土石方工程中防止爆破飛石控制的技術措施

具書宇 馮海鵬 王澤剛

(中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124)

爆破飛石是指在爆破作業過程中從爆破點拋擲到空中或沿地面拋擲的雜物、泥土、砂石等物質［1］。選擇合適的臨空面(作業區)、最小抵抗線、單耗、鉆孔傾角、連接網絡形式、堵塞長度、堵塞質量過程控制、聯網檢查、覆蓋等措施，可有效降低或避免爆破意外事件的發生。

但由于現場地質條件變化和炮孔數量較多堵塞質量難以保證，以及實際操作與爆破設計有出入等原因，仍有個別飛石超過計算安全距離或飛石逸出砸破建筑物和設備情況出現［2］。

本文是通過對內陸某重點項目大型土石方場平工程爆破控制技術管理，結合獲得的爆破飛石控制的若干經驗，同時滿足合理生產效率和安全防護要求的前提下，就產生飛石的原因和技術控制手段以及防護措施等方面進行探討，為后續類似大型土石方項目爆破設計和飛石控制技術措施提供有益的參考。

1 工程項目概況

1.1 工程經濟技術指標

本項目建設規劃規模為4臺機組，設計功率1239 MWE，本工程設計將一次規劃、連續建設方式進行施工。其一期工程建設2臺機組。單臺機組的建造周期為52個月、設計壽命60年，項目總投資約610億元人民幣，而項目建成后每年可發電800億kW·h。

1.2 施工現場位置簡介

內陸某電廠項目廠址位于某水庫中段北岸獅子巖上，地理坐標為東經114°41'00″、北緯29°40'50″。廠址區為低丘地貌區。最高丘頂標高為180.8 m，山脊呈長壟狀，走向為北東—南西向，如圖1所示。

1.3 周邊環境介紹

圖1 廠址總平面布置圖及周邊社會環境

本電廠廠址三面環山、一側臨水，并緊鄰四個行政村和縣扶貧辦柑桔場。其廠址中心距離大部分在2 km以內，而5 km以內有一個鄉鎮和村莊，而工程建設期間需征地2338畝，臨時租地910畝，需移民386戶、1413人。

本工程廠址周圍密布果園和林地以及農田，在建設前期因道路交通、廠區圍欄等均未建立，且廠址北側布置有混凝土攪拌站及砂石系統，而山腳下布置有沿延綿數千米的臨時供水管線等設施，對前期清表作業和爆破施工管理帶來了不少困擾。

在過去的兩年施工期間，現場需不斷開展爆破安全防護的周邊關系協調工作，以推動工程順利開展。現場主要推動解決征租地、施工過界賠償、爆破震動對周邊居民影響等問題。而現場施工推進中也能得到當地政府和百姓的理解和支持，各項工程開展較為順利。

1.4 廠址場平工程簡介

本工程場平開挖方量約為2111萬m3，擬定開挖所得土石方全部用去廠區、施工區、廠區邊坡和施工道路回填，回填量為2559萬m3，挖方量乘以最終松散系數1.15，并考慮四臺機組負挖余土，填挖基本平衡。場地平整根據工程分期實施的先后關系和各功能區用途，劃分為八個場地平整區域，即:場平一區至場平八區，另設土石方動態平衡區，具體區域劃分如圖1所示。

2 地質條件

2.1 地層概況

內陸某項目廠址主要出露上白堊統～第三系地層及其上覆第四系土層，其周邊還出露有寒武系、侏羅系、志留系和第四系地層。

2.2 不良地質作用

巖溶為廠址內的主要不良地質作用，主要發育于灰質礫巖中。根據工程地質測繪，測區內淺表層巖溶發育，主要的巖溶形式為溶溝、溶槽、溶蝕洼地、落水洞、巖溶泉等，如圖2所示。

2.3 現場地質揭露

現場臨邊區域已形成多層次的開挖平臺，最低已開挖至87.8 m(場平標高為88 m)，從現場開挖過程中地質揭露，頂部為粘土夾雜塊石覆蓋物，再向下挖土夾石、大孤石現象比較嚴重(見圖3)，現階段石夾泥、大孤石現象突出。

圖2 98 m～110 m梯段地質情況

圖3 88 m～98 m臨邊孤石群

3 爆破飛石控制距離計算及爆破設計

爆破飛石的飛散距離受地形、風向和風力、堵塞質量、爆破參數等影響;爆破飛石的安全距離應根據硐室爆破、非拋擲爆破、拋擲爆破等情況分別考慮［3］。

3.1 個別飛散物安全允許距離

《爆破安全規程》［4］要求的規定見表1。

表1 爆破個別飛散物對人員的安全允許距離［4］

3.2 爆破飛石的安全距離

硐室爆破飛石飛散距離經驗［4］公式如下:

R=20Kn2W。

其中，Rf為爆破飛石安全距離，m;K為安全系數，與地形、風向等因素有關，一般取Kf=1.0～1.5;n為爆破作用指數;W為最小抵抗線，m。

場平工程爆破開挖施工中，應逐個藥包進行計算，選取最大值為個別飛散物安全距離，并根據現場實際條件均選擇合理的爆破參數，并采取有效的防護措施，較好的控制了爆破飛石對周邊設施的影響。

3.3 個別飛散物安全允許距離的控制

在場平施工進入臨邊區域時，與北側設備區(標高62 m)形成巨大的落差，其最大落差為76 m，最小落差為26 m(場平標高88 m)，如圖4所示。根據《規程》要求沿山坡爆破時，下坡方向的個別飛散物安全允許距離應增大50%，如圖5所示。

圖4 138 m炮區（落差76 m）

圖5 118 m炮區（落差56 m）

4 爆破飛石產生的原因

1)裝藥孔口堵塞質量較差、堵塞長度偏大或偏小時，使爆破后的破碎體和拋擲方向朝向孔口。

2)慎重對待斷層、軟弱帶、張開裂隙、成組發育的節理、溶洞、采空區、覆蓋層等地質構造，其巖體不均勻，爆破能量沿軟弱夾層、斷層、巖溶空洞等地質構造面溢出，在這些軟弱部位產生飛石。需采取間隔堵塞，調整藥量，避免過量裝藥等措施［5］。

3)嚴格測量驗收(梯段高度)，避免單耗失控，是控制飛石危害的基礎工作。

4)局部抵抗線太小，也會沿著該方向產生飛石。

5)因前排帶炮(后沖)，造成后排最小抵抗線大小與方向失控。

5 爆破飛石的控制與防護

5.1 加強技術控制

優化爆破參數、慎重選擇孔位、提高堵塞質量、裝藥時注意雷管段別、采用適宜的炸藥和裝藥結構等方面措施進行技術控制。

5.2 加強防護措施

采取了部分措施后，雖可對爆破飛石起到一定的控制作用，但不可能完全杜絕飛石，因此，在某些情況下還必須采取防護措施。防護措施可分為以下兩種類型。

5.2.1 主動防護

主要是用沙袋和柔韌性、彈性較好的材料(如:荊笆、竹笆、草袋、編織袋、草墊、舊膠帶、舊車胎、金屬網、鋼骨架式的鋼筋籠等)多層覆蓋或滿布炮孔區上方或側面(需注意清除覆蓋材料上及炮孔口石子等雜物)，有效攔阻爆破飛石的產生和逸出。故宜采用透氣較好的輕型防護材料另加壓重防護［6］，如圖6，圖7所示。

圖6 爆破覆蓋防護典型示意圖

5.2.2 被動防護

在爆破警戒范圍內可移動的設備，如:汽車、吊車、天泵、商品混凝土運輸車、挖掘機等，在警戒時間段內必須撤離警戒區外;但爆區周邊飛石飛散距離以內存在重要設施或不可移動的設備，如:皮帶機、電機、計量磅等必須采用鋼管架敷設竹跳板等被動防護措施。

圖7 爆破區域實施四層覆蓋主動防護

6 討論

1)根據現場實際地形揭露狀況，應采用“密集性布孔，增加炸藥單耗，采用控制爆破技術，降低堵塞深度，選取合理的雷管段別”等措施。

該措施對爆破震動和飛石控制有明顯的效果，但額外增加施工工序及設備、人工投入，效益低下，甚至可能影響其他作業區域的正常生產，因此，在實際操作中遇到了各方面的較大阻力。

2)在現場爆破覆蓋施工過程中，時常發生覆蓋材料移動或人員走動對爆破網絡連接產生不利的影響，可能最終導致盲炮的出現。因此，在覆蓋過程中對炮孔周邊、導爆索和導爆管進行適當的保護，避免對網絡連接失效或人為的破壞造成的爆破安全隱患出現。

3)爆區周邊的被動防護區域，若不涉及人員安全(爆破區域已完全隔離)，可適當采取選擇性的主動防護措施。如:道路、雨棚、倉庫等臨時設施或防護面較大的建筑物區域，采取主動防護措施的投入較大，其防護效果并不一定很好。

可根據爆破區域周邊環境條件，適當取舍部分被動防護措施。引起的設施或建筑物的損壞部分，可在爆破結束后進行集中修復。但其前提必須是爆區警戒范圍合理設置和人員清場、道路的防護與交通管制后，方可有條件選擇部分被動防護措施的實施。

4)對于孤石群的爆破作業很難實施主動防護措施;由于爆破孤石分散、孔位較多，實際覆蓋難度大等原因很難實施具體防護措施。特殊條件下的孤石爆破可采取防護棚形式進行飛石防護。

5)有交通干擾或不間斷通行壓力的作業區域將很難以實施主動防護時應采取被動防護，需采取相對經濟、可行的被動防護系統，即采用剛性骨架結合柔性、彈性面層材料遮擋覆蓋防護體，如圖8所示。

6)周邊近距離有建筑物或交通設施的爆破區域，對既有設施或需要控制山體滾石的爆破區域(爆破區域面積大，無法全部實施，可分階段實施或選擇性實施防護網)，必要時在爆破區域用鋼結構框架配合柔性防護網(鐵絲網)加竹夾板等措施進行封閉式防護，達到飛散物的攔截和初始速度的降低的作用，如圖9所示。

圖8 腳手架防護屏障

圖9 防護棚（鋼架、鐵絲網、草墊、竹排）

7 結語

本工程爆破作業期間，在進行了嚴格的爆破區域的主動防護以后，爆破時在附近隨機安排幾次全程進行觀察，均未發現有大量飛石的逸出。在爆后觀察爆破區域的防護結構，鐵絲網覆蓋攔截效果明顯，局部風化砂袋和竹跳板有翻動現象。但對周圍設施、設備沒有遭到飛石破壞，爆破覆蓋效果達到了預期的目的。

鑒于本工程的臨邊石夾土區域爆破和收尾施工中優化爆破參數，大面積采取主動防護措施后，在幾次爆破試驗效果表明，整體防護效果良好。且爆破區域周邊均為臨時設施，工程實踐證明:爆破施工期間并未產生重大的設施破壞或人員財產損失。

因此，經慎重考慮后決策為:僅采取了有限的選擇性被動防護措施，至于爆破期間破損的臨時設施，在整個土石方爆破工程完全結束后，另行安排了相關修復工作，整體實施結果較為經濟實用。通過對爆破作業的技術控制和科學管理，降低不良地質條件對爆破施工的不利影響，確保場平土石方工程的爆破施工安全、質量、進度等各項目標的順利實現，為后續類似大型土石方項目爆破設計和飛石控制技術措施提供有益的參考。

［1］任 翔，韋愛勇.爆破飛石的控制與防護［J］.采礦技術，2005(1)：46-47.

［2］楊寶全，盧 琦.控制爆破產生飛石的原因及其防治［J］.采礦技術，2003(4)：97-99.

［3］高文樂，畢衛國，張金泉，等.爆破飛石致人死亡案例分析［J］.爆破，2002(3)：7-10.

［4］GB 6722-2003，爆破安全規程［S］.

［5］張志呈.爆破原理與設計［M］.重慶：重慶大學出版社，1992.

［6］鄒文明.孤石爆破飛石控制與防護［J］.西部探礦工程，2002(S1)：37-38.水利水電技術，2002(5)：10-11.