临近村庄的铁路路堤爆破方案优化

杨旭书 胡 刚 杨智广

(1.中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150000; 2.辽宁工程技术大学爆破技术研究院，辽宁 阜新 123000； 3.辽宁工大爆破工程有限责任公司，辽宁 阜新 123000)



临近村庄的铁路路堤爆破方案优化

杨旭书1胡 刚2*杨智广3

(1.中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150000; 2.辽宁工程技术大学爆破技术研究院，辽宁 阜新 123000； 3.辽宁工大爆破工程有限责任公司，辽宁 阜新 123000)

以锦阜高铁路扩能改造工程项目为背景，依据路堤初次爆破方案的参数设计和振动监测数据，分析了路堤原方案爆破效果存在的问题，针对振速过大和房屋破坏的情况，对路堤的爆破方案进行优化，并通过监测到的测点振速和爆源距，得出爆破振动速度衰减公式，保证了临近村庄结构的安全，对后续路堤爆破设计和类似路堤爆破施工有一定参考意义。

路堤，爆破方案，优化设计，振动速度

0 引言

铁路路堤爆破施工中不可避免对临近村庄房屋的安全造成不利的影响，爆破荷载产生的应力波会影响到路堤周边一定范围内房屋的稳定性。GB 6722—2003爆破安全规程[1]地面建筑物爆破振动安全允许标准具体为：土窑洞、土坯房、毛石房屋为0.5 cm/s～1.0 cm/s；一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物为2.0 cm/s～2.5 cm/s；钢筋混凝土结构房屋为3.0 cm/s～4.0 cm/s。近年来，有关学者对爆破方案优化问题和振动监测分析展开了研究并取得了进展[2-8]。

锦阜高铁路扩能改造工程项目位于辽宁省阜新市和锦州市境内，路堤所处范围内表层为全风化玄武岩，呈灰褐色，岩心呈泥柱状，含残余碎块，层厚1 m～3 m。往下为中风化杏仁状玄武岩，呈棕褐色～灰黑色，杏仁状构造，岩石较破碎。下部基岩为中风化玄武岩，灰黑色，岩石较完整，普氏系数为15～18。铁路路堤周边村庄大约有100间房屋，其中大多数的房屋为砖混结构，整体性较好，只有少数房屋为土坯房，房屋较低且安全性较差。

1 路堤原爆破方案

1.1 原爆破方案参数设计

为保证锦阜高铁路扩能改造工程项目的顺利实施，路堤爆破方案参数设计具体如下：1)台阶高度h取20 m。2)炮孔直径d取120 mm。3)最小抵抗线W取5 m。4)堵塞长度为6 m。5)炮孔间距a为6 m。6)炮孔排距b为5 m。7)炸药单耗q取0.81 kg/m3。8)采用孔内、孔外延期微差爆破网路。孔内采用7段非电导爆管雷管，孔外采用3段导爆管雷管，每个起爆药包为2个雷管，用连接四通连接网路。9)2号岩石乳化炸药共使用9 120 kg，单段最大药量912 kg。

起爆网络图见图1。

1.2 原爆破方案振动监测

此次监测采用成都中科研制的TC-4850测振仪；通过监测得到的爆破振动数据显示，振动速度最大值为2.49 cm/s，如图2所示。初次爆破振速最大值主频图见图3。

1.3 原爆破方案存在的问题

1)振动速度较大。原爆破方案中炸药用量较多，单段最大药量为912 kg；并且通过原爆破监测数据显示，爆破振动速度最大值为2.49 cm/s，大于2.0 cm/s，不满足GB 6722—2003爆破安全规程中一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物的爆破振动安全允许标准。

2)临近村庄房屋遭到破坏。路堤初次爆破之后，遭到了临近村民的抱怨和投诉，称其房屋出现不同程度的破坏，通过现场调查发现，距爆源最近的房屋的确出现轻微的破坏；破坏的主要形式[9]有两种：一种是随机的微裂缝，数量不多，宽度不大，而且一般为表层裂缝；一种是纵向裂缝，大多出现在墙根和墙角部位，此类型裂缝为房屋损害形式的主体。

3)爆破效果不佳。原爆破方案中台阶高度选取过大，不仅增加了钻孔工作量，而且造成堵塞长度过大，使得装药时重心偏低，大块较多；由于最小抵抗线和孔距参数的选取不当，不但出现根底，而且大块较多；除此之外，松散岩石形成的爆堆也超过了装载机所能达到的最大高度，严重影响施工进度。

2 路堤爆破建议优化方案

台阶高度、炸药单耗、孔距及排距等是路堤爆破的主要参数，岩石的硬度、容重及抗压强度等是路堤爆破的主要影响因素，根据路堤原爆破方案的不足之处，对爆破参数进行相应的优化设计[10，11]。

1)台阶高度h。为了保证爆破质量，提高钻孔效率，结合现场实际情况，建议台阶高度14 m～16 m左右，以下参数建议优化中，取台阶高度h=14 m。

2)炮孔形式及直径d。炮孔的形式采用垂直钻孔，有利于提高钻孔效率；钻孔直径根据钻机规格确定为d=100 mm。

3)炸药单耗q。炸药单耗是控制爆破效果的影响因素之一，根据炸药单耗的经验公式[12]：

(1)

4)底盘抵抗线W。底盘抵抗线过大会出现根底，过小会产生飞石造成安全事故，因此可按如下经验公式计算：

W=(25～45)d

(2)

经过计算取W=3 m。

5)堵塞长度lt。合理的堵塞长度和良好的堵塞质量对改善爆破效果和提高炸药利用率具有重要的作用。一般情况下，可按如下公式计算：

lt=(16～32)d

(3)

经过计算取lt=3 m。

6)孔距a和排距b。

根据“小排距，宽孔距”的理论以及孔距的计算公式：

a=m×W

(4)

其中，m为炮孔密集系数，取值范围为1.5～2.5；根据理论分析和计算，取孔距a=4 m，排距b=3 m。

3 爆破振动监测与数据分析

3.1 测点布置

此次监测采用3台TC-4850测振仪，并且测点布置主要考虑爆破振动对临近村庄房屋影响较大的区域[13，14]，位置如图4所示。测点1，2，3分别距离爆源370 m，374 m和378 m。

3.2 监测结果

通过对优化后的路堤爆破振动进行监测，所得监测结果见表1。

表1 监测结果

通过监测结果显示，1测点三个通道振动速度及主频均较大，故1测点三个通道波形及主频见图5～图10。

3.3 数据分析

路堤爆破方案经过优化后，此次爆破共使用2号岩石乳化炸药6 960 kg，单段最大药量为696 kg。通过使用萨道夫斯基质点峰值振速衰减公式，即：

(5)

4 结语

1)爆破方案经过优化后，爆破效果得到了明显改善。台阶高度和堵塞长度的调整，减少了钻孔、堵塞的工作量，降低了爆堆的高度；最小抵抗线和孔距的改变，使得爆破效果更佳，减少了大块率，控制了飞石距离；炸药用量和单耗的调整，降低了爆破振动。除此之外，临近村民的态度也得到部分改变。

2)对优化方案的爆破振动进行布点监测，所得数据显示，此次爆破振动速度的最大值为0.354 38cm/s，小于0.5cm/s，满足GB6722—2003爆破安全规程爆破振动安全允许标准；路堤爆破振动的频率范围稳定，集中于0Hz～10Hz。因此，此次爆破不影响临近村庄房屋结构的安全。

3)分析路堤原爆破方案的不足之处，提出合理的爆破方案优化建议，并结合振动监测手段，分析得出X，Y，Z通道以及合成通道的振速衰减规律，保证了铁路路堤爆破振动对临近村庄房屋的安全，同时对后续施工以及类似路堤施工具有一定的参考意义。

[1]GB6722—2003,爆破安全规程[S].

[2] 谢承煜,罗周全,贾 楠,等.露天爆破振动对临近建筑的动力响应及降振措施研究[J].振动与冲击,2013(13):187-193.

[3] 许名标,彭德红.边坡预裂爆破参数优化研究[J].爆炸与冲击,2008(4):355-359.

[4] 闫鸿浩,李晓杰,曲艳东,等.爆破振动速度测试精细分析[J].岩土力学,2007(10):2091-2094.

[5] 毕卫国,石 崇.爆破振动速度衰减公式的优化选择[J].岩土力学,2004(S1):99-102.

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[10] 于治斌,李 坚,高 波.露天多段深孔微差爆破孔网参数优化设计[J].爆破,2003(2):24-25，28.

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[13] 刘洪兴,璩世杰,何 文,等.露天矿爆破振动对建(构)筑物稳定性影响研究[J].金属矿山,2013(6):25-28.

[14] 夏晨曦,杨 军,李顺波,等.采石场爆破振动对天坪岭隧道影响的评定[J].工程爆破,2012(2):97-100.

Optimization of blasting scheme for embankment near villages

Yang Xushu1Hu Gang2*Yang Zhiguang3

(1.ChinaRailway22ndBureau,HarbinRailwayConstructionGroupCo.,Ltd,Harbin150000,China; 2.InstituteofEngineeringBlastingLiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China; 3.LiaoningGongdaBlastingEngineeringLimitedLiabilityCompany,Fuxin123000,China)

Take Jin-Fu-Gao railway expansion renovation project as an example, analyzing the existed issues of the blasting effect that based on the parameter design and the vibration monitor of the primary blasting scheme. In the presence of the excessive vibration velocity and the destructive building structure， taking the blasting scheme optimization. By means of the vibration velocity and distance， concluded that blasting vibration velocity attenuation formula. It can ensure the safety of the structure of the neighboring villages and provide the reference for subsequent and similar blasting engineering.

embankment, blasting scheme, optimization design, vibration velocity

1009-6825(2016)05-0151-03

2015-11-26

杨旭书(1975- )，男，工程师； 杨智广(1978- )，男，工程师

胡 刚(1990- )，男，在读硕士

U213.11

A