城市內堅硬巖石大孔徑淺孔控制爆破實踐

趙東波 陳懷宇

(1.溫嶺市隧道工程有限公司 浙江臺州 317500； 2.中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，城市大面積的房基開挖遇到巖層，采用爆破法開挖是快速、經(jīng)濟的最佳方案。過去對于巖石開挖深度<5 m或爆區(qū)周邊環(huán)境復雜的區(qū)塊，基本沿用傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)淺孔爆破法或靜態(tài)破碎法開挖。城鎮(zhèn)淺孔爆破的主要優(yōu)點是機動、靈活，爆破振動便于控制，但其勞動強度大、施工環(huán)境惡劣、進度慢、成本高、飛石難于控制；靜態(tài)破碎法雖不會產生爆破振動和飛石的危害，但存在鉆孔量大、勞動強度高、施工環(huán)境惡劣、效率較低、成本更高等突出問題[1]。因此，在工程量大、工期緊的情況下，二者都難以達到預期目的。隨著大孔徑鉆孔機械不斷更新發(fā)展和廣泛應用，鉆孔速度更快，成本不斷降低，每米鉆孔價格與小直徑鉆孔價格相當，但其鉆孔速度是小直徑孔的5～6倍，爆破效率提高10倍以上。大孔徑淺孔控制爆破，炸藥集中裝在炮孔底部，其炮孔裝藥系數(shù)K僅為0.1～0.3，若采取合理的爆破參數(shù)和炮孔裝藥系數(shù)，加之進行適當?shù)母采w防護，其爆破飛石比城鎮(zhèn)淺孔爆破更易控制[2]。因此，大孔徑淺孔控制爆破將越來越顯出它的優(yōu)勢，將越來越多地替代傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)淺孔爆破。

1 大孔徑淺孔控制爆破設計原則

(1)采用液壓收塵式潛孔鉆機，炮孔超深h=(0.15～0.25)H(H為開挖深度)，并確保孔底在同一水平面上。

(2)根據(jù)地形高差選擇合理的孔網(wǎng)參數(shù)，選擇與地質條件相匹配的炸藥單耗，對不同炮孔深度嚴格控制裝藥系數(shù)K的最大值。

(3)采取必要的防護和降振措施，確保高效、安全、環(huán)保，并滿足工程進度要求[3]。

2 工程實例

2.1 工程概況

某市區(qū)12萬m3石方需開挖，巖石為微風化花崗巖及凝灰?guī)r，開挖厚度<5 m，要求在學校暑假期間完成，擬采用爆破開挖。爆區(qū)周邊環(huán)境十分復雜，爆區(qū)北側40 m處為共和小學教學樓，100 m處為社區(qū)衛(wèi)生站；東側30 m處為居民樓房，東南側60 m處為居民樓房；南側60 m處為古摩崖石刻，石刻背后為密集居民樓房；西南側30 m處為居民樓房，50 m處為便民服務中心；西側約30 m處為古戲臺，詳見圖1。

圖1 爆區(qū)周圍環(huán)境平面示意

2.2 爆破方案確定

本工程若采用傳統(tǒng)城鎮(zhèn)淺孔爆破法施工，需投入數(shù)十臺小型鑿巖機，且鉆孔人員多、難度大、成孔率低、工效低、成本高，機械噪聲、粉塵對環(huán)境污染嚴重，工期難于保證[4]。為了滿足工期和環(huán)保要求，根據(jù)爆區(qū)周邊環(huán)境情況，距離被保護對象60 m內的區(qū)塊采用機械鑿除開挖，60 m外的區(qū)塊采用大孔徑淺孔控制爆破法施工。

2.3 爆破參數(shù)設計

(1)選擇鉆孔直徑為φ90 mm。

(2)炮孔直徑、炮孔深度、裝藥系數(shù)之間必須嚴格匹配；要求裝藥系數(shù)≤0.3，且隨著炮孔深度減小，裝藥系數(shù)也減小。

(3)嚴格控制炮孔填塞長度L2和填塞質量，滿足L2≥(25～30)D和L2≥1.2b(W)。其中，D為炮孔直徑，mm；b為炮孔排距，m；W為最小抵抗線，m；L2為填塞長度，m。

(4)大孔徑淺孔控制爆破用于平基或負挖時，炸藥單耗q可比露天臺階爆破單耗增加15%～20%，爆破參數(shù)設計見表1所示。

表1 爆破參數(shù)設計

圖2 逐孔起爆導爆管起爆網(wǎng)路

(5)起爆網(wǎng)路：采用孔內裝入2發(fā)MS10導爆管雷管，孔間采用MS3導爆管雷管搭接延期，排間采用MS5導爆管雷管接力延期，形成MS導爆管雷管孔內與地表延時相結合的逐孔起爆網(wǎng)路，見圖2所示。

(6)爆破振動控制標準：①對教學樓、社區(qū)衛(wèi)生站、居民樓房、便民服務中心樓房，按V≤1.0 cm/s；②對古摩崖石刻、古戲臺，按V≤0.5 cm/s。

2.4爆破效果

按上述爆破參數(shù)進行施工，采用耦合連續(xù)裝藥結構，孔口壓沙(土)袋，再在其上覆蓋專用炮被，爆破時最遠個別飛石距離不超過20 m。

經(jīng)各方緊密配合，采用環(huán)保的收塵式液壓鉆機鑿孔，12萬m3巖石在50 d內完成了爆破作業(yè)，爆破有害效應均控制在允許范圍內。

爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。本工程地質條件下K與α取值與測試數(shù)據(jù)基本吻合，實際爆破振動速度均在本設計允許范圍內。

表2 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 裝藥結構不同的爆破飛石距離對比

(1)本文在單耗、孔徑、排距及防護方式相同的情況下，分別采用耦合和不耦合兩種裝藥結構對比裝藥系數(shù)K，如表3所示。

表3 耦合裝藥與不耦合裝藥結構的裝藥系數(shù)

(2)通過對兩種裝藥結構爆破產生的飛石距離測量，耦合裝藥結構爆破飛石距離最遠均不超過20 m，不耦合裝藥結構爆破飛石距離最遠達80 m。說明不耦合裝藥結構爆破產生的飛石距離遠大于耦合裝藥，這主要是在單孔裝藥量相同的情況下，耦合裝藥結構的裝藥長度明顯減小，而填塞長度則增加，這是耦合裝藥爆破飛石距離比較小的根本原因，如表4所示。

表4 爆破飛石距離對比

4 結論

(1)在城市內堅硬巖石采用大孔徑淺孔控制爆破，不同孔徑及不同孔深與裝藥系數(shù)K存在合理的比例關系；為了有效減小飛石距離，隨著孔徑的增加或孔深減小，裝藥系數(shù)應隨之減小。

(2)耦合裝藥結構在保證單孔裝藥量的同時有效增加了填塞長度，可有效減少飛石距離。

(3)大孔徑淺孔爆破法可大幅度提高工作效率，縮短工期，節(jié)約成本，同時還能改善工作條件，減少勞動強度，減少環(huán)境污染。

(4)對于其他大直徑炮孔，在今后的實踐中應進一步試驗，優(yōu)化爆破參數(shù)，擴大應用范圍。