地下廊道爆破开挖与减振技术

张松涛，艾树贤

（江西铜业集团有限公司银珠山矿业有限公司，江西 贵溪 335400）

1 引言

地下廊道开挖有机械开挖法和爆破开挖法，对于岩石基坑来说，爆破法是最常用的开挖方法。爆破法分为静态致裂法和炸药爆破法。静态致裂法是采用静态致裂剂，并将其注入钻孔，通过体积膨胀，达到破裂岩石的目的。静态致裂法具有成本高，破裂块度大，施工效率低的缺点，应用较少。炸药爆破法施工成本低，爆破块度小，利于铲装运输，应用广泛［1-3］。工程技术人员从爆破作用机理出发，对爆破飞散物、爆破振动、噪声等危害控制与防护进行了研究和探讨，取得了良好的经济效益［4-9］。

2 工程概况

银珠山矿位于贵溪市181°方位，直线距离约41km，行政区划隶属贵溪市冷水镇管辖。矿区北至麻地村，南至冷水变电站；东至茶山中朗坂，西至碧溪村，面积4.88 km2。工程建设场地属低山丘陵地貌，采矿工业场地位于山上，场地平整已完成，地势北高南低，南北长约400m，东西60～170m，呈梭形地块，四周为边坡，南侧有临时道路与矿区道路相接。

基槽开挖土质主要为强风化和中等风化凝灰岩两种岩体，岩石硬度系数f=8～10。廊道由斜廊道和主廊道组成，全长100m，为南北方向布置。斜廊道长40m，底宽5.1m，坡度18.6%，边坡比1∶0.5。主廊道长60m，底宽8.5m，边坡比1∶0.5。

爆破区域西北面20m有双层板房，东面15m有绞车房，北面18m有绞车房，北面45m有副井。爆破区南面277m为冷水35kV变电站，东北面39m有主井，东北面96m有高压变电所，爆破施工环境复杂。斜廊道端头先采用机械开挖，为后续爆破开挖创造自由面。见图1。

图1 地下廊道区域平面布置

3 爆破网路设计

根据现场地形条件和岩石力学性质，采用深孔台阶松动爆破方案，钻孔直径Φ90mm，乳化炸药直径Φ70mm。中部台阶全部使用数码电子雷管，每孔设计1个起爆药包，起爆药包放置孔底。中部台阶采用逐孔起爆网路，各孔间隔时间按50ms设置。起爆顺序由斜廊道第一排孔开始，往主廊道方向推进。

3.1 地下主廊道全断面开挖爆破设计

中部台阶爆破参数选择与装药量计算如下：

台阶高度 H：H=8.7m，孔径d=90mm。

超深 h：h=（8～12）d=0.72～1.08m，取h=0.8m。

底盘抵抗线 W ：W=（20～40）d=（20～40）×90=1.8～3.6m，取 W=2.5m。

孔深 L：L=H+h=8.7+0.8=9.5m。

孔距a ：a=1.2W，根据现场情况，取a=2.5m、3.3m。

排距 b：b=（0.8～1）a=2.4～3m，取b=2.5m。

炸药单耗q：根据经验，取q=0.38kg/m3。

单孔装药量Q：Q=q×a×b×H。

第1列单孔装药量q2=7kg；第2、6列单孔装药量q4=7kg；第3、4、5列单孔装药量q3=q4=q5=28kg。

Ф70mm乳化炸药药卷，每卷长度0.4m，药卷重2kg。

填塞长度L2：

第1列单孔填塞长度：4.5-7÷2×0.4=3.1m。

第2、6列单孔填塞长度：4.5-7÷2×0.4=3.1m。

第3、4、5列单孔填塞长度:9.5-28÷2×0.4=3.9m。

装药结构：采用连续装药结构。

主廊道炮孔布置如图2。

图2 地下主廊道炮孔布置

表1 中部台阶爆破参数表

3.2 斜廊道全断面开挖爆破设计

中部台阶爆破参数选择与装药量计算如下：

斜廊道坡度角10°36′，边坡比1∶0.5。中部钻孔向磨矿车间方向倾斜，钻孔角度75°。

第1、4列炮孔深度从1～14排为1.8m、2.3m、2.8m；第2、3列炮孔深度从1～14排为1.8m、2.3m、2.8m、3.3m、3.8m、4.3m、4.8m、5.3m、5.8m、6.4m、6.9m、7.4m、7.9m、8.3m。

超深 h：h=（8～12）d=0.72～1.08m，第 1～5排孔超深0.5m，第6～9排孔超深0.6m，第10～14排孔超深0.8m。

底盘抵抗线 W ：W=（20～40）d=（20～40）×90=1.8～3.6m，取 W=2.5m。

孔距a：a=1.2W=3m，根据现场情况，取a=2.5m和a=2.9m。

排距 b：b=（0.8～1）a=2.4～3m，取b=2.5m。

炸药单耗q：根据经验，取q=0.4kg/m3。

单孔装药量Q：Q=q×a×b×H。

第1、4列炮孔：第1排单孔装药量取q1-1=4kg；第2排单孔装药量取q1-2=5kg；第3～14排单孔装药量取7kg。

第2、3列炮孔：第1～14排单孔装药量见表2。

Ф70mm乳化炸药药卷，每卷长度0.4m，药卷重2kg。

填塞长度L2：

第1、4列炮孔：第1排填塞长度L2-1=1m；第2排填塞长度L2-2=1.3m；第3～14排填塞长度L2-3=1.4m。

第2、3列炮孔填塞长度见表2。

表2 中部台阶爆破参数表

装药结构：采用连续装药结构。

地下斜廊道炮孔布置如图3。

图3 地下斜廊道炮孔布置

4 爆破安全距离计算

4.1 爆破个别飞散物的飞散距离Rf

根据瑞典汤尼克研究基金会提出的经验公式：

Rf=40d/2.54=40×90/2.54≈142m

4.2 爆破个别飞散物的安全评估

按照《爆破安全规程》（GB 6722—2014）［10］规定，深孔爆破时，爆破个别飞散物对人员的安全允许距离不小于200m，计算的爆破个别飞散物距离约142m，此次警戒距离设为200m。爆破时，所有人员必须撤至200m外，以确保人员安全。

5 爆破振动及减振措施

5.1 爆破振动速度的计算

按我国常用的萨道夫斯基公式：

V=K（Q1/3/R）α

V为被保护对象所在地面质点振动速度，cm/s；Q为最大同段起爆药量，kg；R为爆破中心至被保护对象的距离，m；K、α为与爆破点至被保护物之间的地形、地质以及爆破类型等有关的系数与指数。

表4 爆破振动安全允许标准

现场岩体裂隙发育，岩石中硬。对应表3中，取K=150，α=1.5。

表3 不同岩性的取值

深孔松动爆破单孔最大起爆药量28kg，距离东面绞车房 15m，计算得：V北=K(Q1/3/R)α=150(281/3/15)1.5≈ 13.66cm/s。

距离西北面双层板房20m，计算得：V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/20)1.5≈ 8.87cm/s。

距离北面绞车房18m，计算得： V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/18)1.5≈ 10.39cm/s。

距离北面副井45m，计算得： V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/45)1.5≈ 2.63cm/s。

距离东北面主井39m，计算得： V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/39)1.5≈ 3.26cm/s。

距离东北面高压变电所96m，计算得： V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/96)1.5≈ 0.45cm/s。

距离南面35kV变电站277m，计算得： V西=K(Q1/3/R)α=150(281/3/277)1.5≈ 0.17cm/s。

5.2 爆破振动对周围建、构筑物的安全状态评估

根据《爆破安全规程》GB 6722—2014，露天深孔爆破f在10～60Hz之间，露天浅孔爆破f在40～100Hz之间。本次取露天深孔爆破f为10～60Hz，工业建筑物爆破振动安全允许振速4.5cm/s进行评估，东北面高压变电所和南面35kV变电站计算振速均小于0.5cm/s，主、副井计算振速均小于15cm/s，在爆破振动安全允许范围内。深孔松动爆破单孔最大起爆药量28kg，东面绞车房振速为13.66cm/s；西北面双层板房振速为8.87cm/s；北面绞车房振速为10.39cm/s。板房和绞车房均为临时建筑，为了降低爆破振动可能造成的损伤，采取必要的减振措施。

5.3 减振技术措施

爆破振动波在减振孔孔壁的反射、透射和绕射，使得振动波的能量会有所衰减，同时孔壁处部分质点产生弹性形变。在爆源参数和地质条件不变的情况下，隔振效应取决于减振孔的布置方式和参数选择。由于减振孔孔径具有一定的大小，沿减振孔方向存在位移间断，爆破后应力波在垂直于减振孔方向做功，从而透过减振孔的能量有所损耗。

杨典光运用Midas/GTS软件模拟了长沙地铁一号线汽车北站基坑爆破开挖中减振孔的隔振效果，研究结果表明［11］：随着减振孔排数的增加，由单排减振孔到两排减振孔时隔振效果提高幅度都很大，由两排减振孔到三排减振孔时隔振效果提高幅度有所减弱；单排减振孔孔径a=90mm，孔距d=0.3m，荷载到减振孔的距离2m时，减振率为12.40%；主炮孔与减振孔的间距s=2m不变时，随着减振孔直径的增加隔振效果逐渐变好，但从工程角度来看隔振率变化不是太大；减振孔的隔振效果随着孔距的增加而减弱且减振率基本随着孔距的增加以相同的速率降低，在其他条件一定的情况下，随着减振孔排数的增加，减振率不断增加，但提高的幅度有限，隔振效果远不如增加一排减振孔明显；减振孔由2排增加到3排，减振效果不明显，从工程角度来说，布置2排（不含2排）以上的减振孔，经济上就不太合算； 减振孔离主炮孔越近，隔振效果越好，对减振率影响最大的参数为减振孔的孔距，其次为排数，再次为主炮孔到减振孔的间距，最小影响参数为孔径；布置减振孔的情况下，可以实现在受保护区减小爆破振动10%～20%。

参考类似工程经验，减振孔与边列炮孔距离越小，减振效果越好，但不小于主爆孔排距，以确保爆破最小抵抗线方向不变。考虑经济性，此次减振孔与边列炮孔间距为2.5m，相邻减振孔间距0.6m，减振孔深度10m，减振孔沿主廊道两长边方向布置15m。

根据公式V北=K(Q1/3/R)α计算，当R=30m，最大段齐发炸药量24kg，减振率达到10%时，该点计算振速小于工业和商业建筑物安全允许振速4.5cm/s，故只要在主廊道端头及两长边侧15m布置减振孔，以减小爆破振动可能对设备部件和建筑的损伤。

通过运用TC4850爆破测振仪测得东面绞车房地面实际爆破振动速度V绞=11.2cm/s，比理论计算值降低2.46cm/s，减震率为18%。爆破后对厂房设备、井筒、变电所等进行检查，均未发现异常情况。

6 结论

（1）地下廊道岩层为强风化至中风化凝灰岩，爆破参数选择：孔径90mm，药卷直径70mm，孔距3.3m，排距2.5m，炸药单耗0.38～0.4kg/m3，爆破后块度均匀，岩块粒径小于80cm，可以满足基坑松散爆破开挖和铲装要求。

（2）通过在基坑的北面和西面搭建双层隔离排架，挂双层密目网，消除了飞散物可能对板房造成的破坏。

（3） 爆破后对厂房设备、井筒、变电所进行检查，均未发现异常情况。沿主廊道端头及两长边侧15m布置减振孔，减振孔与边列炮孔间距2.5m，相邻减振孔间距0.6m，深度10m，可以很好地减小爆破对临时建筑物和设备部件的损伤。