期

1 工程概况

桂林市临桂新区防洪排涝及旅游景观水系工程位于桂林市临桂新区，用地面积约62.7平方公里，项目总投资约13.2亿，包含水利河道整治及防洪排涝、周边园林景观绿化、以及补水引水工程等。

本项目控制爆破实施区域为蔡塘河下游段水域湖塘工程“一院两馆”段，全长约200m，河道开挖宽度8m～14m，石方开挖深度1.0m～1.5m。“一院两馆”段所处位置施工环境复杂，河道右岸开挖边线距桂林市重点工程“一院两馆”基础仅6～10m，且“一院两馆”已基本建设完成，靠近新开挖河道右岸侧玻璃幕墙已安装完成；河道左岸开挖边线距公园北路人行道约10m。

2 爆破方案调整缘由

桂林市临桂新区中心区防洪排涝及湖塘水系工程“一院两馆”区段原施工方案采用常规钻孔炸药爆破结合机械破碎开挖，该施工方法产生的震动波较大，对周边已建建筑物和人员安全造成了很大隐患，机械破碎施工效率也不高：

2.1 桂林市临桂新区中心区防洪排涝及湖塘水系工程“一院两馆”区段全长约200m，河道开挖宽度8m～14m，岩石开挖深度1.0m～1.5m。开挖工程量约2000m3。由于计划开挖的河道基岩为石灰岩，无法采用机械破碎法开挖。

2.2 湖塘水系工程“一院两馆”区段所处环境复杂，水系河道位于公园北路南侧，呈东西向。其南侧开挖边线距新建的“一院两馆”大楼基础为6～10m，北侧开挖边线距公园北路人行道约10m。由于“一院两馆”已完成装修，计划近期内交付使用。

2.3 业主对爆破施工的要求。鉴于河道沟槽爆破距离南侧“一院两馆”建筑群只有6～10m，爆破产生的震动、飞石可能危及建筑群的安全。因此要求采用非常规爆破方法进行施工，以确保周边建筑安全。

3 控制爆破施工方案比选

方案一：膨胀剂胀裂破岩施工。此法可完全消除爆破震动对周边建筑基础的危害，但工效低、工期长，施工成本高。另外，由于本项目岩面均处于河道现有水面下，实施中会遇到炮孔成孔后孔内积水较多，无法正常使用膨胀剂，或因水份过多膨胀剂失效的问题。

方案二：机械破岩施工。用大型液压破碎机直接破岩。炮机破岩工效低，炮机产生震动强度较大，长期破岩产生震动波累加也会对岩石上方建筑基础产生危害，且对坚硬岩石破岩工效不明显。

方案三：隔震孔（膨胀剂预裂孔）+减弱松动控制爆破+机械破岩施工。即在河道岩石爆破前，采用凿岩机在边坡线上每隔20cm钻垂直空孔，部分阻断爆破震动波、降低爆破震动波强度，并对无积水的隔离孔装填膨胀剂进行预裂，部分或全部形成裂缝，阻断震动波。在预裂完成后，再对河道范围内的岩石采用减弱松动控制爆破方法施工。

为降低爆破震动强度，爆破时采用：一爆1孔、一爆2～3孔起爆技术和间隔装药等爆破技术，降低爆破震动强度。此法工艺比较复杂、成本高（与膨胀剂施工方法相当），但工效比以上两种施工方法要高。

根据本项目工期要求，考虑到项目实施的安全性，最终选定方案三作为实施方案。

4 主要施工工艺

4.1 主要工艺：钻隔震孔→填充膨胀剂预裂→岩石松动爆破→机械破碎→清渣。

4.2 减震隔离孔布孔、钻孔施工：

（1）孔间距。a=5倍孔径=5×40mm=200mm

（2）孔深。L=岩石开挖高度+10cm。

（3）在隔离孔内灌注膨胀剂进行预裂。

5 排水渠岩石减弱松动爆破设计

5.1 在减震动隔离孔钻孔完成20m边坡长度后，对该排水渠岩体进行松动爆破施工。

5.2 减弱松动爆破设计

（1）炮孔类型。垂直炮孔。

（2）炮孔布置形式。沟槽爆破布孔方式。

（3）炮孔深度1.0～2.1m。（最大开挖深度为2m）

（4）炮孔间距a=60cm，排岩石距b=50cm。

（5）单孔装药量Q1=qabL=0.5×0.6×0.5×2.1=0.315kg。

（6）起爆线路。采用毫秒微差电雷管起爆。每段起爆3孔，每段起爆药量0.3×3=0.9kg。

（7）起爆时间间隔。采用1段、3段、5段7段共4个段别雷管，每段间隔时间50毫秒。一次可起爆12个炮孔，起爆总装药量Q=12×0.315kg≈3.6kg。

（8）装药结构。分2层装药，每个炮孔内底部装药量=200克，上部装100克。炮孔内2个药包用导爆索串联起爆或用电雷管连接起爆。

（9）采用排间起爆（一次一排炮孔），一次起爆可完成爆破岩石量V=12×0.6×0.5×2=7.2m3。

（10）岩石以爆松为原则，最后用机械破碎进行分离。

如此循环作业，在完成第一台阶岩石爆破后，再进行第2台阶岩石爆破。

6 安全设计

6.1 爆破震动安全距离计算

深孔爆破、浅眼爆破时，同一段内炮孔一次起爆允许的最大药量，按下式计算校核：

Q=R3（V/k）3/a

式中：Q-一次起爆允许的最大药量，Kg；R-爆破部位至保护目标的距离。（距南侧建筑10m，钢筋混凝土结构建筑）；V-保护目标允许的最大振动速度，cm/s，（取V=5cm/s）。

k、α-影响系数，取k=200，α=1.5；

经计算，对爆破震动安全距离为：

不同距离一次起爆最大药量控制表

6.2 个别爆破飞石的安全距离

浅眼爆破个别飞石的安全距离，按下式计算：

Rf=40n2W=40×0.352×1=4.76m

式中：Rf-个别爆破飞石的安全距离，m；n-爆破作用指数；W-最小抵抗线，m。

6.3 震动控制

（1）利用岩石临空面布孔，尽量利用岩石面现有裂缝，降低炮孔装药量。

（2）尽量利用机械破碎方法进行施工，对已爆松开裂的岩石采用机械进行破碎。

（3）必须在沟槽两侧减震隔离孔完成钻孔后才能进行沟槽爆破。

6.4 飞石防护

采用覆盖防护方法。

6.5 加强试验

在主体爆破施工前先进行试炮，试炮分2次进行，第1次2个炮孔；第2次按设计8个炮孔，用测震动仪测量震动波强度。

7 结束语

蔡塘河下游段水域湖塘工程“一院两馆”段河道石方爆破开挖于2013年9月开工，2013年11月顺利结束，施工过程中未产生爆破飞石及振动，紧邻施工区的一院两馆建筑及市政公园北路通行未受到石方开挖影响，达到了业主工期及安全性要求。施工完成后通过现场查看，河床开挖完成后效果完全满足设计要求，并随后顺利通过了业主、监理及设计单位验收，保证了工程施工质量。采用隔震孔（膨胀剂预裂孔）+减弱松动控制爆破+机械破岩进行控制爆破开挖施工的成功运用，为桂林市临桂新区防洪排涝及湖塘水系工程其它单位工程需要控制爆破的地段提供了有效的借鉴，可以作为今后相似工程的实施工艺。

参考文献

[1]SL303-2004.水利水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]DL/T5389-2007.水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范[DL].北京：中国电力出版社，2007.

[3]刘清荣.控制爆破.湖北：华中工学院出版社，1989.

[4]水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册.北京：中国水利水电出社，2008.