節理裂隙發育地區小直徑深豎井爆破安全控制

羅光財，閔小鵬，陳志陽，任 斌，李昂波

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長沙 410004；2.國防科技大學指揮軍官基礎教育學院， 湖南長沙 410007)

節理裂隙發育地區小直徑深豎井爆破安全控制

羅光財1，閔小鵬1，陳志陽2，任 斌1，李昂波1

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南長沙 410004；2.國防科技大學指揮軍官基礎教育學院， 湖南長沙 410007)

結合長沙市森林防火監測站項目，討論了在高壓電塔附近，在節理裂隙發育地區爆破開挖小直徑深豎井時的安全控制技術。首先對高壓電塔附近豎井開挖的總體方案進行了介紹，確定了高壓電塔的振動速度控制標準，并從爆破設計、爆破器材、微差起爆技術、單段起爆藥量控制等方面對爆破安全的控制進行了討論。實踐表明，本次工程爆破效果較好，爆破振動控制在安全范圍之內。本工程采用的爆破安全控制技術對類似工程具有一定參考價值。

深豎井；高壓電塔；爆破安全控制

1 工程概況

長沙市森林防火監測站項目位于長沙市先導區梅溪湖片區桃花嶺公園虎形山，項目存在5處設計開挖直徑2.5 m的圓形斷面深豎井，最大深度83.2 m，最小深度40.1 m。豎井所處圍巖主要為單體強度較大，節理裂隙發育，局部含夾層的強風化石英砂巖，主要為Ⅲ～Ⅳ級圍巖，場地所在范圍內沒有明顯的含水地層，地表水主要為賦存于表層第四系土中的上層滯水及基巖的裂隙水，水量均較小。

豎井上部周圍山高林密，5個豎井中，1個周圍環境比較復雜，如圖1所示。該豎井深83.2 m，其東北方向102 m處有一高壓電塔，正西面約42 m為混凝土攪拌站，西北方向約86 m處是二層的板房，作為項目部辦公及生活用房，混凝土攪拌站與板房之間為料場、鋼筋制作間等。在爆破期間，混凝土攪拌站正常工作，要求爆破不能對攪拌站的設備設施造成損壞，不能破壞項目部的辦公及生活用房，不能影響高壓電塔的正常工作。

2 爆破總體方案

豎井開挖的方法有全斷面開挖法和先開挖導井再進行擴大開挖兩種[1-2]。本豎井處于山高林密的位置，為了盡量減小對山上植被的破壞，考慮到豎井底部可以進行渣土運出，故擬采用先開挖導井再進行擴大開挖的方法，而且導井擬采用反井法。豎井周圍的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房為重點保護的對象，同時考慮到圍巖節理裂隙發育，局部含夾層，在開挖過程中，容易出現安全問題，所以要特別加強爆破設計、嚴格控制一次起爆藥量，并且要加強支護。此外，由于巖石表層風化嚴重，為了安全起見，在反向開挖到離地面15 m處時停止，剩余段采用正向開挖。正向開挖時采用人工配小型卷揚機的方式出渣，并臨時堆放在洞口周圍，等洞口貫通后再推入豎井內，從平硐出渣。導井打通之后，再正向進行擴挖到設計輪廓。

圖1 周圍環境

3 爆破振動安全允許標準

豎井爆破開挖危害主要包括爆破振動、爆破飛石、爆破毒氣、爆破粉塵等[3]。豎井在爆破時，可以采用嚴加覆蓋的方法來防止飛石飛散[4]，所以對需要保護的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房等，最主要的是嚴格控制爆破振動危害。當炸藥在巖土中爆炸時，除了破碎巖石之外，必然有一部分能量以地震波的形式往四周傳播，可能給非爆破目標造成不同程度的破壞。為了確保安全，需要將爆破振動強度控制在一定范圍內。

《爆破安全規程》(GB6722-2014)[3]對典型目標的振動安全允許標準進行了規定(如表1所示)。從表1可以看出，本項目需要保護的高壓電塔、混凝土攪拌站及辦公用房3種目標沒有直接給出振動允許標準。對于高壓電塔可以參考表1中的“運行中的水電站及發電廠中心控制室設備”一項，同時參考相關結果[5-7]，取爆破振動控制標準為0.5 cm/s；混凝土攪拌站參考“工業和商業建筑”標準；辦公用房的振動控制標準參考“一般民用建筑”標準。爆破最大段允許裝藥量Qmax按公式(1)進行計算:

式中，R為爆破中心至目標之間的距離，m；Qmax為齊發爆破總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；V為保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s；K、α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，本工程的地質條件為中硬巖石，參考《爆破安全規程》(GB6722-2014)[3]，K取200，α取1.5。

表1 爆破振動安全允許標準[3]

部分建(構)筑物允許一次起爆藥量計算如下:

(1)爆破對高壓電塔的影響。取高壓電塔允許振動速度V＝0.5 cm/s，R＝102 m進行校核，則:

(2)爆破對混凝土攪拌站的影響。取混凝土攪拌站允許振動速度V＝2.5 cm/s，R＝42 m進行校核，則:

(3)爆破對辦公用房的影響。取辦公用房允許振動速度V＝2.0 cm/s，R＝86 m進行校核，則:

從上可以看出，為了確保安全，最大段允許裝藥量為6.63 kg。

4 爆破安全控制技術

影響爆破振動強度的因素眾多，因此在爆破前很難對其作精確的預測。大量的研究表明，爆破振動的強度與爆破類型、爆破裝藥量、距離爆破中心的距離、爆破點至保護對象間的地形、地質條件等綜合因素密切相關。對于節理裂隙發育地區小直徑深豎井爆破作業來說，首先要確保爆破開挖方案正確合理，參數設計得當，不造成大范圍的超挖和欠挖，最大限度地減少爆破振動對圍巖的擾動；其次，爆破必須確保高壓電塔的絕對安全，把爆破振動強度控制在安全范圍之內。三是在滿足基本要求的情況下，盡量提高爆破作業效率。為此，對爆破振動控制主要從以下幾個方面來進行。

4.1 爆破設計

爆破設計對于爆破安全開挖、高質量、高效率起著關鍵性的作用。所以，對于節理裂隙發育地區小直徑深豎井爆破開挖來說，必須加強爆破設計。擬采用掏槽、擴槽、最后再周邊孔爆破的方法進行。豎井開挖的炮孔布置示意圖如圖2所示，分為掏槽孔、輔助孔和周邊孔，炮孔直徑為42 mm。掏槽孔形式為平行直孔掏槽(中間一Φ105 mm通風孔作為空孔)。考慮到豎井圍巖節理裂隙發育，在爆破時盡量不超挖和欠挖，周邊孔采用光面爆破技術，裝藥方式采用間隔裝藥，用兩個雷管分別起爆或中間用導爆索連接；掏槽孔和輔助孔采用連續裝藥結構，炮口用黃泥填塞緊密。每次掘進長度要依據圍巖性質及爆破振動控制要求而定，一般取1.2～1.8 m。掏槽孔深度比設計深度超深0.2～0.3 m，輔助孔和周邊孔要比設計深度超深0.1～0.2 m。裝藥參數見表2。

4.2 爆破器材

要取得比較好的減振效果，炸藥與巖石的匹配關系很重要。在豎井爆破開挖時，掏槽孔、輔助孔采用高爆速的2號巖石硝銨炸藥或乳化炸藥，周邊孔采取專用的Φ25小直徑炸藥。雷管采用電子數碼雷管或高精度的非電毫秒延期導爆管雷管。

圖2 反井法開挖導井炮孔布置(單位:mm，1－2－3－4為起爆順序)

表2 裝藥參數

4.3 單段起爆藥量

對于豎井爆破開挖，合理的增加分段數目可以適當減少單段起爆藥量，是控制爆破振動的有效方法之一。因此，在進行布孔設計之前，要根據被保護對象允許的最大振速要求，計算出單段允許的最大藥量，并據此進行合理的分段和安全校核，以確保施工安全。

根據爆破設計可以看出，本次起爆的最大段藥量為3.2 kg，比最大段允許量6.63 kg要小，所以可以認為爆破方案是安全、可行的。此外，在工程進行過程中，可以加強爆破振動監測，通過得出一系列的Qmax、V、R值，再回歸擬合出K、α值，從而進一步指導下一步的爆破施工。

5 爆破效果與討論

本文結合長沙市森林防火監測站項目，討論了在高壓電塔附近，在節理裂隙發育地區爆破開挖小直徑深豎井時的安全控制技術。對爆破開挖總體方案進行介紹，在綜合已有文獻并參考《爆破安全規程》(GB6722-2014)的相關標準后，確定了高壓電塔的振動速度控制標準，并從爆破設計、爆破器材、微差起爆技術、單段起爆藥量等方面對爆破振動的控制技術進行了討論。圖3為豎井爆破效果圖，圖4為實測的爆破垂直振動波形(最大振速為0.211 cm/s，主振頻率為34.1 Hz)。從圖3和圖4可以看出，本次工程爆破效果較好，爆破振動控制在安全范圍之內。本工程采用的安全控制技術及方法，可為類似工程提供參考。

圖3 爆破效果

圖4 垂直振動波形(Qmax為3.2 kg)

[1]代昌福，高 峰，彭永銘，等.300 m級深豎井反擴法挖井施工技術[J].四川水力發電，2007，26(Z1):27-30.

[2]黃明健，王少文.小井徑超千米豎井快速施工的質量與安全管理[J].采礦技術，2014，14(05):17-19，24.

[3]GB6722-2014，爆破安全規程[S].中華人民共和國國家標準，2014.

[4]孫桂喜，魏日華.付廷伍.豎井爆破開挖控制技術[J].東北水利水電，2007，25(9):16-18.

[5]孫書彬，王 禎.夏甸金礦七號主豎井快速掘進爆破方案的研究[J].采礦技術，2011，11(05):124-126.

[6]鄧重陽，陳壽如，羅 正.小灣水電站砂石料倉豎井爆破施工[J].采礦技術，2007，7(03):86-87，93.

[7]張義平，陳壽如，王茂玲.豎井深孔分層爆破法的探討及應用[J].采礦技術，2002，2(02):73-75.

2016-03-02)

羅光財(1979-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事工程技術管理，Email:35016567@qq.com。