路基石方爆破方案及安全防护技术研究

张正月

（北京高铁工务段，北京 100071）

路基石方爆破方案及安全防护技术研究

张正月

（北京高铁工务段，北京 100071）

由于爆破施工能够有效提高路基工程的施工效率，降低施工成本，保证施工进度，但是爆破施工需要严格控制以保证施工安全。本文通过对一高速铁路路基的爆破施工方案进行合理优化设计，对爆破的参数和爆破安全允许距离进行计算控制，并对爆破周边的防护栏架进行设计和计算，计算结果表明，设计的防护栏架具有较高的承载能力，能够抵抗爆破飞石对周边环境的危害，有效保证了路基爆破的安全施工。

路基石方；爆破；防护栏架；设计

目前，我国的高速铁路事业随着我国经济的崛起而快速发展，而路基工程由于其造价低、运营舒适等特点在高速铁路的建设项目中占有较大比例，而在路基的施工过程中，由于地形条件的限制，必须克服高差较大、沟谷起伏的不利地形，然而深挖高填的地形结构由于工程量大，传统的挖掘方式施工效率低下，不利于工程施工进度的有效控制，特别是在遇到挖掘机无法施工的特殊地质、地形状况时，为了降低施工成本、保证施工进度，就需要使用爆破技术进行施工。

为了保证爆破施工的安全，在爆破前必须对爆破方案进行严格设计，精细控制爆破技术，使得爆破后按要求形成设计的开挖轮廓且岩体的破碎均匀，同时需要外界环境不受影响，不损坏开挖界外的岩土性能，保证施工质量。同时必须采取必要的技术措施和安全防护措施，保护周围的建筑物及居民正常生活不受影响。

本文通过对路基爆破方案进行优化选择和爆破技术合理设计，为保证爆破安全，设计合理适用的防护栏架，并通过有限元软件模拟计算，对防护栏架的适用性进行评价。

1　爆破方案的设计

本文对一爆破施工区紧邻居民区、工业园、高速路、铁路的高速铁路路基爆破施工进行方案设计。路基处于干旱地带，地下水软发育，环境无化学侵蚀，要求爆破后的碴土能形成平顺的施工平台，考虑爆破振动和个别飞散物对行人车辆的影响。通过分析考擦，依据环境因素的影响，为确保安全和爆破质量，减少爆破队周边环境的影响，对距爆破边缘区50m范围内有保护对象的，采用浅孔毫秒微差松动控制爆破，并且分台阶施工，采用打密孔，多分台阶，减少单孔装药量，间隔微差的爆破方式。

1.1爆破参数设计

依据具体情况，合理灵活选取爆破各参数，尽量使得爆破多打孔少装药，对控制爆破振动、爆破飞石等较有利。

（1）孔径d：d=42（mm）。

（2）台阶高度H：H=3.0m。

（3）最小抵抗线w：w=（0.4～1.0）H=1.2～3.0m，取w（b）=1.2m。

（4）炮孔间距a：a=（1.0～2.0）w=1.2～2.4m取a =1.5m。

（5）超深h：h=（0.10～0.15）H=0.3m。

（6）单孔装药量Q：前排：Q=qWaH=0.35×1.2× 1.5×3.0=1.9kg；后排：Q=（1.1～1.2）qabH=1.1×0.35× 1.5×1.2×3=2kg。

（7）每m炮孔装药量每P：P=1.0kg/m；

（8）装药长度L1：前排L1=Q/P=1.9/1.0=1.9m；填塞长度L2：L2=L-L1=3.3-1.9=1.4m；后排：Q=（1.1～1.2）qabH=1.1×0.32×1.5×1.2×3=2kg；装药长度L1：L1=Q/P=1.87/1=2m；填塞长度L2：L2=L-L1=3.3-2= 1.3m。

由于路基地段岩层厚度不均匀，所以钻孔深度也不可能一致，故不同地段，钻孔爆破参数存在差异。

1.2装药填塞及起爆网络

在装药前认真做好炮孔的检查验收工作，对炮眼进行清渣和排水。装药时对每个炮孔按预先计算的药量进行装填，保证装药密度。炮孔装药后，剩余段均应用炮泥进行堵塞。台阶炮孔起爆有许多顺序，如排间起爆、斜线起爆、V形起爆、梯形起爆和波浪形起爆等。根据安全段起爆孔数，起爆顺序可参照图1，根据现场情况灵活改变和应用，尽量使炮孔爆破抵抗线与被保护对象的轴线斜交，对减震和减少飞石较为有利。

图1　安全起爆顺序图

1.3爆破安全允许距离计算

爆破工程风险较高，在施工作业过程中应当采取适当措施预防危害的发生，将有害效应减小到最低程度，对爆破的安全允许距离进行计算：

1）爆破振动波计算。爆破振动波作用时间很短，从开始到结束仅大概有0.6～2s的时间，根据《爆破安全规程》，计算公式如下：

式中：Qmax——炸药量 （kg）；V——保护对象所在地质点振动安全允许速度 （cm/s）；R——距离爆破点最近处需要保护的建（构）筑物的距离（m）。

通过计算，距保护对象50m以内采用浅孔毫秒微差松动控制爆破分台阶施工不会对周边结构物产生影响。

2）爆破冲击波安全允许距离。炸药爆炸所产生的空气冲击波是一种空气中传播的压缩波，在爆破施工中应合理优化爆破参数，尽量避免采用最小抵抗线，避免产生冲天炮，选择合理的微差间隔时间，保证填塞质量和填塞长度。有效提高爆破能量的利用，减少形成的空气冲击波。

3）爆破飞散物的安全允许距离。依据岩体特性，严格控制最小抵抗线，防止飞散物对周围环境的危害。飞散物的最大飞散距离进行计算，飞散物的最大飞散半径为52m，安全起见，实际警戒时按距爆破点100～200m进行警戒。

2　爆破周边防护栏架设计计算

为防止个别飞石溅出造成危害，在距爆区边15m外，3个方向架设高6～8m、总长达150m双层防护栏架，防护栏架上捆绑铁丝网和沙袋加固，防护栏上部钢丝绳拉紧加固。在爆点再采用铁丝网和沙袋等进行覆盖防护。安全防护栏架设计布置图如图2所示。

图2　安全防护栏架示意图

采用有限元程序ANSYS进行建模，采用平面梁单元，计算荷载按施工期间频率出现最高的荷载进行防护栏架结构控制计算。

1）恒荷载：按照其实际长度在程序中自动计入。

2）冲击荷载：安全起见，按10cm×10cm×10cm石块，自重2.2kg从15m高空坠落对栏架造成的冲击检算，冲击时间按0.10s计算。冲击力为17.5×2.2/ 0.10=385N。在计算结构强度时的荷载计算分项系数均取1.0。荷载作用在防护栏架的顶部为最不利工况。防护栏架分析模型如图3所示。

图3　防护栏架分析模型

防护栏架的有限元控制计算结果如图4所示。

图4　有限元模型计算结果

防护棚架强度满足要求。

防护钢丝网钢丝按照4根直径2mm的钢丝承担冲击荷载，则钢丝应力：

防护钢丝网的强度满足要求。

3　结语

本文通过对高速铁路路局爆破施工的施工技术进行分析，对一高速铁路路局爆破工程进行爆破方案的设计，控制器爆破参数，对爆破装药填塞及起爆网络技术进行设计论述，并对爆破的安全允许距离进行计算，防止爆破队周围环境造成危害。

设计合理的边的防护栏架，控制爆破飞石危害周边环境，并通过有限元ANSYS软件对防护栏架建模计算，确保防护栏架的承载能力满足爆破要求。为路基工程全爆破提供了有利的技术支持。

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U215.2