冰錠光面爆破施工技術研究

趙宗奎

(中鐵十四局集團第四工程有限公司 山東濟南 250002)

1 引言

隨著社會發展與變革，國家對基建施工環保要求不斷加強，施工單位環保壓力不斷加大，亟需一種環保爆破技術[1-5]。

若羌公路位于新疆巴州若羌縣境內。若羌縣礦產資源豐富，被譽為新疆的“聚寶盆”，是我國少有礦產資源相對豐富的區域之一，也是國家“358”項目重點實施區域。本文針對該區域施工環境提出的冰錠爆破施工技術，為行業領先爆破施工工藝[6-7]，可對國內土石方爆破施工提供有效參考，對類似工程爆破方案設計和環保工作具有重要意義。

2 工程概述

本項目全長84.14 km，共分A、B、C三段。A段線路長為41.74 km，B段路線長為12.38 km，C段路線長為30.01 km，項目計劃工期2年。項目路基工程主要集中在 B、C兩段，土石方挖方量達332.43萬m3，其中爆破挖石方約220萬m3，土石方填方73.70萬m3，圖1為爆破位置巖性外觀照片。

沿線地表水主要為基巖裂隙水，含水量豐富，水質清澈，受季節性變化較大。爆破區內地質構造未見大的斷裂，褶皺寬闊平緩，結構地層和巖土體狀態如表1所示。

表1 巖層結構

3 石方路塹光面爆破設計

3.1 光面爆破設計參數

光爆孔[8-9]參照公式E＝(8～12)d，d為光爆孔直徑，單位m。取E＝12d＝1.08 m，結合工程現場地質狀況及類似施工經驗，實際施工中取E＝1.2 m。光爆孔與主炮孔孔間距B取2.0 m，光爆孔與邊坡設計一致，由于臺階高度不一致，因此光爆孔深度也不完全相同，具體光爆孔爆破設計參數見表2。

表2 光爆孔爆破參數

3.2 光面爆破炮眼布置

爆破主體的主炮孔采用一次爆全高炮孔。主炮孔爆破完成后，對邊坡正上方的巖體進行適當爆破，采用輔助孔，輔助孔深度取4 m，具體參數根據實際情況可適當調整。輔助孔爆破完成之后對光爆孔進行光面爆破，具體炮孔布置見圖2、圖3。

3.3 光面爆破裝藥結構

光爆孔底部0.5 m范圍加強裝藥，鄰近堵塞段1 m藥量減弱，堵塞長度取2.4～3 m。線裝藥密度為0.4～0.5 kg/m，間距和裝藥量需根據爆破效果及時調整。采用d＝90 mm的鉆機鉆孔，炮孔間距為120 cm，用導爆索和導爆管起爆。光爆孔裝藥結構見圖4。

3.4 光爆孔起爆網路

孔內用導爆索將炸藥串聯，在孔內用非電毫秒雷管與導爆索相連，確保導爆索全部在孔內。非電毫秒雷管正向起爆導爆索，孔外將各光爆孔內的導爆管雷管用一個起爆雷管同時起爆。光爆孔網路如圖5所示。

4 冰錠光面爆破技術

若羌公路項目位于阿爾金山脈，冬季最低平均氣溫-20℃，石方光面爆破施工一般需間隔裝藥，常規間隔材料為黏土、粗砂等。本工程光面爆破采用冰錠作為間隔材料，用粒徑2～3 cm的碎冰塊作為炮眼堵塞材料，炮眼內的冰錠在引爆后可瞬間升華成水蒸氣，起到漲爆作用。

施工工藝流程:炮眼鉆孔完成后，首先裝入10～12 cm冰錠，再裝入一節乳化炸藥；然后裝入一節≤3 cm的冰錠，再裝入一節乳化炸藥。一節冰錠、一節乳化炸藥作為一組循環，每個炮眼可根據長度需要裝入多組，但最多不大于6組，若大于6組應在適當位置增加引爆藥節。裝藥完成后向孔口裝入≥3 m長的碎冰塊，然后向孔內灌注300 mL接近0°的冰水，在低溫環境下水很快與碎冰塊凝結成整體，起到固化孔口堵塞材料的作用，完成堵孔。待整個爆破區域裝藥、堵塞、連接完成后進行起爆。冰錠光面爆破三種常用裝藥結構如圖6所示。

5 爆破試驗

5.1 試驗目的

通過試驗，確定孔網參數、炸藥單耗、鉆孔超深、碎冰堵塞長度、冰錠間隔長度等設計是否合理以及安全警戒距離是否合適。根據試爆確定單位用藥量q值，并根據試爆結果調整其他爆破參數。在試爆時進行測振，根據測振結果驗算爆破振動計算結果的準確性，并回歸得出k、α值，以便指導下一步的爆破施工控制。

5.2 位置

爆破試驗選在離居民房屋、主干道等設施較遠區域進行，以使爆破后的巖石“開裂、凸起、松動而不飛散”為標準來控制炮眼裝藥量，表3為試爆破參數。

表3 試爆破參數

5.3 試爆炮孔

試驗每組共計爆破20個炮孔，裝藥192 kg，共做5組，采用圖6中第一種裝藥方法。

5.4 起爆網絡連接方式

孔內采用10段非電毫秒延期雷管，孔外采用3段非電毫秒延期雷管，使用擊發針引爆導爆管雷管。

5.5 試爆結果分析

試驗結果表明:(1)在-10℃氣候環境下，采用碎冰塊堵孔，堵孔長度3 m時效果較好；(2)孔底冰錠長度10～12 cm均可有效汽化，起到漲爆作用；(3)間隔冰錠長度在3～9 cm時均可有效引爆，而長度超過11 cm時出現1%的啞炮，且爆破效果一般，爆破后部分石塊需進一步分解；(4)采用冰錠做光爆間隔材料，爆破粉塵量明顯降低。試爆結果統計分析如表4所示。

表4 試爆結果統計分析

6 爆破安全設計

6.1 爆破振動安全距離

根據《爆破安全規程》(GB 6722—2014)，爆破振動安全距離計算公式為:

式中:V為振速；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，根據《爆破安全規程》選??；Q為單段最大一次起爆藥量；R為安全距離，m。

根據相關規定，當地毛石房屋和民用建筑物的淺孔爆破振動速度應控制在0.5 cm/s，取K＝150，α＝1.5。

表5、表6分別為淺、深孔鄰近民房、城市主干道最大單段藥量控制表。

表6 深孔爆破鄰近民房及城市主干道最大單段藥量

(1)按照設計方案，對于靠近民房及主干道區域，55 m范圍內采用機械破碎；R大于55 m且小于105 m的范圍采用爆破開挖，取K＝150，α＝1.5，Q＝1.8 kg，R＝55 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.49＜0.5 cm/s

(2)對于105 m≤R≤155 m范圍，采用直徑為90 mm、深度3～5 m的鉆孔逐個起爆方式進行施工，K＝150，α＝1.5，Q＝12 kg，R＝105。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.483＜0.5 cm/s

(3)對于155 m＜R＜200 m范圍，采用深孔控制爆破或光面爆破，K＝150，α＝1.5，Q＝31 kg，R＝155 m。

V＝K(Q1/3/R)α＝0.43＜0.45 cm/s

(4)對于距民房R≥200 m的范圍，采用深孔松動爆破或者光面爆破，K＝150，α＝1.5，V＝0.45 cm/s，R＝200 m。

在距民房距離大于200 m范圍以上時可采用單孔或多孔同時起爆，保證單段起爆藥量不超過規定藥量。

6.2 爆破飛石安全距離

(1)淺孔爆破飛石水平距離

X＝V2/g

式中:X為爆破時石頭飛出的水平距離，m；V為飛石初速度，m/s；g為重力加速度，m/s2。

X＝V2/g＝20V2/9.8＝40.8＜50 m

(2)深孔爆破飛石距離

R＝(40/2.54)×D＝141.7＜155 m

可在200 m范圍內采取降低單耗、增加堵塞、改變臨空面方向、防護覆蓋等措施，來確保飛石控制在安全距離。

6.3 爆破噪聲粉塵控制

對孔外雷管進行覆蓋并加強對炮孔的堵塞；鉆機鉆孔時收集粉塵、道路灑水；采用冰錠做光爆間隔材料、碎冰塊堵塞炮眼，能有效降低粉塵危害。

7 結束語

通過對傳統光面爆破技術[10-12]進行改良，創新性將冰錠作為間隔裝藥材料，將碎冰塊作為炮眼堵塞材料，取得了良好的爆破效果。但試驗炮數量仍不足以充分說明爆破技術參數的可靠性，后續還需在工程實踐中繼續總結和積累經驗，在復雜環境及地質條件下對冰錠光面爆破技術和施工方法進行反復驗證。

針對復雜環境下公路路基石方爆破工程施工實際，采用冰錠光面爆破技術，爆破效果佳、環保降塵效果顯著，可供類似工程參考。