中深孔微差松動爆破技術在油罐基坑開挖中應用

祁坤

摘要：新建油罐緊臨既有油罐、庫房，經理部采用中、深孔爆破與松動爆破技術，并做了大量的探索和嘗試，保證了既有油罐和庫房的安全。

關鍵詞：中深孔 微差 松動爆破 基坑

1 工程概況

①工程概況。本工程位于安徽省蕪湖市境內，單個罐體為10000m3覆土油罐。油罐高21.96m，凈寬30m，罐體基坑最小開挖半徑33m，邊坡坡率1：0.5，單個罐體開挖施工面達1900m2，最大開挖高度29m，平均開挖高度15m。②地質條件。該工程巖石為石英巖和石灰巖，巖石硬度較大，普氏系數8-10，爆破程度良好，地形起伏較大，表面巖石節理裂隙較發育，局部有孤石出露，夾有少許的粘土。③工程環境。爆破范圍為3#～7#罐，3#罐區南100m左右有廢棄的老罐區，東面有空置倉庫；4#罐區東面有2臺315KVA變壓器，7#罐區東北角70m左右有既有油罐透氣管。且罐區位于雷電高發區。

2 方案設計

本次爆破環境復雜，工期緊張，爆破方案要求解決以下問題：①要嚴格控制爆破地震波、爆破沖擊波、爆破飛石等有害爆破效應，避免對周圍設施造成破壞，保證爆破施工安全和人身安全。②降低大塊率，便于挖掘和鏟裝，加快工程進度，滿足工期要求。根據以上要求，經方案比選，爆破方案設計如下：①臺階高度為6-10m，每個罐體共分三次開挖。操作間、管線、溝槽與基坑同步開挖，作為出碴通道，同時作為主體掏槽臨空面。②采用中深孔爆破與松動爆破相結合的方法，嚴格控制爆破產生的飛石。③采用微差爆破技術和間隔裝藥，最大限度減少單段最大藥量，來降低爆破振動危害和降低大塊率。④采用非電導爆管網路，以減少雜散電流的影響。炮眼布置如圖1所示。

3 中、深孔微差松動爆破機理分析

利用二個段別的非電毫秒雷管，構成任意排數孔外或孔內外延期的相結合的塑料導爆管微差起爆網路。前排孔爆破對周圍巖體造成的應力波還未徹底消散就連續實施后排孔爆破，前后兩次爆破所造成的應力波相互疊加，破巖作業十分明顯。前排孔氣爆后，巖石在飛落的過程中后排孔氣爆，巖石正好沿著剛剛形成的自由面方向飛落，兩次爆破飛落的巖石在無規律運動時相互碰撞、擠壓，充分破碎。

①自由面與最小抵抗線原理與巖石相互碰撞作用。前排空爆破會使巖體產生裂隙或漏斗，這恰好成為后排孔爆破的先決條件，有利于后排空爆破應力波的反射拉伸，使巖體充分碎裂。爆破時，最小抵抗線方向會產生變化，增加了巖塊飛落時相互碰撞的機會，大幅度提高破碎效果。②爆轟氣體的預應力作用。首次爆破所用藥包的爆轟氣體能使巖體內產生準靜壓應力場，并對應力波所形成的裂隙起到膨脹作用和楔子作用；第二次爆破所用藥包除了可產生準靜壓應力場，還充分利用了分布于巖石內部的預應力場，大大提高了破巖效果。③應力波的疊加作用。首次爆破所用藥包會使巖體內產生應力場，應力作用還未徹底消散就實施二次爆破，兩次施爆所產生的應力波疊加作用，破巖效果十分顯著。④地震波主震相的錯開和地震波的干擾作用。合理設計微差間隔時間，使兩次爆破所形成地震能量在時間和空間上錯開，尤其要避開地震波的主震相，從而有效規避地震效應帶來的副作用。

4 爆破參數的選取

4.1 炮眼布置 ①臺階高度H。當鉆孔直徑d=90mm已確定，根據現場情況取H=10m。②底盤抵抗線W底。W底=（0.6～0.9）H，取W底=7.5m。③炮孔間距a和排距b。炮孔布置以小排距、大孔距為原則，采用三角形布置，相臨3個炮孔組成等邊三角形。a=W/sin60°=3m b=W=2.5m。④炮孔超鉆h。根據巖石弱硬情況而定，h=（0.15-0.35）W，為保證臺階的平整，取h=0.5m。⑤炮孔深度L：部分炮孔為傾斜孔，因此炮孔深度L=H/sinα+h=10/sin63°+0.5≈11.7m。⑥堵塞長度L1。在要求不產生飛石情況下取30～40倍的鉆孔直徑。為加強堵塞，這里取L1=3m。

4.2 裝藥量 在深孔爆破中，單位耗藥量q值一般根據巖石的堅固性、炸藥的種類、施工技術和自由面數量等因素綜合確定。根據現場地質狀況、爆區周邊環境和類似工程經驗，本工程炸藥單耗量設計：強風化巖石取0.20kg/m3，中風化巖石取0.3kg/m3，根據試爆確定參數。

本工程第一排炮孔每孔裝藥量按下列公式計算：

Q=0.33qaW底H

式中：Q——每孔裝藥量，kg；q——單位炸藥耗藥量，kg/m3；

第二排孔起各排孔的裝藥量按下列公式計算：

Q=kqabH

式中：k——考慮受前面各排孔的巖石阻力作用的裝藥量增加系數，取1.1；

則

首排孔單孔裝藥量Q：

Q=0.33qaWH =0.33×0.3×3×2.5×10=22.3kg

第二排起每孔裝藥量Q

Q=kqabH=1.1×0.3×3×2.5×10=24.75kg，取24kg。

4.3 裝藥結構 采用人工裝藥，使用藥徑70mm的巖石乳化炸藥不耦合裝藥，不耦合系數=炮孔直徑/藥卷直徑=90mm/70mm=1.29。

為減少一次齊爆藥量，當孔深L在9m以上時采用兩層間隔裝藥（圖2），下層裝4/5Q，上層裝1/5Q，中間用炮泥填充；對于孔深L在9m以下的炮孔采用連續裝藥（圖3）。

為保證爆破效果及產生飛石，炮孔采用炮泥加強堵塞。炮泥是用巖粉和砂混合而制成的，堵塞的長度不小于W，并在炮孔上加壓沙袋。

4.4 起爆網絡 由于工程工期緊，且爆破期間為多雷雨季節，故選擇非電導爆管起爆。采用串聯式非電導爆管網路，配合微差爆破減小一次齊爆藥量。網路連結和孔眼布置如圖4。

5 爆破效果與分析

采用深孔松動爆破，確保了爆破的安全性，相對于其它方法縮短了工期，降低了成本，經濟效益顯著。通過此工程爆破分析，得出深孔松動爆破技術有以下幾個優點：①爆落巖塊均勻，爆堆集中，可以根據施工要求通過改變孔網參數來控制巖塊大小，有利于機械化綜合施工，生產效率高。②一次爆破方量大，提高了勞動效率，單位耗藥量較小，降低了炸藥的使用量，經濟效益顯著。③爆破過程中飛石控制在30m以內，無飛石過遠現象。④配合微差爆破技術，能提高延米方量，提高能量利用率并減小爆破地震作用。⑤炸藥消耗：總計炸藥總量為24960kg，爆破石方接近10萬方，平均每方消耗炸藥量為0.25kg/m3。

6 結束語

由于采用中深孔松動爆破技術進行施工，在罐區復雜的環境下，保證了安全，快速地完成了施工任務，積累了寶貴的經驗，可為以后類似工程的施工提供有益的參考。

參考文獻：

[1]爆破安全規程（GB6722-2003）.

[2]劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業出版社，1999.

[3]張立.爆破器材性能與爆炸效應測試[M].合肥：中國科學技術出版社，2006.

[4]郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術大全[M].北京：光明日報出版社，2002.

[5]郭學彬，張繼春，劉泉，等.微差爆破的波形疊加作用分析[J].爆破，2006，23（2）：4-8.