緊鄰居民區大體積土石方控制爆破技術與研究

王 超

（1.西安建筑科技大學土木學院，陜西西安710055；2.中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，浙江溫州325006）

1 概述

隨著我國經濟的飛速發展，基礎建設的步伐也得到了大力發展。鐵路線路和公路線路建設中會經常遇到大體積土石方的爆破施工，對于大體積土石方爆破技術尤其在居民區附近的爆破多采用微差爆破技術和爆破飛石防護。對于微差爆破李宏男等[1]通過理論研究及現場測試得出了減震效果最好的間隔時間。爆破飛石是在工程爆破作業過程中炸藥釋放出來的能量將砂石、泥土、雜物等物質從作業點或作業面拋擲到空中或地面的一種爆破危害，主要體現在對既有建(構)筑物損壞、人員傷亡和機械設備損毀等方面[2]。在居民聚集區進行大方量的路基土石方施工，這些危險系數更高，合理安全的人員撤離和防護措施就顯得尤為重要。本文結合實際工程，進行了微差爆破的單段最大裝藥量和飛石安全距離的理論計算，同時也對安全防護提出了一些措施，這些研究保證了本次工程安全順利完成，也為今后類似工程有著重要的借鑒意義。

2 工程概況

本工程獅子嶺隧道出口至雙岙橋路基段（DK182+440～DK182+550）位于浙江省溫州市鹿城區雙嶼鎮雙岙村境內，該段路基全長100m，橫向約65m，爆破巖石方量約6.1×104m3，后因市政規劃等問題進行了設計變更，最終增加爆破巖石方量約18×104m3，需增加炸藥用量130t，雷管用量約5.5萬發。因此，本土石方爆破工程量約24.1×104m3。本段巖石堅硬完整，其周圍施工環境復雜，東面距最近民房約16m，東南面距最近民房約26m、距信號塔約53m；南面距最近廠房約16m、距最近民房約19m、距動力線約45m、距廠房約92m；西面距500kV高壓線路約102m、距500kV高壓塔基約240m；西緊鄰廢棄民房；西北面距臨時存放點約98m、距配電房及線路約108m；北面距臨時房約18m、工棚約26m；東北面距最近民房約29m、距變壓器約60m，如圖1所示。

圖1 爆破工點建筑環境示意圖

3 爆破設計方案

該爆破工程區域人口密集，工廠、民房三面環繞爆破區域，周圍環境作業條件十分復雜。為有效控制爆破作業帶來的危害，起初該路基段開挖采用淺眼松動微差控制爆破技術，但由于效率較低，無法滿足工期要求，后改變施工方法，即采用淺眼松動和中深孔松動微差控制爆破相結合的爆破施工方法，具體如下：

（1）路基爆破點距最近雙岙村民房、廠房為16m，在距雙岙村民房、廠房43m范圍以內爆破時，明挖爆破采用淺孔松動微差控制爆破方法，開挖臺階高度控制在2～5m，炮孔深度控制在2.5～5m；

（2）在距雙岙村民房43m范圍以外，路基開挖采用中深孔松動微差控制爆破施工方法，開挖臺階高度控制在6～10m，炮孔深度控制在7～11m。

4 爆破安全控制

為了確保本次土石方爆破施工方案的萬無一失、確保不延誤施工工期，避免施工擾民的發生。對爆破施工中的控制指標進行了分析計算，以此判斷本次土石方爆破施工方案的合理性和安全性。

4.1 爆破震動安全控制

根據《爆破安全規程》[3]中介紹的爆破計算公式，即薩道夫斯基計算公式，式(1):

式中：Q——最大一段的裝藥量，kg；

R——距爆源中心的距離，m；

K——與介質特性、爆破方式及其它因素有關系數，取180；

V——非抗震性鋼筋混凝土框架房屋允許振速，取3cm/s；

α——地震衰減指數，取1.8。

經計算，表1列出了不同距離的單段最大裝藥量，由表1可知，本工程土石方爆破點距最近雙岙村民房、廠房為16m，在距雙岙村民房、廠房26m范圍以內爆破時，明挖爆破采用淺孔松動微差控制爆破方法，開挖臺階高度控制在2m，炮孔深度控制在2.5m，最大段單響藥量為1.43kg；在距雙岙村民房26～43m范圍內，明挖爆破采用淺孔松動微差控制爆破方法，最大段單響藥量為4.82kg，在距雙岙村民房43m范圍以外，路基開挖采用中深孔松動微差控制爆破施工方法，采用1孔一響最大段單響藥量為26.25kg。本次土石方爆破工程應嚴格按照表1中的計算數據進行每次爆破總藥量設計，爆破采用微差爆破技術，爆破振速可控在2cm/s以下，因此，土石方爆破施工的振動不會對民房、廠房造成破壞性的影響。

表1 不同距離的最大單段的裝藥量值對照表

4.2 爆破飛石控制

在露天爆破過程中，除了控制爆破振動速度外，爆破飛石對周圍既有建(構)筑物影響、對人民群眾的人身安全威脅也是不容忽視的。為了在控制振動速度的同時嚴防爆破飛石的危害，應對爆破飛石的安全距離進行詳細計算，并做好相應的安全措施。

爆破飛石安全距離：根據《爆破安全規程》[3]中個別飛石的飛散距離按瑞典德湯尼克[4]公式(2)進行計算：

式中：RF——個別飛石的飛散距離，m；

K——安全系數，按經驗系數一般取15～16，與爆破的地形地貌、爆破方式、堵塞長度有關的系數；

D——炮孔直徑，cm。

由式(2)得：

根據瑞典德湯尼克公式計算爆破后飛石飛行的最大距離為64m。從現場環境來看，各爆破工點進、出口和民房、廠房距離基本都小于飛石距離，為了安全起見，以爆破點為中心100m為半徑的區域內所有人員必須在爆破時撤離至100m外或安全避炮點，見圖2。

5 爆破安全防護研究

在控制爆破施工期間，除了做好安全警戒和人員撤離疏散工作外還應加強安全防護措施的設計和可操作性，確保爆破施工安全順利完成。本文結合了該工程的特殊施工環境和地理條件，提出了以下爆破安全防護措施：

(1)距路基開挖線東面5～10m處與居民區之間設置雙層防護排架，排架采用?50mm鋼管搭設，排距0.5m，步距0.5m。內外側掛設竹排，與排架采用鐵絲連接，防護欄高度為6～8m，長度為150m，防護排架豎向鋼管與地面剛性連接并增加鋼管斜撐加固，確保排架的穩定性，如圖3所示。建議施工過程中加強排查,及時發現問題及時整改。

圖2 土石方爆破安全警戒平面示意圖

圖3 防護排架示意圖

(2)炮孔全面覆蓋防護：第一步采用沙袋對每個爆破孔進行覆蓋，第二步在爆破區域上方整體鋪設竹籬笆或重型炮被，鋪設完畢后，第三步在竹籬笆或炮被上方再設置一層沙袋。設置完成后最上方鋪設雙層安全防護網，如圖4所示。

圖4 炮孔全面覆蓋防護示意圖

6 結論

根據本文的理論計算和實踐證明大體積土石方爆破可以通過以下幾點確保爆破施工安全順利完成：

(1)對于軟弱夾層采用鎬頭機破碎開挖，不實施爆破，防止過大震動對不良地層產生影響；

(2)石方爆破開始前，對周圍建筑物進行詳細調查，并依據其結構特征和國家標準給出各自的爆破振動安全允許值，并進行嚴格的單段最大裝藥量的理論計算，并根據監測數據進行實時調整；

(3)提出了一種操作簡單、安全可行的防飛石防護結構。

[1] 李宏男.爆破地震效應若干問題的探討[J].爆炸與沖擊，1996.

[2] 熊炎飛，董正才，等.爆破飛石飛散距離計算公式淺析[J].工程爆破，2009.

[3] GB6722-2011爆破安全規程[S].中國標準出版社,2011.

[4] 單旭輝，姚孟發.控制性爆破安全施工技術應用分析[J].南水北調與水利科技，2007.