复杂环境下火车站场地平整控制爆破

郭明福，王海亮，徐品德，李 嘉

(1.核工业金华建设集团有限公司，浙江 金华 321000；2.宁波力拓爆破工程有限公司，浙江 宁波 315400)

国内基建工程多，工程机械处理耗时长，成本高，安全风险大；爆破行业逐渐进入常规作业，随着爆破技术应用越来越广泛，尤其是精细化控制爆破作业，在我国工程领域得到了有效发挥，更适用于复杂环境下的工程爆破；车站周围环境复杂，爆破涉及到飞石、振动等各方面的因素，本次复杂环境下成功爆破证实作业方案的可行性，可作为一种参考[1]。

1 工程概况

1.1 工程环境

金台铁路磐安站站场综合开发项目位于金华、丽水、台州、绍兴地市的交界处，周边复杂环境(见图1)。正东面为平地，距离42省道约200 m；东南角有数幢民房并紧邻4号回填地块，民房距离1号地块界线最近距离为38.5 m；南面距离民房最近为290 m；西面为2个待拆碎石破碎站；西北角为商品混凝土搅拌站(待拆)、两处临用房和破碎设备(待拆)，正北面为龙飞烘干设备厂(待拆)，东北角为养猪场(待拆)。爆破区域内有军用国防光缆1条(待拆)，拆除前距离国防光缆200 m范围内采用机械开挖；有10 kV高压线(潘潭184线)(待拆)。

图1 爆破周边环境Fig.1 Surrounding environment of the blasting

1.2 地质特点

本项目地形起伏较大，台阶高度H=10～15 m，岩性以泥质砂砾岩为主，中等硬度岩石。

1.3 工程难点

1)对居民房屋的保护等级高。必须严格控制爆破振动，保证民房和电缆、高压线等不受影响。

2)安全防护要求高。必须严格控制飞石的飞散方向和距离，确保省道上来往的车辆和人员安全，民房不受影响。

3)工程面积大，爆破作业点多，施工难免交叉重叠作业。爆破作业面最好能形成连续的循环作业，避免施工干扰，延误工期，尤其是要保证施工区上下层的交通畅通无阻。

4)爆破方案应针对回填料粒径要求制定，保证成料率及避免二次破碎影响工程进度。

2 爆破设计方案

2.1 爆破方案

结合施工现场具体情况以及类似工程的施工经验，决定选用露天深孔延时爆破作为本工程的主要爆破施工方法。根据施工图和现场情况，台阶高度H=10～15 m，梅花型布孔，辅以浅孔和机械等方法施工，爆破选用乳化炸药，非电毫秒延时雷管，2H-1型起爆器，并采用塑料导爆管、四通进行并串联复式网路联线。

2.2 光面爆破设计[2]

2.2.1 爆破参数

台阶高度H=12 m；钻孔直径D=90 mm；最小抵抗线W光=KD=1.35～2.25 m(一般取K=15～25，软岩取大值，硬岩取小值)；炮孔超深h=0.5～1.0 m(孔深和岩石坚硬完整者取大值，反之取小值)；炮孔长度L=(H+h)/sinα(根据临空面的坡度而决定孔的倾斜度，本工程钻孔倾角α=80°～90°)，可知炮孔深度在12.5～13.0 m。

炮孔间距a=(0.6～0.8)W光=0.7～1.8 m，取1.0 m。在松软破碎岩石中进行爆破时，应适当控制孔距；装药量Q=qahW光,a为炮孔间距，m；h为孔深，m；q为炸药单耗，kg/m3，q一般取0.35～0.5 kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值；对于松散破碎岩体,药包爆炸应力波在顶部自由面处易发生反射，形成漏斗，破坏孔口岩石，因此，距顶部一定距离内，应设置1个不装药段，结合工程实际，不装药段取L=0.6～1.6 m和填塞段取L=1.0～2.0 m。

2.2.2 装药结构和起爆网路

光面爆破时，选用小直径药卷，实现不耦合间隔装药，药包应均匀连续地布置在钻孔中央，以获得良好的光爆效果。据以往的经验，药卷之间的间隙应控制在35 cm以内，超过35 cm时，各部分会呈现局部效应。松软岩层中，药卷间隙控制在30 cm以内。装药时，将药卷串绑扎在竹片上，再插入炮孔中，装药结构如图2所示。

图2 光面爆破装药结构Fig.2 Charge structure of smooth blasting

光面爆破与主体爆破一同起爆时，光爆孔应滞后于主爆孔起爆，其起爆时间间隔Δt选取的合理与否直接影响着爆破效果。Δt过小时，其前方岩石还未得到充分移动，光爆孔会对边坡造成一定的损坏。若Δt过大时，前排主炮孔爆破时可能会对光爆孔网路造成破坏；一般取Δt=100～150 ms。起爆网路如图3所示。

注：1-起爆雷管；2-敷设于地面的导爆索主线；3-孔内引出的导爆索；4-孔外接力分段雷管；5-孔内导爆索和地面导爆索连接点。图3 光面爆破起爆网路Fig.3 Initiation network of smooth blasting

先将药卷间隔用胶布或塑料绳绑扎在传爆线和竹片上，装药时把传爆线及药卷紧贴在竹片上，孔位钻完后整体放入炮孔内，最后用炮泥封口。

2.3 深孔台阶爆破设计

2.3.1 爆破参数

根据施工图和现场情况，台阶高度H=10～15 m；炮孔直径D=115 mm；最小抵抗线W=(30～35)D，根据岩石性质，W取4 m；底盘抵抗线Wd=3.8～4.2 m；钻孔深度L=H/sinα+h，本工程钻孔倾角α=80°～90°，超深h一般为1.0～1.5 m，可知炮孔深度在11～16.5 m。

炮孔间距a=(0.8～1.5)W，取5 m；排距b=(0.8～1.0)a，取4 m；填塞长度ΔL=(20～30)D，结合现场，不少于4 m；比照同类工程，单位炸药消耗量q取0.32 kg/m3，施工时，可根据岩性及试爆情况进行调整[3]；单孔装药量Q=kqabH(k为考虑受前面各排孔的矿岩阻力作用的增加系数，k=1.0～1.2)，爆破参数如表1所示。

表1 爆破参数Table 1 Blasting parameters

2.3.2 装药结构和起爆网路

根据爆区的岩性、结构及炸药与岩石阻抗的匹配情况，及宕碴石料的粒径要求。装药结构可分为连续装药、不连续装药(分段装药)，装药结构如图4、图5所示。

图4 连续装药结构Fig.4 Continuous charge structure

图5 不连续装药结构Fig.5 Discontinuous charge structure

采用排与排、孔与孔之间延时起爆技术，梅花型布孔，逐孔起爆，同时减少爆堆宽度，降低振动效应。主爆孔孔内采用MS10段非电雷管，孔间采用MS3段连接，排间采用MS5段连接。光爆孔孔内采用MS15段非电雷管，排间采用四通，复式网路连接整排起爆，炮孔布置及起爆网路如图6、图7所示。

图6 炮孔布置Fig.6 Layout of blast hole

注：1)主爆孔排间采用MS5段非电雷管，孔间采用MS3段非电雷管；2)主爆孔内采用MS10段非电雷管，光爆孔采用MS15段雷管；3)主爆孔采用四通串接，滞后于主爆孔起爆。图7 深孔起爆网路Fig.7 Initiation network of deep hole

3 爆破监测与安全

3.1 爆破振动控制

本次爆破范围大，爆区四周的岩性、地形也不相同，因此在爆区四周具有不同的K、α值，K值越大、α值越小，振动峰值越大，本开挖区属于中硬以上的岩石，按照最不利原则取K=180、α=1.5，计算结果反映了岩石介质条件下可能造成的最大破坏[4]。

本工程最大单响药量控制在96 kg以内，一次爆破总药量控制在3 000 kg以内。

3.2 爆破飞石安全距离

按照大爆破个别飞石经验公式计算：

Rf=20n2WKf

(1)

爆破作用指数n=1.2，最小抵抗线W=3.5 m，安全系数Kf选1.5。计算飞石距离：Rf=151 m，根据爆破安全规程规定，深孔爆破个别飞石安全距离不得小于200 m，按设计要求警戒范围为200 m。

3.3 爆破振动监测

在爆破过程中，委托具有资质的振动检测单位进行爆破振动监测[6]，结合现场情况，本次监测共布置4个监测点(见图8)，分别布置在爆破区域四周的村庄、道路及构造物附近；根据实时监测的结果，指导现场爆破施工和调整爆破参数。

图8 监测布置Fig.8 Layout of monitoring point

3.4 安全防护

近体防护材料采用2.2 m×2.2 m炮被防护或1.7 m×1.7 m沙袋防护[7]。每个炮孔正上方覆盖一个炮被(根据现场具体情况选择型号)，炮被中间正对炮孔位置，孔与孔之间炮被搭接长度0.5 m，覆盖范围大于爆破区域2～3 m。炮被上方放置沙袋3个/m2(见图9)。

图9 近体防护Fig.9 Indirect protection

4 结语

1)爆破后自由面方向20 m范围内产生少量飞石，发出闷响；民房及其他建筑无损坏，爆破振动监测结果均在2 cm/s内，安全警戒到位，无人员伤亡。

2)炮被和沙袋能够有效减少爆破飞石的产生，爆破防护中，喷水装置可以降低灰尘的飞散。

3)梯段爆破可采用压碴挤压爆破、延时间隔分段起爆的松动爆破，能够控制爆破飞石的抛出角度，减少飞石水平距离，增加岩石破碎度。