浅谈大直径钻孔浅孔台阶露天石方爆破技术

王素创,周晓光,李昱捷

（湖南铁军工程建设有限公司， 湖南 长沙 410072）

0 引 言

浅孔爆破是指炮孔直径小于或等于50 mm，深度小于或等于5 m的爆破作业，浅孔台阶爆破指的是为了挖运施工方便、增加自由面，加强爆破效果而采取的阶梯型开挖方式的浅孔爆破，其主要特点是：设备简单、施工灵活、工艺简单、孔径孔深小、爆破规模比较小、爆破振动较小、成本相对较高，主要适用于石方爆破工程量比较小、台阶高度不大、进度要求不快的比较凌乱、复杂的场地平整、路堑、沟槽及基坑开挖等工程项目。但在实际工程中，有些石方爆破工程项目台阶高度虽然不高、可面积比较宽广、工程量比较大、工期要求比较紧、成本控制比较低、有害效应控制要求比较严，很明显，这些工程项目如果采用浅孔台阶爆破技术进行施工很难满足工程项目的要求，为此，根据工程的需要借鉴和引进深孔台阶爆破技术进行浅孔台阶爆破作业，在很大程度上解决了这一难题，采用深孔台阶爆破的大直径钻孔进行浅孔台阶露天石方爆破这一技术也应运而生。

1 工程概况

邵阳市武冈民用机场建设工程净空处理土石方爆破工程位于机场南、北端东侧，由于前期机场塔台建设高度较低，存在影响飞行安全的视觉死角、盲区，无法满足空管人员坐在管制室内可以看到全场这一要求，为让管制员更全面、更及时掌握和发现管制区内的一切情况，将所有不安全的情况扼杀在萌芽状态，提高机场的运行效率和容量。因此必须将机场南区和北区山丘采用爆破方法进行净空降基处理，以满足塔台通视的需要。

邵阳市武冈民用机场建设工程净空处理土石方爆破工程分为南端挖方区（简称南区）和北端挖方区两个爆破区域（简称北区）。

南区爆破区域南北长度最长为 412.5 m，东西宽度最宽处约140 m，设计最大开挖高度为6.18 m,开挖总方量为124156 m3，平均开挖高度为2.6 m。

北区爆破区域南北长度最长为230 m，东西宽度最宽处约97 m，设计最大开挖高度为3.93 m,开挖总方量为47790 m3，平均开挖高度为2.5 m。

该工程为南方的丘陵小石山，岩石出露主要为石灰岩，深灰色中厚-厚层瘤状含泥灰岩，条纹状、条带状灰岩及粉晶灰岩，f=4～8,局部风化严重，节理裂隙较发育。

1.1 周边环境

以南区为例，爆区北侧边缘距机场围栏最小距离约为25 m，距停机坪距离约为56 m，爆区东北侧距塔台及管控中心距离约为190 m，距管控中心办公楼西南角距离约为160 m，距消防站西南角距离约为70 m，距围栏30 m，爆区东侧距物资后勤站约为65 m。距围栏约25 m，爆区西侧为机场跑道区域，每天有数架飞机不定时进行起降，爆区距机场跑道边界约为130 m，距围栏25 m，围栏与机场跑道中间地带为巡场道路、水沟与绿化草地，跑道周边安装有各种灯具及驱鸟器具。爆区南侧为空旷场地。塔台及管控中心内有价值上千万美元的控制飞机起降的进口贵重精密仪器，爆破区域周边环境非常复杂（见图1）。

1.2 工程要求

（1）采取科学合理的施工方案和有效的安全技术措施，对净空处理土石方进行控制爆破挖除。

图1 爆区周围环境

（2）爆破要保证爆区周边环境安全、设备安全及爆破作业人员安全，必须严格控制爆破飞石和爆破振动产生的危害。爆破飞石不得进入机场围栏内侧。精确控制爆破药量；采取有效防护措施，严格控制爆破振动、爆破飞石对附近建（构）筑物的影响，确保机场周围其它建（构）筑物的安全。

（3）严格遵守安全规程，文明、安全施工，确保施工人员和附近人员的安全，确保车辆、机械设备不受损坏。爆破施工不得影响机场正常安全运行。

（4）爆破过程中做好周围安全警戒围护工作，禁止无关人员设备进入警戒范围。

（5）施工进度必须满足工程工期要求。

2 设计方案

2.1 设计原则与选定方案

（1）待爆破的土石方距离机场周围各种建筑物设施较近，需对爆破参数进行合理设计，保证爆破有害效应（个别飞散物、爆破振动）在可控范围以内。

（2）必要时对爆破区域周围建筑物进行被动遮挡防护，并对爆破孔位上方进行加强覆盖防护，保证爆破飞石不对周围建筑物造成影响。

（3）土方开挖厚度变化较大，现场需针对实际情况合理调整爆破参数。拟采用大直径钻孔浅孔台阶控制爆破方法，采用多段毫秒延期逐孔起爆技术进行施工。

（4）采用纵向分层分段开挖，每一层先在中部挖出一通道，然后开挖两侧,使每一层有独立的出土道路和临时排水系统。具体见图2、图3。

（5）遵循“多打眼、少装药、弱爆破、严防护、小规模、多循环”的爆破原则；采用平面分区、高程分层、松动爆破、逐孔起爆，依据周围环境区别对待。水平分层采用浅孔台阶爆破方法。开挖时，在靠近机场围栏处预留2～3 m石坎采用液压破碎锤破除。

（6）土石方需要爆破的地段，进行全面调查，查清爆破所处的位置、地形，有无障碍物等。如空中有缆线，应查明其平面位置和高度；还应调查地下有无管线，如果有管线，应查明其平面位置和埋设深度；同时应调查开挖边界线外的建筑物结构类型、完好程度、距开挖边界距离，然后再制定爆破方案，确保空中缆线、地下管线和施工区边界处建筑物的安全。

图2 爆区分层

图3 爆区分区平面

2.2 参数设计

以3 m高度台阶为例，炮孔孔径：D=90 mm；台阶高度：H=3.0 m；炮孔深度：L=3.5 m；孔距：a=2.0 m；最小抵抗线或排距：W=b=2.0 m；单耗药量：q=0.25 g/m3（浅孔减弱松动爆破单耗可以适当降低，根据岩石现状进行适当调整）；单孔药量：QL=3.0 kg；填塞长度：LT=2.9 m（确保填塞长度大于1倍抵抗线）；超钻深度：h1=0.5 m（尽量降低装药位置高度）；毫秒延期时间：Δt=25～50 ms。孔内装填 Φ70 mm 2.0 kg乳化炸药，单支药卷长度约40 cm。

根据岩石性质和工程要求，为获得良好的爆破效果，须合理地确定布孔方式、孔网参数、装药结构、装填长度、起爆方法、起爆顺序和单位炸药消耗量等参数。

孔径采用履带式潜孔钻机钻凿直径 90 mm的炮孔，垂直钻孔，孔网采用梅花形布孔，岩石自由面方向如图3所示。

2.3 起爆网路

本工程爆破的起爆顺序拟采用逐孔起爆。考虑到杂散电流对爆破安全的不利影响，本方案选用非电导爆管雷管，传爆雷管选取段别较低的雷管，孔内起爆雷管选取段别较高的雷管。布置3排炮孔时，逐孔起爆线路连接如图4所示。

图4 起爆网路连接

3 爆破安全控制与施工

爆破危害主要有爆破地震、爆破飞石、空气冲击波和炮烟。机场爆区周围的环境比较复杂，安全设计是重点。

3.1 爆破振动控制

按照爆破安全规程（GB6722-2014）的规定，根据周边环境分析，该区段重点保护对象为机场各种用房。根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）要求，为一般民用建筑安全地面质点振动速度保守值为2.0 cm/s；考虑到机场设备设施仪器比较精密，振动要求高等特点，塔台控制中心、控制中心办公楼和航站楼地面质点振动速度允许值取0.5 cm/s。依据地形及周围地质条件K取值200，α取1.7。不同距离上的保护对象爆破振动计算结果见表1。

采用逐孔毫秒延期起爆网路，严格控制单段最大起爆药量，在爆破实施前进行试爆，加强重点部位的爆破振动监测，并根据震动监测结果调整爆破参数。

3.2 爆破飞石及防护

爆破无防护条件下个别飞石的最大飞散距离按库图佐夫经验公式：

式中，S为无覆盖条件下的爆破飞石的水平抛距，m；k为安全系数，通常取70；q为炸药单耗，kg/m3。

经计算得：大直径钻孔浅孔台阶爆破：S=70×0.250.58=31.3 m。

表1 爆破振动计算结果

根据无防护条件下个别飞石最大飞散距离估算结果以及周边环境复杂的实际情况，对爆破飞石将采取预防技术措施, 加强防护，以减少飞散距离。

（1）加强填塞管理。第一确保填塞长度大于1.0倍底盘抵抗线长度；装药时应重点关注填塞长度，保证填塞长度足够。第二确保填塞质量，填塞炮孔的炮泥中不得混有石块和易燃材料，有水炮孔采用砂砾材料进行填塞；填塞作业避免夹扁、挤压和拉扯导爆管。

（2）做好覆盖防护。主要是对每个炮孔孔口用沙袋或土袋进行覆压，对爆区用炮被进行外部包裹防护，确保飞石控制在25 m范围内。爆破防护见图5。

图5 爆破防护

3 工程实践及实际效果

该工程项目于2017年12月28日上午进行试爆，试爆对2 m台阶和3 m台阶分别进行，起爆后只听见一声闷响，岩石抛而不飞，向上抛出高度不到5 m，用挖掘机清开后，岩石比较碎裂，块度较小，易于铲装和运输，覆盖材料清理后可用于下一爆破循环。对塔台和控制中心进行爆破振动监测，爆破振动成果显示分别为0.1 cm/s和0.11 cm/s，爆破振动明显小于爆破振动安全允许标准，受到机场业主和当地公安的好评，目前，该工程施工进展顺利，每月完成爆破量近3万方，施工进度完全满足合同要求。

4 结 论

通过工程实践证明，大直径钻孔浅孔台阶爆破技术和常见浅孔台阶爆破相比具有以下优点：

（1）由于钻孔直径比较大，孔网参数比较大，单孔落石量比较大，钻孔效率高，施工简单，施工整体效率比较高；

（2）药柱直径较大，孔内装填同样重量的炸药时，药柱高度明显降低，填塞长度较长，对于爆破飞石的控制起到较大的作用，对安全更有利；

（3）由于整体工效较高，降低了工程成本。特别适用于台阶较小、面积较广、工程量较大、工期较紧、安全要求较高的岩土爆破工程项目。