復雜環境下石方控制爆破施工技術

中鐵建貴州建設有限公司，貴州 貴陽 550000

進行市政軌道交通建設石方爆破施工，特別是周邊環境復雜并且緊鄰高鐵既有線時，施工稍有不慎，即使是很小的飛石落入既有線也會影響高鐵正常運行或者損壞既有線上運營設備[1]，會對高速鐵路造成不良的社會影響以及巨大的經濟損失，因此在復雜環境下采用控制爆破施工技術十分有必要。

1 工程簡介

1.1 工程概況

貴安新區核心區段地下空間及聯絡通道配套工程西段施工區段為2站3區間，全長1.43km，全部采用明挖法進行施工。施工場區碳酸巖分布廣泛，巖性以白云巖為主，其次為灰巖和泥質白云巖。基坑開挖深度在10～23m，共有3級邊坡，平均每級邊坡垂直高度在7m左右，坡比為1∶0.3，坑底寬為13.5m。

1.2 工程風險

爆破開挖區域距離滬昆高鐵貴安站最近距離為376m，并且附近有項目部駐地和2個變壓室，距離爆破區域分別為12m和6m；爆破區域北側135m處有1座正在修建的公路橋梁，南側167m處還有1座已經修建完成的公路橋梁。爆破區域周邊環境復雜，滬昆高鐵貴安站是滬昆高鐵貴州西段最大的高鐵站，車站等級為特等站，對滬昆高鐵貴安站的保護是該工程控制爆破的重點。

1.3 工程安全技術難點

《鐵路運輸安全保護條例》規定：在鐵路線路兩側各1000m范圍內施工都屬于鄰近既有線施工。該工程爆破區域距離滬昆高鐵貴安站僅有376m，并且附近有項目部駐地和變壓室，因此該項目的爆破施工必須制訂切實可行的控制爆破方案，嚴格控制爆破振動、優化爆破參數，確保爆破振動、爆破飛石等有害效應不對滬昆高鐵、項目部駐地、變壓室及周邊的人員、機械造成損傷[2]。貴安新區核心區段地下空間及聯絡通道配套工程開挖溝槽兩側都是邊坡，合理選擇爆破參數以保證爆破區域兩側的高邊坡不被損壞是施工的又一難點。

2 深基坑石方控制爆破開挖施工方案

2.1 深基坑石方控制爆破開挖方式的選擇

根據工程設計圖紙要求并結合爆破區域的實際地形地貌、環境狀況、地質條件，項目部研究決定選擇多臺階開挖方式，采取“自兩端向中間”進行拉槽開挖的方式推進[3]，改變最小抵抗線方向，使之不與滬昆高鐵貴安站、項目部駐地和變壓器正對，以減小爆破過程中對其產生的危害。

利用薩道夫斯基公式以及滬昆高鐵、公路橋梁的安全允許振速反推計算得出控制爆破區域[4]。在控制爆破范圍內，為提高爆破施工效率，根據爆破區域與被保護對象的距離逐漸加深炮孔深度。

2.2 控制爆破開挖總體控制方法

（1）進行預裂爆破隔振。在具備預裂爆破的條件下[5]，在靠近滬昆高鐵貴安站及有建筑物的一側沿邊坡坡面提前打1排預裂孔，傾斜角度與邊坡坡度相同，預裂孔孔徑為90mm、孔間距為0.5m，孔深超過主爆破區域孔深0.5～1.0m；嚴格控制預裂孔裝藥量。預裂爆破形成的預裂縫，能有效削弱爆破地震波的傳播，從而降低爆破產生的振動效應對周邊的影響。

（2）嚴格控制最大單響起爆藥量。在爆破施工過程中，嚴格按照經過批準的控制爆破設計方案進行裝藥、炮孔封堵、布線、起爆，通過微差控制爆破原理嚴格控制逐孔起爆時單響最大起爆藥量。

（3）采用不同的裝藥方式。為了減小爆破振動對滬昆高鐵和附近建筑物產生的不良影響并減小爆破塊度，根據實際情況采用空氣間隔裝藥法、分層裝藥法和不耦合裝藥法。

（4）進行爆破振動監測。在爆破過程中，對爆破振動實時進行監測[6]，并及時根據實時監測的數據對爆破參數進行調整和優化，最大限度地降低爆破振動對滬昆高鐵和滬昆站產生的不良影響。

3 控制爆破施工方案

3.1 控制爆破范圍劃分

由于爆破區域距離滬昆高鐵貴安站最近距離為376m，滬昆高鐵屬于一級重要設施，軌道允許的安全振動速度為0.5cm/s，因此需要對爆破振動效應進行嚴格控制。

爆破振動安全允許距離公式：

式中：R為爆破振動安全允許距離；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量；V為保護對象所在地質點振動允許安全速度；K、α分別為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質等條件有關的系數和衰減指數，查《爆破安全規程》（GB 6722—2014）并參照當地的類似工程經驗，K取200，α取1.68（爆破之前先進行多次小藥量試爆，結合實時振動監測數據，再具體確定K和α值，優化爆破參數）。

當炮孔孔徑為90mm時，藥卷直徑為70mm，每延米藥量為6kg，孔深為8m，單孔藥量為30kg左右，距離為376m時最大允許藥量為1199.58kg。由于該爆區的開挖深度在10～23m，因此該爆區主要采取深孔臺階松動控制爆破方案。

3.2 控制爆破參數設計

（1）深孔臺階松動控制爆破參數。在進行石方爆破施工前，針對不同巖體先按爆破設計方案進行試爆，然后分析總結試爆效果，并調整參數，在試爆效果滿足要求后再進行正式爆破施工[7]。①臺階高度H：根據工程設計圖紙及現場實際情況，H=7.0m。②孔徑D：采用潛孔鉆機，取90mm。③炸藥單耗k：k=0.35～0.4kg/m3。④鉆孔布置：采用垂直孔、三角形布孔方式。⑤最小抵抗線W：W=3m。 ⑥ 孔 距a：a=3.0 ～ 4.0m， 取 4.0m。 ⑦ 排 距b：b=2.0～3.0m，取3.0m。⑧炮孔深度L：L=H+h=8.0m。⑨單孔負擔的面積S：S=ab=12m2。⑩單孔裝藥量按面積Q：Q=kV=kabH=29.4～33.6kg，取33kg。另外，試炮時k取大值，然后根據爆破效果調整（每次起爆藥量不超過500kg）。?裝藥結構：根據現場實際情況選擇適宜的裝藥結構。?爆破網路：因周邊環境復雜，在爆破施工過程中，為了確保生產安全，采用毫秒導爆管雷管（單孔孔內2發13段導爆管雷管）進行逐孔微差起爆。孔間延時50ms，排間延時110ms。

（2）淺孔控制爆破參數。孔徑40mm，臺階高度1.5m，采用淺孔松動控制爆破方式計算相關技術參數如下[8]。①最小抵抗線W：W=1m。②孔深L：L=H+h，h=0.2m，L= 1.7m。③孔距a：a=1.0m。④排距b：b=0.6m。⑤單位炸藥消耗量q：該工程巖性以白云巖為主，其次為灰巖、泥質白云巖，巖石堅硬系數較低，結合《爆破安全規程》及以往施工經驗，淺孔松動爆破時單位炸藥消耗量q取0.3kg/m3（具體取值試爆后確定）。⑥單孔裝藥量Q：Q=qabH=0.27kg，在實踐中通過試爆對以上數值進行修正。⑦裝藥結構：采用連續裝藥結構。⑧炮孔布置：采用三角形布孔、多排孔交錯排列方式進行炮孔布置。⑨填塞：采用黏土對炮孔進行填塞。⑩起爆方式：采用逐孔微差延時起爆，孔內采用15段導爆管雷管（880ms），孔間采用3段導爆管雷管（50ms），排間采用5段導爆管雷管（110ms），炮孔數量根據現場實際情況、孔徑及工期進度安排具體確定，平均每次布置100～150個炮孔。

（3）邊坡預裂爆破參數。①孔距a：a=0.72～1.08m，其中，炮孔直徑d=90mm，硬巖取中間值，軟巖取小值，故此處取值孔距1.0m。②孔深h：h=7.0m。③超深L1：L1=1.2～1.5m。④堵塞長度L2：L2=2.0～3.0m。⑤線裝藥密度：取0.25～0.4kg/m；⑥單孔藥量：取1.0～1.6kg。⑦鉆孔方向：鉆孔方向和邊坡設計坡度方向相同。⑧不耦合系數：取3～4。⑨裝藥結構：比較破碎的巖層，預裂孔裝藥結構采用雙導爆索；中等和較硬巖層采用間隔綁扎裝藥結構[9]，同時底部裝藥量適當增加。⑩爆破網絡設計：預裂孔的爆破時間提前主爆孔110ms起爆。

3.3 孤石爆破

控制爆破效果的一個重要指標是爆破產生的石渣的大小均勻程度：石碴塊徑短邊尺寸小于1.0m的石碴采用機械破碎；爆破開挖后石碴塊徑短邊尺寸大于1.0m的孤石采用淺孔松動爆破進行破碎。需要注意的是，在對孤石進行淺孔松動爆破時，要對鉆孔、裝藥量等進行嚴格控制，孤石爆破時容易發生飛石現象，在孤石爆破時要采用膠皮網對孤石進行覆蓋。

3.4 爆破振動控制

爆破產生的危害主要有爆破振動、爆破飛石、噪聲、爆破煙塵等。該工程屬于露天石方爆破，同時工程主要保護對象為滬昆高鐵，要對爆破有害效應中的爆破振動和爆破飛石進行嚴格控制[10]。

滬昆高鐵屬于一級重要設施，其軌道允許的安全振動速度v=0.5cm/s，對于公路橋梁，按照《爆破安全規程》（GB 6722—2014）規定中一般工業和商業建筑取值，其安全允許振動速度為3.5～4.5cm/s。鑒于其中一座公路橋梁處于在建階段，為了確保在爆破施工過程中公路橋梁的絕對安全，取安全允許振動速度為3.5cm/s對爆破振動效應進行控制。

根據爆破振動安全允許距離公式，Q為一次最大起爆藥量，取值為55kg；K和α取值分別為K=200，α=1.68，當R為376m時，計算得最大振動速度為0.09cm/s，未超過安全允許振動速度3.5cm/s，因此該項目采取的控制爆破方法是科學的、合理的，也是必要的。

4 控制爆破施工工序

控制爆破施工工序：爆破方案設計→施工準備→測量放線→布孔→鉆孔→驗孔→裝藥→堵塞→網絡連接→起爆→爆后檢查→撤除警戒。

4.1 布孔

炮孔的位置必須嚴格按照經過審批的爆破設計方案的爆破參數，準確地標識在爆破體上，不能隨意變動。

4.2 鉆孔

在鉆孔施工過程中，嚴格控制鉆孔的方向、角度和深度，炮孔孔口方向嚴禁朝向鐵路既有線、項目駐地和周邊其他設施，且要隨時留意地質的變化情況，并做好鉆孔記錄，一旦發現地質情況和勘察設計圖紙有明顯差異，就要立即停止鉆進并及時與項目技術人員進行研究處理，根據現場實際情況調整孔位及相關爆破參數。鉆孔完成后及時對炮孔周邊進行清理，并對炮孔的間距、深度、傾斜度進行檢查，若不滿足設計要求，應適當調整設計參數；如果會危及生產安全或可能影響爆破效果，應重新進行鉆孔施工。

4.3 裝藥

裝藥前仔細檢查炮孔情況，清除炮孔內的積水、雜物等。嚴格控制裝藥量，邊裝藥邊進行測量，以確保裝藥符合設計要求。遇到惡劣水文情況及特殊氣候條件要停止爆破作業，并將所有人員撤到安全位置。另外，為了提高爆破效果，毫秒導爆雷管應置于炮孔底部并采用反向裝藥結構。

4.4 填塞

炮孔采用黏土進行填塞，黏土的含水量控制在15%～20%。藥卷安裝完成后立即對炮孔進行填塞，并用木炮棍壓緊搗實，確保填塞中導爆管雷管不會被損壞。

4.5 起爆網絡設計

起爆采用電與非電混合式起爆網絡，先起爆電雷管，再由電雷管引爆導爆管雷管。采用毫秒微差延時起爆方法，前排炮孔起爆后給后排延時起爆的炮孔創造了新的臨空自由面，從而提高了整體的爆破效果。

5 安全防護措施及應急救援預案

5.1 爆破飛石控制

通過對爆破飛石的驗算，在爆破過程中采取改變臨空面方向、合理布孔、多打孔少裝藥、合理填塞等措施，并加強爆破的安全防護，爆破飛石危害可以得到有效控制。控制飛石的安全防護主要采取爆破覆蓋的方法，對爆破體采用橡膠皮網進行覆蓋，并且至少覆蓋4層，覆蓋后再將橡膠皮網用鐵絲連成一片。覆蓋過程中要注意保護起爆網絡不被損壞。

爆破飛石及空氣沖擊波的防護方案有三種：

（1）在爆源處進行安全防護。采取膠皮網覆蓋、土袋壓穩等措施，即先用不少于4層膠皮網對爆破體進行覆蓋，再用土袋壓住膠皮網以避免飛石飛出覆蓋物，如圖1所示。

圖1 爆源處安全防護示意圖

（2）在爆源與被保護體之間進行防護，采用腳手架搭接排架并在排架上掛上雙層膠皮網進行爆破飛石防護。

（3）對重點保護對象進行單獨防護。該項目爆破區域緊鄰滬昆高鐵既有線和項目部駐地，因此從爆源處防護，并在爆源與滬昆高鐵、項目部駐地之間設置安全防護。這樣采取雙重安全防護后，能夠確保在施工過程中滬昆高鐵和周邊環境的安全。

5.2 爆破警戒

爆破的安全警戒距離不小于200m，并在爆破前由安全員負責全面警戒，把守各個路口。每個警戒人員之間要采取對講機、手機等保持良好的通信，現場負責人在保證各個警戒點為安全狀態時，再向爆破員下達起爆信號。爆破結束后，按照要求進行爆后檢查，確保沒有安全風險后再由現場負責人下達解除安全警戒信號。

5.3 應急演練和應急救援

為最大限度地減少事故造成的人員傷亡和經濟損失，項目部設置應急救援組織機構和應急搶險隊，配備必要的應急救援物資設備，定期開展具有針對性的應急演練活動，并在每次演練結束后根據應急救援預案規定的內容進行檢查，找出不足，然后進行補充完善。在發生突發事件后立即啟動應急救援預案，做好生產事故發生后的搶險、救援和應急處置工作，力爭將人員傷亡及經濟損失降到最低。

6 結束語

市政軌道交通工程現場環境復雜，爆破開挖難度大，并且對爆破開挖要求高。文章所述項目通過對復雜環境下爆破控制方案的編制、實施和采取安全防護措施，并在爆破的實施過程中對相關爆破參數進行動態修正，在爆破飛石和爆破振動的控制方面取得了良好的效果，沒有對滬昆高鐵、項目駐地、周邊環境等產生不良影響，為后續復雜環境下的爆破工程施工積累了工程經驗。