某隧道口明方爆破施工技術

鄭衛平

(山西省公路局晉中分局，山西晉中 030700)

0 引言

所謂爆破，就是利用炸藥爆炸的能量破壞某種物體的原結構，并實現不同工程目的所采取的藥包布置和起爆方法的一種工程技術。這種技術涉及到數學、力學、物理學、化學和材料動力學、工程地質學等多種學科。通過這次工程實例，科學驗證了爆破理論技術，為日后隧道明方爆破施工提供了實踐參考。

1 施工方案的確定

根據某工程現場實際情況，并結合以往類似工程施工經驗，擬采用淺孔臺階控制爆破法施工為主，施工時應自上而下分臺階進行，隧道洞臉處應預留80 cm的保護層，用光面爆破進行施工，以確保邊坡及隧道洞臉平整、穩定。依據爆破安全規程規定，本工程需要控制的主要有飛石，控制爆破個別飛石對民房、過往人員、車輛的危害為該段施工的重點，控制危害方法主要有選擇合理的單耗、合理的爆破網絡、最小抵抗線方向不能朝向民房及其他建筑物。

根據薩道夫斯基控制爆破震動速度公式:

反向推導一次齊爆最大裝藥量公式:

其中，V為允許最大振動速度，cm/s，本工程最近建筑物為民房(磚房)，根據表1分別取值計算;K，α均為與地質地形有關的系數，本次爆破K=200，α=1.8;K'為分散裝藥衰減系數，K'取1;R為最大一段齊爆藥量的幾何分布中心到鄰近被保護物的距離，m。

從現場來看，附近建筑距爆區民房為250 m(見表1)。

根據表1計算結果表明，個別飛石對民房、過往人員、車輛的危害為本次爆破影響的主要防護對象，采用淺孔臺階控制爆破是可以符合安全規程要求的，但淺孔爆破要嚴格按表1控制一次齊爆爆破藥量，合理設計臺階高度及孔網參數(見表2)。

為了確保施工的安全，最大限度地發揮自有技術優勢，應選定合理的爆破方式、起爆方法、施工組織措施，因此特制定整體方案要點如下:

1)爆破施工通過優化爆破技術參數，合理選擇起爆網絡、起爆方向、積極主動地采用綜合性安全防護措施、科學地進行施工組織設計，杜絕飛石對過往行人、車輛的危害。

表1 不同距離時的安全允許裝藥量表

表2 爆區不同巖性的K，α值

2)爆后要達到成型邊坡內側巖石松散度、粒徑滿足挖運、刷坡施工需求。

3)爆破有害效應要控制在安全允許的范圍之內，確保其他設施的安全。

4)由專人負責指揮挖裝施工組織，爆破、挖裝、刷坡等工作確定在白天視線較好的條件下進行，早上6:00～下午18:00。并在距爆區兩端500 m范圍內設置醒目的警示標牌提醒駕駛人員注意前方施工和利用傳單、海報進行施工公告。

5)組織人員成立應急清障排險小組，隨現場施工進展情況配備的防護警示背心和鐵鏟、撬棍、鏟車、挖掘機等工具及設備隨時準備聽從指揮進行應急排險工作。

2 淺孔臺階控制爆破參數

1)鉆孔直徑D:D=42 mm。

2)底盤抵抗線 W1:W1=(25～30)D 或 W1=(0.4～1.0)H。

3)臺階高度H:根據現場情況選取。

4)孔間距 a:a=m1W1=(1.0 ～1.5)W1。

5)排間距 b:b=(0.8 ～1)a。

6)超深 Δh:Δh=(0.15 ～0.35)W1。

7)單耗q:根據地質條件取q=0.3 kg/m3。

8)單孔裝藥量Q:Q前=qaW1H，Q后=qabH。

9)裝藥長度L1:L1=Q/qx，qx為炮孔裝藥線密度，qx=1 kg/m。

10)填塞長度 L2:L2=L － L1，應滿足 L2≥1.2W1。

11)根據現場爆破效果再對孔距、排距、單耗做適當的調整。

按不同臺階高度計算得到淺孔臺階爆破參數見表3。

表3 淺孔臺階爆破參數表(D=40 mm，q=0.30 kg/m3)

12)布孔方式:梅花形布孔(見圖1)。

圖1 炮孔布置示意圖

13)裝藥結構:線性連續裝藥(見圖2)。

圖2 裝藥結構示意圖

14)起爆方式:非電毫秒微差起爆，每個炮孔內裝2個起爆藥包。非電毫秒雷管孔和(或)孔外延時，導爆管四通和毫秒雷管復式連接(見圖3)。

15)起爆網絡:為確保起爆網絡的安全傳爆、改善爆破質量、減少爆破危害、方便施工操作，結合我公司成熟的施工技術和經驗，本工程的爆破起爆網絡擬采用復式微差起爆網絡，起爆網絡采用塑料導爆管和四通連接，起爆器起爆。為控制爆破有害效應，一次爆破最大裝藥量為150 kg。

為了確保起爆網絡設計與現場施工的有效銜接，方便爆破施工，避免雷管的分發錯誤，采取了標識措施。對每個孔都用竹片進行標識，標明孔號、孔深、雷管段位。

圖3 淺孔臺階爆破起爆網絡圖

3 邊坡及隧道洞臉光面爆破設計

針對邊坡及隧道洞臉的巖石情況初次選用如下爆破參數，在施工中可按照選定的參數總結每次爆破效果，測量半孔率和輪廓不平整度，不斷調整光爆參數:

孔深 L=3.2 m。

光爆孔間距a=(15～10)d=(15～10)×43 mm=645 mm～430 mm，取 a=600 mm。

單孔裝藥量:

其中，η 為炮孔裝藥系數，η =0.7;L為孔深，L=3.2 m;r為每米長度炸藥量，r=0.4 kg/m。

經計算 Q1=0.89 kg，取 0.9 kg。

光面爆破炮孔布置及裝藥圖見圖4。

圖4 光面爆破炮孔布置及裝藥圖

4 爆破飛石的計算與防護

4.1 爆破飛石

根據爆破飛石距離RFmax計算公式:

其中，RFmax為飛石的飛散距離，m;Kφ為安全系數，取15～16;D為藥孔直徑，取4.2 cm。

4.2 爆破飛石防護措施

從現場看，飛石距離大于建筑物安全距離，需對個別飛石進行防護，防護措施如下:

1)嚴格按設計進行施工;2)孔口進行覆蓋防護(覆蓋砂包、柴禾或稻草、毛竹片、鋼絲網等);3)保證堵塞長度和堵塞質量;4)合理調整自由面，控制飛石方向;5)必要時需對周邊變壓器、民房等采取防護措施，具體為在變壓器、民房朝向爆破區方向搭設鋼管排架，排架上掛兩層毛竹排(見圖5)。

5 土石方明挖安全措施

1)土石方明挖爆破時，要做好標志、警戒、信號等工作，規定放炮時間，注意炮眼布置，炮口方向和裝藥量防止飛石傷人及毀壞附近建筑物。

2)削坡工作要自上而下進行，嚴禁上、下同時作業，及時做好浮石清理，施工人員做到身系安全繩，頭戴安全帽。

3)加強對來往行人的指揮，盡量減少運碴與行人之間的干擾。

圖5 防護示意圖

4)無關人員嚴禁進入施工現場。

5)施工人員必須按要求穿戴好勞動保護用品。

6)爆破30 min前，做好疏散附近村民到指定的安全區域工作，保證爆破區200 m范圍內民房中無人，爆破后及時組織察看附近民房情況，確保附近村民的人身安全。

7)多鉆孔，少裝藥，小方量爆破，盡量減少爆破震動波對住房、村民的影響。

8)在隧道進出口處布設一道高10 m的鋼管防護排架，搭設時保證防護架牢固、安全，以防止爆破產生的飛石外溢傷人傷物。

9)在控制爆破路段爆破施工時，應在爆破體上鋪蓋草墊(干或濕均可)或草袋(內裝少量砂、石)作頭道防線，再在草墊(或草袋)上鋪放膠管簾(用長60 cm～100 cm的膠管編成)或膠皮墊(用長1.5 m的輸送機廢皮帶聯成)、荊芭，最后再用帆布棚將以上兩層整個覆蓋包裹，膠簾與帆布應用鐵絲或繩索拉住捆緊，以阻擋爆破碎塊和保護上層的帆布不被砸壞并降低聲響。

6 爆破警戒方案

根據“預防為主，安全第一”安全生產方針，做到防范于未然，現將爆破危險區劃定、樹立爆破警戒牌、派專人警戒、爆破信號等管理措施作如下規定:

1)根據爆破點的實際地形情況和國家有關爆破安全規程，準備在爆破點四周淺孔臺階控制爆破300 m、隧道爆破300 m劃定為警戒區域。

2)樹立爆破危險區警示牌。凡在警戒點和主要道路設置警戒牌，寫明爆破危險等內容。

3)爆破前派專人在爆破區警戒點警戒。在進行起爆前20 min，應派警戒人員進入警戒點，禁止人員、車輛進入警戒區內，撤離在警戒區域內的人員，并負責觀察警戒區范圍的動靜，發現情況應及時用對講機通知起爆站暫停起爆。

4)嚴格按設計要求施工，確保安全。a.嚴格按設計控制同段最大藥量，減少爆破地震;b.嚴格按設計孔網參數和爆破參數施工;c.確保鉆孔質量，保證設計的最小抵抗線;d.保證填塞長度和填塞質量，控制爆破飛石。

5)建立爆破信號系統。將爆破信號掛牌，讓全體員工及附近村民了解爆破信號，爆破信號采用移動式警報器發出，信號涵義如下:第一次信號:預告信號(起爆前15 min);第二次信號:起爆信號(起爆前1 min);第三次信號:解除警戒信號(爆破安全檢查后)。