深孔結合淺孔臺階微差爆破開挖路基

何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學 能源與安全工程學院， 湖南 湘潭市 411201)

深孔結合淺孔臺階微差爆破開挖路基

何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學 能源與安全工程學院， 湖南 湘潭市 411201)

莆田境內涵江江口至仙游楓亭段公路是福建省聯十一普通國省干線公路，由于該段工程與在建湄渝高速A2標段交叉，在交叉區域共有約20000 m3的土石方需要爆破。基于淺孔臺階微差爆破易出現爆破飛石、沖炮和爆破后殘留根坎的現象,深孔精度難以滿足以及單一爆破方法難以完成工程中的所有的爆破任務。因此，提出了深孔結合淺孔臺階松動微差爆破技術，實踐證明，該爆破技術能夠在路基開挖工程中顯著提高爆破效率，順利完成爆破任務。

路基開挖；深孔臺階松動微差爆破；淺孔臺階松動微差爆破

0 前 言

隨著經濟的快速增長，基礎建設工程項目逐年增多，一部分工程遠離城市，地處偏遠的山區，環境條件極為艱苦，交通不便，現代化的大型機械設備很難發揮出應有的效果，爆破就成了主要的開挖手段。在地質條件極為復雜的路基開挖工程中，淺孔臺階微差爆破易出現爆破飛石、沖炮和爆破后殘留根坎的現象，深孔臺階微差爆破孔眼深，直徑較大，鉆孔成本高，設備利用效率不高，技術比較復雜，基于單一的深孔臺階微差爆破方法或者淺孔臺階微差爆破方法很難完成工程中的所有爆破任務，為克服單一爆破方法的不足，本工程項目采用深孔結合淺孔臺階微差爆破的方式。

在路基開挖過程中，深孔結合淺孔臺階微差爆破技術得到了廣泛的運用，與此同時對深孔和淺孔臺階微差爆破振動的控制和監測[1-2]、爆破飛石的控制[3]、孔網參數的設計[4]、炮孔的堵塞長度[5]、時間間隔的確定[6]、裝藥結構等相關理論的研究也取得了空前的成果。

本文重點介紹了深孔結合淺孔臺階微差爆破技術在路基開挖工程中的應用，可以為類似的工程設計提供參考。

1 工程概述

莆田境內涵江江口至仙游楓亭K7+100～K21+000公路,是福建省普通國省聯十一干線。工程因與湄渝高速A2標段交叉，需要加快工程進度，由于土石方開挖遇到堅硬巖石，需要進行爆破作業。依據材料和查勘情況分析，K15+350～K15+750共有爆破土石方約20000 m3。該爆破作業地點與湄渝高速相互交叉，自東向西從湄渝高速橋下通過，東側為農田，東南側有一寺廟距離爆破點72 m，東北側居民房，距離爆破地點最近102 m，西北側居民房距離爆區最近23 m，西南側方向為農田及山體。

該段處于閩東火山斷坳帶內的次一級構造單元-閩東南濱海斷隆帶上，閩東南濱海斷隆帶是福建省地質構造較為復雜的地區之一。巖體主要為花崗巖，厚度較大，達到10～15 m，青灰色，中粗顆粒結構，塊狀構造,巖芯呈短柱狀～長柱狀，局部呈碎塊狀，有一至兩組與巖芯夾角為50°～70°的裂隙，裂隙面略有風化，稍有發育，RQD值為40%～60%，巖石單軸飽和抗壓強度為32.4 MPa，為較硬巖體，且完整性較好，基本質量為Ⅲ級。

該段與湄渝高速A2標段交叉，為了提高爆破效果，降低爆破災害，同時保證爆破質量和工程進度，采用深孔臺階松動微差爆破結合淺孔臺階松動微差爆破的方法進行爆破施工。

2 爆破設計

2.1 淺空臺階松動微差爆破

本段路基開挖工程采用7655鑿巖機鉆孔,炮孔直徑為42 mm。根據爆破施工的技術要求，嚴格控制爆破飛石、振動、應力沖擊波和噪聲等有害效應，保障周圍人員、房屋以及建筑設施設備的安全。選取合理的爆破參數和施工工藝，降低大塊率，使塊度適中，爆堆松散集中，以使爆破松動達到便于機械設備挖掘裝載的目的，該工程采用多排毫秒微差爆破，爆破參數見表1為了降低大塊率，防止出現“根底”現象，在臺階底部輔助以傾斜炮孔，具體布置見圖1。

表1 淺孔臺階松動微差爆破參數及藥量

圖1 淺孔臺階

2.2 深孔臺階松動微差爆破

(1) 孔徑d：該路基開挖工程采用巖體YT24鑿巖機鉆孔，孔徑為90 mm。采用垂直鉆孔，因為垂直鉆孔的技術操作簡單，對地質條件的適應性強，工作效率高以及成本低。

(2) 臺階高度H：根據現場實際情況，臺階高度H=6～8 m。

(3) 超深h：鉆孔超出臺階底部的水平的深度。超深能夠增加孔底裝藥量，克服底盤巖石的阻力夾制作用，防止“根底”的產生，以至于爆破后形成平整的臺階面，根據爆區的地質條件，超深h=0.5～1.0 m。

(4) 底盤抵抗線W：底盤抵抗線直接影響是否產生根底,大塊率的高低，進而對爆破成本以及爆破有害效應產生影響。按臺階高度和孔徑計算W=(0.6～0.9)H。

(5) 孔距a和排距b：孔距是同一排炮孔中兩相鄰深孔的連心線。孔距按a=mW計算,通常情況下第一排炮孔的底盤抵抗線都比較大，密集系數取較小值m=1.1。排距b是孔距和排距是一個相關聯的參數，在孔徑確定的條件下，b=a/m。

(6) 炸藥單耗q：根據該工程實踐地質巖石條件報告，q=(0.28～0.45) kg/m3，本項目暫取q=0.30 kg/m3。

(7) 單孔裝藥量Q：多排孔爆破第一排孔的單孔裝藥量Q=q·a·W·H；多排炮孔起爆是從第二排開始，每排單孔裝藥量Q=k·q·a·b·H。k是受前排炮孔礦巖阻力的增加系數，取k=(1.1～1.2)。

其相關參數如表2所示。

表2 深孔爆破布孔參數及藥量

2.3 炮孔的裝藥和堵塞

(1) 淺孔臺階松動微差爆破采用非電毫秒延時雷管，使用Φ32 mm、200 g/卷的乳化炸藥，采用柱狀連續裝藥結構。裝藥前應清除孔口周圍50 cm范圍內的浮渣，保證好裝藥和填塞質量。良好的填塞質量可以增加爆炸氣體在孔內的作用時間以及降低空氣沖擊波的峰值、噪聲和個別飛散物等有害效應的影響。堵塞過長，增加爆破成本，大塊率較高；堵塞過短，能量損失大，會出“根底”現象。本項目取炮孔堵塞長度為炮孔長度的1/3。

(2) 深孔臺階松動微差爆破用非電毫秒延時雷管，使用Φ70 mm、200 g/卷的2號乳化炸藥，采用連續耦合裝藥結構。炮泥用不含細石顆粒的粘土加工制成，堵塞長度為炮孔直徑的30倍。

3 起爆網路設計

(1) 鑒于導爆管雷管起爆法能很好的抵抗雜電的干擾，網路連接操作簡單，檢驗方便的優點[7]。深孔和淺孔爆破都是采用非電毫秒延時導爆管雷管起爆，每段間隔時間為50 ms。

(2) 根據現場實際情況，采用方形布孔和“V”形順序起爆，實際布孔方式如圖2所示。相比逐排起爆，“V”形順序起爆形成的自由面更大；用兩邊同時斜線起爆替代排間順序起爆,使巖石在拋擲的過程中相互碰撞，巖石塊度更加均勻[8]；拋擲距離減小，爆堆集中，大大減少了爆破飛散物，降低了爆破成本和工作強度;地震波相互削弱干擾，降低了爆破振動，微差爆破可降振50%左右[9]。

圖2 “V”形順序起爆

4 爆破有害效應校核和預防

4.1 爆破振動效應

根據工程現場波形選取,淺孔爆破主振頻率為40～100 Hz，中深孔爆破主振頻率為10～60 Hz。該工程安全允許振速民房為2.0 cm/s，鋼筋混凝土結構為3.5 cm/s。爆破安全允許距離選用《爆破安全規程》推薦公式：

(1)

式中，爆破介質為中硬巖石時，k=150，α=1.5。

深孔臺階松動微差爆破最大裝藥量約34.84 kg，取允許振速2 cm/s,經計算得R允=57.96 m；淺臺階松動微差爆破裝藥量約1.08 kg，取允許振速2 cm/s，經計算得R允=18.26 m；距離保護鋼筋混凝土結構20，30，40 m，允許振速3.5 cm/s，經計算得最大允許起爆藥如表3所示。

表3 距離保護鋼筋混凝土結構距離及振動控制藥量

通過建立緩沖地來吸收和降低沖擊波的能量

4.2 爆破飛散物

在露天爆破過程中，爆生氣體會推動爆破碎石向四周飛散，可能產生安全隱患。該工程采用瑞典德湯尼克研究基金會提出的經驗公式進行計算，見式(2)。

Rfmax=Kφ·D

(2)

式中，Rfmax為飛石的飛散距離，m；Kφ為安全系數，取15～16；D為炮孔直徑，cm。

Kφ與現場的地形、氣候等有關，取最大值16；深孔松動爆破炮孔直徑D=9.0 cm,經計算得Rfmax=144 m。

基于理論計算結果爆破時，工作人員撤離到爆破點200 m以外的地方；用一些強度大、柔軟性好的覆蓋物將爆區蓋住，盡量減少飛散物的速度、數量等[10-11]。

5 結 語

在本工程項目中，采用深孔結合淺孔臺階爆破開挖路基，克服了單一爆破方法的不足，在該爆破方案的指導下，嚴格按照方案要求施工，在此過程中，不斷調整和優化爆破參數，順利的完成了爆破任務，可為類似的工程設計提供參考。

[1]楊文東，孫秀民.臺階深孔爆破振動控制[J].武漢大學學報，2008，12(3)：52-54.

[2]胡 兵，徐 穎.露天礦深孔臺階爆破振動檢測與分析[J].安徽工程大學學報，2012，27(2)：92-94.

[3]盧文波,賴世驤,李金河，等.臺階爆破飛石控制探討[J].武漢水利電力大學學報，2000，33(3)：9-12.

[4]陳書宇，陳成光，盧 云.深孔臺階爆破的孔網參數設計[J].遼寧學院學報，1998，18(3)：12-15.

[5]張袁娟，黃金香，李 梅.露天礦臺階爆破合理堵塞長度確定方法[J].煤礦安全，2014，45(11)：211-214.

[6]王 戈，胡 剛.露天臺階爆破中合理微差間隔時間的確定[J].黑龍江科技學院學報，2009，19(1)： 20-22.

[7]栗 豐.深孔松動爆破在復雜環境中的應用[J].應用技術，2013(5)：195-196.

[8]婁德蘭.硐室微差爆破技術的初步研究[J].鐵道工程學報，1997(1)：119-123.

[9]蒲傳金.逐孔爆破技術研究現狀及存在的問題[J].化工礦物與加工，2007(11)：31-34.

[10]張九龍.爆破飛散物的預防控制[J].采礦技術，2014，14(5)：157-160.

[11]張九龍.爆破飛散物的原因分析及控制[J].現代礦業，2014(3)：178-180.(收稿日期：2016-07-10)

何 松(1992-)，男，四川巴中人，碩士研究生，主要從事爆破爆破理論及技術方面的研究，Email：1757698509@qq.com。