靜態和動態爆破在工程施工中的運用

胡志龍

摘 要：K2+460-K2+680正北面為八鯉路，正南面為35KV高壓線橫穿線路，西北方向距造紙廠圍墻處不足10m，圍墻內20m范圍內有酒精生產車間及壓力容器、壓力管道等特種生產設備。圍墻內60m范圍內存有二氧化氯、甲醇、雙氧水、氯酸鈉、工業硫酸、液堿等重大危險源。考慮到上述特殊地段和特種物資、設備系統，為了施工現場和周邊的安全，需采取動態和靜態爆破相結合的施工方式。根據施工現場的實際情況，考慮到特殊地段和特種物資、設備系統的安全，采取動態和靜態爆破相結合的施工方式。

關鍵詞：靜態爆破 動態爆破 爆破原理 參數 單孔用藥量

中圖分類號：TU751.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0078-04

1 工程概況

K2+460-K2+680正北面為八鯉路，正南面為35kV高壓線橫穿線路，西北方向距造紙廠圍墻處不足10m，圍墻內20m范圍內有酒精生產車間及壓力容器、壓力管道等特種生產設備。圍墻內60m范圍內存有二氧化氯、甲醇、雙氧水、氯酸鈉、工業硫酸、液堿等重大危險源。考慮到上述特殊地段和特種物資、設備系統，為了施工現場和周邊的安全，需采取動態和靜態爆破相結合的施工方式。

2 爆破方案的確定

2.1 方案的選擇

爆破現場環境比較復雜，主要考慮北面八鯉路上車輛及行人的安全，南面35KV高壓電線和電桿的安全，西北面造紙廠內物資和設備的安全。此區域出露巖石的高度、大小不一，表層土已經剝離，上層巖石呈石筍狀，自由面較多，在距離電力桿線附近可采用傾斜扇形布孔控制爆破，將不規則的土石先爆破清除，形成較好的作業面，為后續施工提供便利的施工面。在K2+460-K2+680右側區段石質路塹采用光面控制爆破，在采用光面動態爆破時為了保證安全，靈活選擇爆破臨空面，控制飛石飛散方向，降低爆破風險；同時嚴格控制一次起爆藥量，減小爆破震動對保護對象的危害，提高爆破質量；K2+460-K2+600左側區段距離造紙廠較近，采用靜態爆破的方法以確保重大危險源不受破壞，保證施工生產安全。

2.2 施工順序

為確保施工安全、順利展開，從K2+460右側區域開始，依次往K2+680右側區域展開。先在K2+460位置附近尋找合適的爆破點，采用淺孔、少藥的爆破方式，以南側路基施工區域作為臨空面，依次爆破施工至K2+660區域，該施工段左側靠近造紙廠位置改用靜態爆破施工方法，依次向K2+680區域推進。為了加快施工進度，在保證安全的前提下，靜態爆破和動態爆破交替進行，其施工順序a如圖1示意：

3 爆破施工

3.1 K2+460-K2+680區段右側爆破設計—動態爆破

3.1.1 機具選型

根據工程量和巖層的結構及現狀，施工選用QN150型潛孔鉆機鉆Ф60㎜孔，二次破碎選用液壓破碎錘。裝藥采用Ф32mm的2號乳化炸藥，炸藥密度為1.05g/cm?。清渣使用挖掘機裝車，自卸車運至指定區域。

3.1.2 爆破參數

采取減少單孔炸藥量和最大段起爆炸藥量的辦法降低爆破震動效應對不利環境的影響。采用單耗控制法進行爆破參數的設計，根據中、深孔爆破及相關經驗工程，取炸藥單耗量q=0.35kg/m?，其他爆破相關爆破參數如下：

爆破參數圖：

（1）鉆孔方法、臺階高度H和超深l′的確定。

現場實地考察，選用垂直鉆孔為主和傾斜鉆孔為輔的鉆孔方法。階段工作開挖臺階高度為：H=8m，超深l=（0.15～0.35） Wo，對于軟巖取小值。根據爆破經驗公式計算簡化為如下超深計算公式：l=（0.08～0.1） H=0.64～0.8m。

（2）底盤抵抗線Wo。

Wo=（25～40）d，軟巖取大值；鉆孔、裝藥時應仔細觀察，嚴防因最小抵抗線變小和發生變化，過量裝藥或裝藥部位有軟弱面造成危害，同時最小抵抗線不得朝向保護物方向，Wo=1.5～2.4m，取Wo=1.2m。

（3）炮孔間距a和b的確定。

孔距a=mWo式中m為炮孔密集系數，m一般取0.8～1.2，根據本區域地質情況，取m=1.0，則a=1.2m；排距b=（0.8～1.0）a，則取b=1m。

（4）鉆孔深度L的確定。

按階段工作最大臺階高度H=8m計，按經驗公式簡化的超深l取0.08H。則鉆孔長度：L=1.08H=8.64m。

（5）單位體積耗藥量q的確定。

單位體積耗藥量q與巖石特性、炸藥性質、塊度有關。該地區巖石主要為石灰巖和爆破施工經驗來判斷，單位體積炸藥耗量控制在0.35kg/m3較為合適。

（6）孔邊距B的確定。

為確保鉆孔設備作業安全，炮孔中心到臺階坡頂邊有一定的安全距離，本設計B=2.0m。

（7）裝藥量的計算。

用體積原理計算。Q=q·W0·H·a =0.35×1.2×8×1.2=4.0 （kg）

（8）裝藥長度I和堵塞長度hˊ及裝藥結構的確定。

裝藥長度I與孔徑、裝藥密度有關，實際裝藥長度要小于孔深，保證足夠的堵塞長度h。一般堵塞長度h=（20～30）d，取1.5m（d為炮孔直徑）。為了提高堵塞的質量，對堵孔的炮泥按土：砂：水=5：4：1的要求進行拌合，做到剛好能捏成團為宜。裝藥結構采用連續裝藥或在巖體破碎帶與斷層節理發育的交匯處采用分段裝藥，可以減少爆破能量的泄漏。

延期時間

S=50毫秒，分別采用1、3、5、7……段毫秒導爆管雷管。

傾斜扇形孔爆破的原則是選擇合理的爆破參數和單孔用藥量，使巖石坍塌而不飛散。根據不同的巖石高度、厚度，選擇不同的孔網參數，由爆破體積確定單孔炸藥量，參考以往的經驗結合本工程實際，爆破參數如下：

H≤13-15m

最小抵抗線W=（0.7-1.0）H炮孔深度L=（0.8-1.0）H

炮孔間距a=（0.7-1.3）L炮孔排距b=W單孔炸藥量Q=KW?

其中：H為爆破體高度（m）；K為炸藥單耗（kg/m?）；W為最小抵抗線（m）

不同的巖體高度所對應的爆破參數如下：

3.1.3 爆破網絡設計

為了有效控制爆破震動和飛石等有害效應，采用毫秒微差爆破網絡，按照不同距離及相應安全藥量分段，控制住最大一段爆破藥量，根據起爆的安全藥量孔數，孔內毫秒延時采用簇聯起爆網絡。

炮孔布設采用梅花形布孔，起爆方式采用微差擠壓起爆。這種起爆方式由于待爆體自由面前存在先期爆破堆積的部分巖碴，使得壓縮波部分能量得到反射，另一部分能量透射到先期的堆石體中，由于堆石體的存在使得應力波的作用時間增加，從而延緩了巖體中裂縫的形成，達到了巖石破碎的效果，同時又能減少飛石。另外，由于微差間隔時間的作用，從而使得拋散過程中的巖塊又有相互碰撞的機會，得到補加的破碎使得巖石塊度降低再次得到保證，從而保證爆破出的路堤填料的粒徑滿足設計要求。微差間隔時間取50ms即進行跳段連接。炮孔布設及起爆方式具體詳見圖3：

或較大的塊石采用電雷管串聯起爆網絡。

3.1.4 施工流程

⑴鉆孔。

采用QN150型潛孔鉆鉆Ф60㎜的水平孔、傾斜扇形孔以及垂直孔。

⑵驗孔。

鉆孔完成后，施工管理人員進行驗收，察看有無漏孔或者堵孔，若有漏孔或堵孔應及時補鉆，若有穿孔的，應做好標記。

⑶裝藥。

有經驗的爆破員進行裝藥，爆破前，需進行試爆，以確定合理的炸藥單耗，然后根據孤立巖石淺孔爆破方法進行合理裝藥，以利于控制好裝藥量，控制好飛石、震動等有害效應。

⑷堵塞。

為了達到對爆破產生的空氣沖擊波和噪聲的有效控制，需要在堵塞過程當中認真檢查。為了提高堵塞的質量，對堵孔的炮泥按土：砂：水=5：4：1的要求進行拌合，做到剛好能捏成團為宜，并嚴格檢查每個炮孔的堵塞長度。

⑸防護。

裝藥完成后，施工管理員進行檢查，在炮孔部位加蓋沙袋，對于對準35KV電力桿線的個別炮孔需用鐵板進行第二層覆蓋，以控制個別飛石的破壞。

⑹警戒。

裝藥區域設置警戒線或警示標志，爆破前，在爆破區域四周和通道口設置警戒崗哨，禁止無關人員入內。臨空面對準的路基一側，撤離路基施工車輛和人員到300m外的安全區域。造紙廠內危險源附近的工作人員，撤離到安全區域，以防爆破產生的地震波破壞壓力管道或壓力容器等造成危害。

⑺起爆。

在各項工作完成后，警戒到位，確認絕對安全的情況下實施起爆。

⑻檢查。

起爆完，等待15分鐘后，由爆破工進行檢查，察看有無炮堆情況，有無盲炮、殘炮等，若有應及時上報并按規定進行處理。

3.1.5 對周圍設施“六大爆破公害”的校核

由于爆破所產生的地震波、飛石、沖擊波、爆破噪聲、粉塵和有害氣體統稱為“六大爆破公害”，因此在爆破施工中，必須高度重視。為了確保爆破安全，選取多循環、小規模、小孔距的爆破方案，其特點是淺打孔、密布孔、少裝藥、強覆蓋、微差間隔起爆、層層剝離。

⑴爆破震動校核。

根據《爆破安全規范》將爆破震動速度嚴格控制在0.5cm/s，根據中華人民共和國《爆破安全規程》GB6722-2011中爆破安全震動速度V=K（Qm/R）a推導出Qmax=R3（V/K）3/α：

式中：Q—最大一段的裝藥量（齊發爆破為總裝藥量）kg；

m—藥量指數，取1/3；

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250；

V—距最近建筑（構）物允許的地面質點振動速度為≤0.5cm/s；

α—與傳播途徑、距離、地質、地形等因素有關系數，取1.6；

各點應按距離保護物的遠近合理確定一次（段）起爆最大藥量，本工程一次（段）起爆最大藥量必須控制在100kg內，嚴防爆破震動危害。

⑵爆破對沖擊波安全距離的確定。

爆破空氣沖擊波安全允許距離按公式：Rk=25×Q1/3

由以上兩個公式計算結果對比看出，爆破沖擊波影響距離稍小于爆破地震波的距離，但危害程度視建筑物的敏感程度而論。如本區域內的爆破對造紙廠內設備的危害，主要取震動波的危害為主。

⑶爆破飛石的控制。

根據瑞典德湯尼克爆破飛石的距離公式Rmax=Kq×D，其中Kq取值40，D為鉆孔直徑（單位為英寸），計算得Rmax=40×6÷2.54=95m

根據爆破安全規程規定，淺眼爆破個別飛敞物對人的最小安全距離為200m，深孔按設計不低于200m，本工程爆破時以爆區200m（未形成臺階前300m）為半徑實施警戒，區內人、畜和可移動重要保護撤離至200m外的安全地點隱蔽。另外必須嚴格做到：

①鉆爆設計合理，測量驗收嚴格，避免單耗失控；

②慎重對待斷層、軟弱帶、張開裂隙、成組發育的節理等地質構造，采取間隔堵塞，調整藥量，避免過量裝藥等措施；

③保證堵塞質量，不但要保證堵塞長度，而且要保證堵塞嚴密；

④多排爆破時要選擇合理的延遲時間，防止因前排帶炮（后沖），造成后排最小抵抗線大小與方向失控；

⑤對于臨近道路、高壓線附近的淺孔爆破，采用控制爆破方式，在起爆時用砂袋、鋼絲網和橡膠墊或車胎簾嚴密防護，確保無任何飛石拋離。詳見圖4：

⑷ 爆破噪音的控制。

通過公式進行校核Lp=20L0g（P/Po），式中：Lp—距聲源距離m；Po—基準聲壓；人的最低可聞的壓力為2×10-5N/m?；P—測點聲壓（N/m）

經計算大于75dB的噪音完全可以控制在距離聲源20m之內，由此可見現場爆破產生的噪音不會對社會環境及人體造成危害。另外，爆破時為確保人員和建筑設施的安全，嚴格采取柱狀條形藥包、良好的堵塞、反向起爆、分散裝藥、加強覆蓋等措施，使爆破產生的沖擊波和噪音危害完全控制在預設范圍之內。

3.2 K2+460-K2+600區段爆破設計—靜態爆破

由于周邊環境相當復雜，尤其是造紙廠內裝有毒有害容器較多，不容許任何破壞，常規炸藥爆破難以實施，經過多方面選擇，此區域內采用特殊爆破。本區域挖方高度達42m，工程量約10萬方，為控制成本和確保施工安全，上層15m約5萬方巖石采用乳化炸藥和雷管爆破（爆破方法同K2+460-680區段的方法），在下層15m厚度范圍內約6.5萬方巖石采用靜態爆破。上層爆破施工前，距離爆破體中間部位打一排貫穿的水平眼，間距50cm，孔徑60mm，深度為貫穿爆破山體，這樣既節約了施工成本，又有效的降低了爆破地震波和沖擊波對造紙廠的危害。其施工順序如圖5所示：

3.2.1 靜態爆破的工藝原理及特點

（1）靜態爆破原理。

人工造孔后，在靜態爆破劑的作用下使巖石漲裂、產生裂縫，再使用沖擊錘或風鎬解小、破除，達到開挖的目的。為適應工期的需要，使用質量好的 HSCA-I型靜爆劑。

靜態爆破劑的破碎機理：靜態爆破劑是以特殊硅酸鹽、氧化鈣為主要原料，配合其他有機、無機添加劑而制成的粉末狀物質，典型的化學反應式為：CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J 當氧化鈣變成氫氧化鈣時，其晶體結構發生變化，會引起晶體體積的膨脹。根據測定，在自由膨脹的前提下，反應后的體積可增長3至4倍，其表面積也增大近100倍，同時每摩爾還釋放出6.5×104J的熱量。將它注入炮孔內，這種膨脹受到孔壁的約束，壓力可上升到50Mpa，介質在這種壓力作用下會產生徑向壓縮應力和切向的拉伸應力，達到破碎效果。

（2）靜態爆破特點。

靜態爆破劑屬于非燃、非爆、無毒物品，是一種含鋁、鎂、鈣、鐵、氧、硅、磷、鈦等元素的無機鹽粉末狀破碎劑，使用時按配合比要求用水攪拌后灌入鉆孔內，經水化后，產生巨大膨脹壓力，并施加給孔壁，將巖石悄悄地破碎。 靜態爆破在破碎過程中無震動、無飛石、無噪聲、無毒、無污染。靜態爆破劑不屬于危險品，無公害，可按普通貨物進行運輸和儲存，在購買、運輸和保管中無任何限制。

3.2.2施工工藝流程

（1）工藝流程。

施工前準備→設計布孔→測量定位→鉆孔→裝藥→藥劑反應、清渣→進入下一層循環施工

（2）操作要點。

①對于巖石破碎需要了解巖石性質、節理、走向及地下水情況。鉆孔參數、鉆孔分布和破碎順序則需要根據破碎對象的實際情況確定。另外靜態破碎劑的效力和初始開裂時間，除了與原料配合比有關外，還與施工當時氣溫、水溫、水灰比、孔徑、孔距、鉆孔布置、灌漿時間和速度、操作人員的經驗等因素有很大關系。

②設計布眼。布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向應盡可能做到與臨空面平行，臨空面（自由面）越多，單位破石量越大，效果也更好。切割巖石時同一排鉆孔應盡可能保持在一個平面上。孔距與排距的大小根據巖石的硬度程度調整，硬度越大、混凝土強度越高時，孔距與排距越小，反之則大。孔距與排距布置參照下表。

為適應工期，孔距取20cm，排距取30cm。

③鉆孔。鉆孔直徑與破碎效果有直接關系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發揮效力；鉆孔太大，易沖孔。采用φ42mm鉆孔。

④鉆孔深度和裝藥深度

孤立的巖石或混凝土塊鉆孔深度為目標破碎體的80%至90%；現場勘查，發現施工段為大體積需要分步破碎的巖石，鉆孔深度可根據施工要求選擇，一般在1.0至2.0m較好。裝藥深度為孔深的100%。根據現場施工需要選擇鉆孔深度為2.0m。

⑤裝藥

將藥劑加30%的水（重量比）拌成流質狀（充分攪拌后略有余水）后，迅速倒入孔內并用略小于鉆孔的捅桿搗實捅緊，特別長的鉆孔，可多分幾段，逐段捅實。

巖石發現裂縫后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續反應，加水后效果明顯，裂縫加大。

每個爆破點采用分三小組同時灌裝的方式，每小組由主副兩名灌裝手組成。取藥攪拌時，主灌裝手負責灌裝進孔，副灌裝手負責捅緊搗實。各小組采用“同步操作，少拌勤裝”的方式。即：每組施工工人在每次操作循環過程中負責裝孔的孔數不能過多。每次拌藥量不能超過實際能夠完成的工作量。操作人員在取藥、加水、拌和、灌裝過程中應基本保持同步。這樣，可以讓每個鉆孔內的最大膨脹壓能夠基本保持同期出現，有利于巖石的破碎。

每次裝填藥劑，都要觀察確定巖石孔壁、藥劑、拌和水、攪拌桶的溫度是否符合要求。灌裝過程中，已經發燙和開始冒氣的藥劑不允許裝入孔內。從藥劑加入拌和水到灌裝結束，這個過程的時間不應該超過5分鐘；操作時應注意觀察裝填孔，發現有氣體冒出有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發生，要立即停止裝藥。

位于地下水以下的鉆孔裝藥需先將套筒插入鉆孔內，然后往套筒內裝藥，從而使藥劑發揮最大的效力。

藥劑反應時間的控制

藥劑反應的快慢與溫度有直接的關系，溫度越高，反應時間越快，反之則慢。氣溫較低，藥劑反應時間會延長，反應時間太長會給施工帶來不便。一般解決辦法是加入保溫劑和提高拌和水溫度。保溫劑加入過多，也會降低藥劑膨脹力。拌和水溫可根據實際適當提高，但最高不可超過40℃，否則可能沖孔。反應時間一般控制在30至60分鐘為較好，條件較好的施工現場可根據實際縮短反應時間，以利于施工。藥劑反應