復雜地質巖基中爆破飛石控制方法

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第三支隊，廣西 南寧 530222；2.貴州新聯爆破工程集團有限公司，貴州 貴陽 550002)

在應急救援搶險或大規模土石方開挖工程中，復雜地質環境下進行爆破施工在所難免。目前，控制爆破技術已經相當成熟，在各類工程中創造了巨大價值?，F有的控制爆破施工方案通過研究巖石性質確定孔網參數和爆破工藝，在對施工現場周邊情況作出分析的基礎上，制定防護方案，而對于如何減少爆破飛石并無太多闡述。因此，本文根據應急救援任務的特點，結合某練兵工程實際，討論通過對鉆孔過程的嚴密控制以及爆破區域地質情況的充分考察，掌握軟弱夾層的分布，并在裝藥時采取合理的措施，最大限度地減少爆破飛石的產生。

1 爆破飛石成因

某項目工期長達1 a，爆破施工共計1 000余次，通過分析每次爆破作業過程和結果，總結出爆破飛石產生的原因有：①不利的地質條件，如泥層，軟弱層，溶洞等;②裝藥人員判斷失誤導致裝藥不正確。但主要原因還是由于裝藥人員無法準確把握地質情況。除人員操作不當、技術原因等可控因素外，地質條件的隱蔽性和不可控性也是產生爆破飛石的重要因素。其中，在軟弱夾層地質條件下，產生爆破飛石的主要原因如下。

(1)炸藥裝填位置處于軟弱夾層內。當引爆炸藥后，爆炸沖擊波和爆炸高能氣體沿著軟弱夾層傾瀉而出，在巨大的爆破能量作用下，軟弱夾層附近的巖石碎塊、泥土等物質沿著軟弱夾層方向噴薄而出，飛散距離遠超預期，從而導致事故的發生。

(2)炸藥裝填位置距離軟弱夾層過近。當裝藥位置與軟弱夾層的距離小于設計最小抵抗線時，最小抵抗線的方向將發生改變，藥包鼓包不向臨空面發展，而是向結構面方向擴展；而且鼓包氣體產物很快泄入軟弱夾層，爆炸的能量率先從軟弱夾層的裂隙、斷層等最薄弱處沖開，炸藥的部分能量以“沖炮”或其他形式向臨空面、溶洞、薄弱面泄出[1]。

為最大限度減少爆破飛石的產生，必須從考察爆破區域地質情況著手。只有對每個炮孔情況有清楚了解，施工人員才能準確地制定裝藥方案，避免爆破飛石的產生。本文利用某工程實例對復雜地質環境下的爆破施工技術進行了探討。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程是一項大型土石方開挖平基工程，開挖方量約400萬m3，同時也包括二號路的路基開挖工作。二號路路基爆破區域寬20 m，長度約100 m，與平場高程相比，相對高程-1.5 m，鉆孔孔深2～4.5 m不等。進行二號路路基開挖時，周邊已修建了大量的活動板房，作為項目建設指揮部。板房面積大，內設露天停車場、多個建設單位辦區，工程施工及周邊區域布局詳見圖1。為保證施工進度，需要在2 d內完成該區域爆破施工任務，同時也需要最大限度保證周邊區域安全。由于此區域周邊情況復雜，必須采取合理的安全防護措施；而因工期緊張，加上常規防護措施布置時間又十分有限，因此必須進行合理設計、精心組織、精準施工，從根源上控制爆破飛石的產生。通過組織相關人員論證后，決定從鉆孔工序著手，對每個炮孔的地質情況進行探測，從而控制爆破飛石的產生。

圖1 工程施工及其周邊區域布局

2.2 不利因素分析

(1)需在2 d內完成二號路爆破施工任務，工期十分緊張。在對二號路表層泥土清挖完畢后發現，巖體局部嚴重風化，并伴有大量泥槽，巖體極度不均勻，無法對泥槽和軟弱面走向進行準確判斷，巖溶情況難以預知。由于無法得到準確的地質情況，若按照常規的作業流程，則無法準確避開不利地質，即使方案設計合理，也極易產生大量爆破飛石。

(2)爆破對象為非均質巖體，因此本次爆破施工沒有固定的孔網參數。只能根據現場巖石情況確定孔位、傾角和孔深等參數，還要根據鉆孔情況判斷地質情況，隨時調整各參數。

(3)提前準備不足。采用φ90 mm潛孔液壓鉆機進行鉆孔作業，孔深2～4.5 m，單孔裝藥量1.2 ～12 kg，單孔裝藥量較大，也對爆破飛石的控制提出了更高要求。

(4)布置防護措施時間相當有限。由于需要在2 d內完成爆破作業，無法在此期間完成防護所需的前期準備工作以及施工工作。

2.3 解決方案

(1)為爆破區域內每臺鉆機配備1名技術人員和1名經驗豐富的爆破員，與每1臺鉆機操作手隨時保持溝通，并根據實時反饋的地質和鉆孔情況調整鉆孔參數。

(2)在鉆機大臂上粘貼標尺，以便隨時根據標尺的指示確定當前鉆孔深度。

(3)對炮孔進行編號，根據大臂上的標尺確定炮孔內的泥層，軟弱層，溶洞等非正常因素的位置及深度，繪制炮孔情況簡圖并附說明。

(4)裝藥時，由兩名經驗豐富的爆破員以及1名技術人員，參照炮孔情況簡圖和實際地質情況共同確定每個炮孔的裝藥量和裝藥結構。

(5)采用合理的毫秒微差延時爆破網路，逐孔起爆，減小相鄰炮孔間的擠壓作用。

(6)對于風化或泥夾石非常嚴重的重點區域采取局部覆蓋防護，防護設施盡量簡單可靠，以滿足工期要求。

經過嚴密的控制鉆孔作業，基本掌握了爆破區域的地質情況，對每一個炮孔的孔深、異常情況、起止深度等進行了詳盡記錄，為后續裝藥作業提供了有力支持。

2.4 爆破施工作業

本次爆破共鉆孔216個，部分異常炮孔參數見表1。針對這些異常炮孔，采取了分段間隔裝藥措施，以避開軟弱夾層，裝藥示意見圖2。

表1 部分異常炮孔參數

圖2 裝藥示意

成排炮孔裝藥量計算公式為

Q=qabH

(1)

孤石爆破計算公式為

Q=qV

(2)

式中，Q為單孔裝藥量，kg；q為單位用藥量，kg/m3；a為外孔距，m；b為排距，m；H為裝藥長度，m；V為孤石體積, m3。根據項目其他區域爆破實際情況，單耗q取0.25 kg/ m3，孤石爆破單耗q取0.15 kg/ m3。

根據夾層位置適當減少軟弱夾層周邊炮孔藥量。夾層位置在炮孔底部時，按照正常藥量裝藥；夾層位于炮孔中部時，底部裝藥，夾層位置上下50cm段使用鉆屑填塞間隔，上部繼續裝藥，并重新校核上部藥量；夾層位于填塞段時，則根據夾層厚度適當減少藥量，由經驗豐富的現場技術人員及爆破員根據實際情況確定具體藥量。

本次爆破施工作業，采取了毫秒微差延時爆破網路。孔內孔外都選用較高段別的導爆管雷管，進行逐孔起爆，孔內采用MS15導爆管雷管，孔外連接采用MS7導爆管雷管。對爆破區域內風化或泥夾石非常嚴重的重點區域采取局部覆蓋防護。防護方式為單層膠皮網覆蓋后，上覆鐵絲網，并用沙袋間隔壓實。經過細致嚴謹的準備與施工，未產生爆破飛石，取得了良好的爆破效果。在復雜的地質環境和諸多不利條件影響下順利完成了既定施工目標，爆破施工取得了圓滿成功。

為驗證該施工方法效果，在本項目選取周邊環境較好的泥夾石爆破區域進行了同樣的試驗。在未進行任何防護措施的條件下，5次試驗均未產生爆破飛石，證明了該施工方法對控制爆破飛石的產生有一定效果，可為其它爆破工程施工提供參考。

3 在應急救援中的應用

近年來,爆破技術已被廣泛應用到應急救援搶

險中[2]，在應急救援搶險爆破作業過程中，較為常見的限制條件有：①爆破區域周邊需要保護設施以及設備的支持[3]。在進行爆破施工時清場區域不宜過大，以免因機械設備撤離過遠而耽誤寶貴的救援時間。②需要進行爆破施工的區域地質條件復雜、道路不通，大型鉆爆作業機械無法到達[4-5]。③由于爆破施工工具及爆破器材等需要通過人工搬運至爆破區域，必須提高炸藥的利用率和施工效率，加快應急救援搶險進度。

由于以上限制條件，鉆孔控制很有必要。通過合理地確定鉆孔位置、孔深等參數，可以減少鉆孔數量，減少炸藥用量，從而也減少了作業人員的工作量，提高了爆破作業效果和效率。通過掌握鉆孔待爆體的結構，能很好地控制爆破飛石的產生，降低對施工區域周邊的影響。由此，大大加快了爆破作業進度，減小了對其他搶險救援單位的干擾，對整體應急救援搶險工作有積極作用。

4 結 語

爆破飛石產生的主要原因在于爆破人員無法準確把握爆破區域地質情況。在充分掌握爆破區域的地質情況后，對爆破鉆孔作業進行嚴密控制，為后續裝藥作業和爆破作業提供了有力支持，從而極大地減少了爆破飛石的產生。通過合理選擇機械設備的撤離距離和停放地點，在進度與安全、風險與成本之間找到一個合理的平衡點，對一些規模大、工期緊的土石方工程和應急救援搶險有著重要意義。