基于复杂环境下爆破施工安全技术的应用分析

袁成栋

（广西工程技术研究院有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

在工程项目开发建设区域及周边环境越发复杂的背景下，为保证施工活动有序推进，施工人员可以在明确工程项目施工现场实际状况的基础上，合理应用安全爆破施工技术，在保证爆破施工满足工程项目要求的同时，提升施工活动的安全性与可靠性，以此为复杂环境项目的施工建设提供支持。

1 爆破施工的基础原理

复杂环境下爆破施工主要指的是岩石爆破施工，过程中的施工主要是通过使岩石径向、环向破裂的方式，避免岩石的存在给施工活动的推进造成阻碍。考虑到当前大部分岩石本身存在裂隙，因此在爆破过程中，爆破冲击波首先会使岩石的原生裂隙逐步扩大，达到破碎岩石的目的。同时，冲击波可以自炮孔处向外延伸，产生细小裂隙，在气体压力的情况下，径向裂隙会贯穿岩石，抵达自由面，并使岩石向阻力小的方向移动。此外，岩石环相裂隙与梁的弯曲破裂情况有着一定的相似度，在爆炸过程中爆生气体会使岩石发生弯曲与破碎。在炸药爆炸时，岩石径向裂隙在扩展后，爆生气体会以压力的形式作用于孔壁，岩石在出现移动情况的同时，爆炸产生的压力会在梁的跨距中点处，因阻力减小而使梁发生弯曲现象。假设爆炸作用开始于雷管的位置，那么岩石最大位移处也将发生于药柱中心雷管所在位置，气体膨胀会使岩石在自由面处产生拉应力，导致岩石在岩性变化或初始冲击波引起的径向裂隙作用下，破碎软弱面[1]。

2 爆破施工中需考虑的因素

在城市化进程逐步推进的当下，各类工程项目的数量不断增加，施工环境越发复杂，若采用传统的人工、机械施工方式，那么工程项目的整体施工成本、施工时长等因素将无法得到有效的管控。为解决上述问题，爆破施工作为一种高效的施工技术受到了施工单位的广泛欢迎。但需要注意的是，在实际施工过程中，爆破施工材料、爆破施工区域均存在一定的安全风险，为实现安全风险的管控，确定可能影响爆破施工安全性的各类因素，制定相应的因素控制方案，成为保证工程项目的顺利进行的必要举措。

2.1 爆破参数

计算复杂环境爆破参数时，工作人员需明确爆破区域的炮眼深度、孔径、孔距、超钻等与炮眼设计相关的参数，以便为后续爆破工作的开展提供可靠的数据支持。具体来说，首先，炮眼深度与爆炸抵抗效果之间存在着直接的关系，爆破时的炮眼深度大，那么岩石的抵抗性将随之增大。同时数据调查显示，爆破时炮眼的深度与抵抗的最优比值为1:3，即达到最大破碎与最小超挖工作面的炮孔高度应当为3 倍的抵抗大小。其次，在确定炮眼的孔径时，工作人员可以从设备能力、凹槽深度、爆破区域与最近建筑物的距离这3 个方面入手，在保证凹槽深度与最近建筑物的距离符合相关规定要求的基础上，使用最大孔径，以便在减少炮孔数量的同时，提高爆破工作的效率。再次，工作人员可以结合爆破的具体形式确定孔距，爆破形式为单排爆破，那么可以设孔距为1.8 倍的抵抗。若爆破形式为多排孔同时起爆，那么在孔深与抵抗比小于4 时，孔距的计算公式如下：

式中：S——孔距；B——抵抗；L——孔深。

当孔深与抵抗之间的比值大于4 时，那么可将孔距设为2 倍的抵抗。若爆破形式为延时爆破，那么可以将孔距设为1.4 倍的抵抗。最后，受夹制作用的影响，孔底岩石的爆破难度偏大，在炸药爆炸后，为实现岩石的高效破碎，可以通过将超钻设为0.3～0.5 倍的抵抗的方式，使岩石底部的水平拉应力有所增加，提升爆破工作的质量水平[2]。

2.2 抵抗系数

在复杂环境下，工作人员可以利用式（2）计算岩石的抵抗：

式中：De——炸药的直径；SGe——炸药的密度；SGr——岩石的密度。

2.3 装药量

为了在保证岩石正常破碎的同时，节约炸药，降低安全风险，需要参照式（3）至式（4）对爆破工作中的炸药量加以计算。

式中：Q——装药量；q——炸药单耗；f——岩石的普式系数。

2.4 堵塞技术

在爆破过程中，通过堵塞所有炮孔的方式，可以有效延长膨胀气体逸出时间，达到提高爆破效果，降低炸药的消耗量的目的。在复杂环境爆破工作中，堵塞技术应用效果偏低，那么不仅会导致飞石量的增加，还会产生更多的空气冲击波，增大地面的振动幅度，威胁周边人群的人身安全。现阶段为提升堵塞工作的质量，工作人员可使用带棱角的炮泥，并将其以较大的压力压入炮孔中。通过研究可以发现在堵塞工作中，炮孔与炮泥颗粒的大小比应为17:1，且炮泥的填充长度约为0.7～1的抵抗，在后续计算工作中，可以按照2:1 的比例，将炮孔表面覆土折算成岩石[3]。

2.5 缓冲爆破技术

为保证爆破工作取得令人满意的效果，在实践中应保证缓冲孔能够同时起爆，但为了实现振动情况的有效管控，工作人员可采用间隔的方式，控制孔距=孔径数+1，或控制抵抗=1.5×孔距。

2.6 爆破振动

爆破工作时炸药产生的爆炸应力波会在岩石中传播，并且随着传播距离的增加，其强度会逐渐减弱。需要注意的是，这种弹性波向外传播时会导致地面建筑物随着波的传播而出现振动情况，这一振动现象可以被称作爆破地震，当爆破地震的强度达到一定程度时，地表建筑物可能会被损坏。为降低爆破工作对周边的影响，工作人员需要利用式（5）对爆破时产生的振动情况加以计算。

式中：K——与爆破场地相关的系数；a——与地质条件相关的系数；Q——最大起爆炸药量；V安——允许的安全振动速度。

通过在后续爆破工作中，保证爆破区域与建筑之间间距符合《爆破安全规程》要求的方式，避免爆破施工对地标建筑安全造成不利影响。

2.7 主频率

为保证爆破施工活动的安全性，在爆破施工时，可以参照式（6）求得爆破排间距地震波的传播时间。

式中：s——爆破排间距；t——微差时间；V——瑞利波波速，其值为700m/s。

式中：t+——应力波的正相位作用时间；R——距离；Kt——决定爆破条件的系数，若爆破区域为岩石，那么Kt的取值范围为0.01～0.03，若爆破区域为中硬土，那么其取值范围为0.03～0.06[4]。

2.8 爆破飞石

爆破飞石是爆破工作中对周边群众安全威胁较大的因素之一，复杂环境爆破工作中，为实现爆破飞石距离的有效管控，工作人员需结合爆破方法、爆破参数、堵塞长度、堵塞质量、地形地质条件、气象条件等因素，开展综合性的爆破飞石评估工作。

3 复杂环境下爆破施工安全技术的应用策略

岩质边坡爆破施工是城市复杂环境下爆破施工活动中难度偏大的施工项目，在爆破施工过程中，受强烈爆破震动的影响，边坡原有的平衡遭到了破坏，其应力场重新分布，极有可能发生次生地质灾害，在耽误施工进程的同时对周围居民人身安全造成威胁，现阶段为提升边坡爆破施工的安全性，施工单位可以采用合理的方式与安全防护技术加强爆破施工的管理。

3.1 项目概况

某高速公路位于南方某地区，为满足高速公路扩建的需要，开展了附近长边坡爆破施工活动。扩大高速公路可建设范围，对待爆破区域进行分析，可以了解到高速公路附近的边坡施工需沿山体走向进行，该山体有着左右较高，中间偏低的地形条件，并且左右地质岩性差别较大，坡面较为陡峭，同时施工坡面破碎程度较为严重。具体来说，该边坡灰岩带的坡面倾角在70°～80°，泥岩坡面的倾角在50°～70°。在爆破坡面的北侧为市政道路，该区域车流量偏大，在边坡K0+20m—K0+250m 东侧处有着正常运行的工业厂区、砖木结构的住宅楼，建筑与开挖爆破区域的最近距离为7m，在K0+299m—K0+510m 处的西侧有正在建设的工业厂房，此处人流量较大，车流量较为密集。在爆破边坡的南侧，有着依山而建的厂房、生活区，爆破区域与生活区域之间的最近距离为3m。该边坡高差在10～23m，边坡落差最大，处分三级放坡工程释放爆破开发量约为26×104m3。

3.2 分析爆破施工难点

此次施工活动中爆破难度较大，具体如下：①该工程项目的边坡总长度达到了550m，若全段同时施工，那么需要的施工人员数量较多，在工程工期较紧的情况下，无法在爆破后与后续施工前预留足够的时间，对爆破面的安全情况加以检测。②爆破施工时形成的浅层裂隙发育与原始节理裂隙会相互交错，增大陡坡处岩体破碎程度的同时，使得陡坡处出现危石崩落现象的概率大幅度增加。③考虑到坡面施工后期需要对空余区域进行绿化景观施工活动，因此为保证绿化施工活动能够有序进行，在开展边铺包施工时，施工人员需要开展分级爆破施工活动，且在爆破面开挖时，应保证开挖轮廓线符合设计断面尺寸，并严禁出现边坡的现象，这在一定程度上增大了爆破施工质量控制的难度。④在爆破施工中，为避免飞石、噪声等问题对周边群众的正常生活造成不利影响，施工人员需要采用全封闭施工方式，在控制爆破飞石的同时，降低钻爆施工产生的干扰。

3.3 明确爆破施工中重点防范的不安全因素

在开展边坡爆破施工时，需要对爆破震动产生的岩体稳定性影响因素加以分析，以便为后续针对性防护方案的制定提供参照。对工程项目进行分析，可以发现，边坡跨度较大，若南北段同时爆破施工，那么施工单位需要重点控制边坡因爆破所产生的震动、塌方、飞石、坡顶滚石、噪音等危害。在明确本次施工活动中需要重点防范不安全因素后，首先，施工单位可以通过优化爆破设计，控制能量源释放与作用过程的方式，实现爆破施工活动的主动防护。其次，可以通过采用针对性安全防护措施，对已发生或将要发生的危害效应加以控制的方式，降低危害所产生的区域时间与程度。最后，施工单位可以通过加强爆破震动监测，对周围建筑进行振动响应分析的方式实现爆破施工的辅助防护，进一步提升施工方案的安全性。

3.4 制定安全控制措施

在本次爆破施工活动中，为提升爆破施工活动的安全性。

（1）为降低内因对施工安全性造成的不利影响，施工单位结合现有施工设计方案与施工设备应用了大小钻孔间隔布孔、不耦合装药等施工方式，避免因岩层不均衡所造成的爆炸效果不平衡现象，同时，避免了爆破施工活动对正面建筑所造成的威胁。

（2）为避免飞石出现给周边群众、厂房、建筑所造成的安全威胁，在开展危害程度较大区域的爆破施工时，施工单位在药孔及掩体上部覆盖了柔性防护层，这种爆破区域的安全防护方式的应用，提升了被防护工作的可靠性。

（3）面对爆破区域与邻近建筑之间距离较近，容易产生滚石、飞石等问题的情况，施工单位在临近区域搭设了立架防护体系，实现了边区分级爆破区域以及临近爆破区域周边构筑物的有效防护。

（4）边坡坡脚区域为本次爆破施工活动的重要通道，为避免爆破时滚石这类问题的出现，影响区域的正常通行，施工单位通过在不利于搭建立架的区域，架设边坡钢结构预制件的方式，提升了边坡滚石防护效果。

（5）为实现爆破污染情况的有效管控，施工单位通过将爆破作业时间与周边群众作息时间交错开来，并合理安排爆破清渣等作业活动的方式，提升了爆破施工活动的人性化水平[5]。

4 结语

对上述边坡爆破施工活动进行分析后可以发现，首先，本次工程爆破实际施工时间较预期时间缩短了20d，且爆破效果较为理想，爆破最小岩石块径为0.65m，爆破参数优化后取得了良好的效果。其次，对监测数据进行分析，可以发现本次爆破施工活动中，临近职工生活区的最大震速为0.46cm/s，其他建筑爆破点最近处的最大震数均比较小。再次，对整个工程施工阶段的边坡稳定性进行分析，可以发现爆破施工活动中安全防护技术取得了良好的效果，施工活动并未对周边交通人员安全造成不利影响。最后，本次爆破施工活动中，施工单位使用了不耦合装药方式、大小间隔布孔等技术，并在施工现场布点检测，实现了最小抵抗线方向的优化，在确保爆破施工活动正常展开的同时，提升了安全防护工作的有效性。