復雜環境下一級路塹一次性爆破開挖施工技術

楊宏勝

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程簡介

1.1 工程概況

210國道安塞過境隧道群及引線工程起點位于東營超限檢測站南側順接既有舊路,整體呈由北向南走向,全長12.81 km。牛頭疙瘩隧道全長1515 m,隧道出口樁號為K5+040,距出口約40 m位置處路基段K5+081~K5+144設計為路塹開挖。現場地質條件主要為下部以粉質砂巖為主,上部為風積黃土層覆蓋,植被較差。由設計施工圖紙,路基高程為1112.94 m,路基右側邊坡按照設計坡比1∶0.5放坡,每高差6 m、8 m預留寬度3 m平臺,開挖頂高程1193 m,最大開挖高度約78 m。其中,土石分界線高程約為1161 m,下部48 m為石質邊坡,擬采取人工、機械鉆爆方法進行開挖。

1.2 爆破對象及開挖方法

計劃爆破對象為210 國道安塞過境隧道群及引線工程路基段K5+081~K5+144段約63 m范圍的路基邊坡開挖施工。設計開挖高度8 m,采用鉆爆法開挖。鉆爆法主要采用預裂爆破與梯段爆破相結合的方法,CM351 型潛孔鉆鉆孔,毫秒微差起爆網路。

2 爆破區周圍的環境情況

本次石方明挖爆破區位于馬家溝上游支溝內。路線設計沿支溝原始地形斜向布置,兩側巖石路基邊坡按照8m分級開挖,設計坡比1∶0.5。本次爆破設計主要針對牛頭疙瘩隧道出口位置路基一級邊坡石方開挖爆破施工。

（1）隧道出口位于爆破區北偏西35°方向,出口處有500 kV·A變壓器一座,距離爆破區中心距離約100 m；邊緣最近距離不足40 m。

（2）爆破區西北方向有國家電網950專線一道,440 m位置處設有高壓塔一座,垂直高差125 m。

（3）爆破區西南45°方向有長慶35 kV專線一道,310 m位置設高壓塔一座,垂直高差135 m。

（4）爆區正面方向有10 kV隧道輸電線路一道,最近距離約35m。

（5）爆區東南45°方向有天然氣管道靖西一線、二線管道兩處,距離爆破區415 m。

3 爆破施工方案

為確保210 國道安塞過境隧道群及引線工程K5+081~K5+144段路基開挖邊坡平順、整齊、穩定,有效地控制爆破效應和確保安全,并能使爆破效果滿足機械化開挖作業要求,確定開挖爆破方式為：根據設計體型臺階布置和分層高度,采取多級臺階分段開挖,采用預裂爆破梯段開挖。

K5+081~K5+144 段爆破區沿路基方向長度63 m,開挖高度8 m,平臺面積約800 m2,開挖量約6500 m3。

石方邊坡采用預裂爆破,CM351型潛孔鉆進行造孔,主爆區采用毫秒延時爆破網絡。開挖料無法直接挖裝運輸的,采用反鏟直接向下方甩料,下方道路堆料飽和后及時利用50 t裝載機和20 t自卸汽車裝運輸至下游填溝內。反鏟甩料過程中,在K5+040、K5+300 處道路安排專人進行道路警戒,確保施工安全。

4 爆破設計

4.1 爆破參數選擇

根據本工程開挖區域地質情況,設計初選爆破單耗為q=0.31 kg/m3。

（1）爆破臺階高度

根據爆區寬度和設計開挖深度,規劃本次爆破臺階高度H=8 m。

（2）炮孔直徑

采用CM351鉆機造孔,炮孔直徑D=90 mm。

（3）底盤抵抗線

底盤抵抗線W底=（0.6~0.9）H；結合現場實際,W底=5 m。

（4）孔距

預裂孔孔距a預=（8~12）D,孔距取0.9 m；主爆孔、緩沖孔孔距,取a主=3 m。

（5）排距

排距b=a×sin60°=3×0.866=2.56 m,本次取3 m。

（6）超鉆深度

超鉆深度h=（0.15~0.35）W底,h=0.75 m~1.75 m,本次取1.5 m。

（7）孔深

孔深h主=H+h=8+1.5=9.5 m

孔深h預=（H+h）/sina=（8+1.5）/sin63°=10.62 m

孔深h緩=（H+h）/sinb=（8+1.5）/sin77°=9.7 m

（8）填塞長度

填塞長度（主爆孔、緩沖孔）L1=（0.7~0.8）W1=3.5 m~4.0 m,本次取3.5 m；填塞長度（預裂孔）,本次取2 m。

（9）裝藥長度

裝藥長度L預=10.62-2=8.62 m

裝藥長度L主=9.5-3.5=6 m

裝藥長度L緩=9.7-3.5=6.2 m

（10）單孔裝藥量

Q預裂=q×L2=10.62 m×305 g/m=3.2 kg

Q主爆（外排）=q×a×W底×H=0.31×3×5×8=37.2 kg

Q主爆（內排）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3×8=24.55 kg

Q主爆（緩沖孔）=k×q×a×b×H=1.1×0.31×3×3.5×8=28.64 kg

4.2 爆破參數及成果表

4.3 爆破器材

塑料導爆管、導爆索、普通毫秒延時導爆管雷管、2#巖石乳化炸藥,結合本工程實際情況,工地炸藥庫存儲φ32 mm藥卷乳化炸藥,主爆孔、緩沖爆破孔裝藥可按照需要,預裂孔采用竹板將藥卷捆綁固定形成間隔裝藥結構。

4.4 炮孔布置

（1）根據設計圖紙,K5+081~K5+144 開挖區采用周邊預裂,大面采用毫秒延時爆破網絡,主爆區與預裂孔之間布置一排緩沖孔。主爆孔、緩沖孔、預裂孔均使用CM351 履帶式潛孔鉆造孔,孔徑Φ90 mm。

圖1 炮孔平面布置圖

（2）梯段爆破區域長度63 m,最大寬度14 m,共布置預裂孔一排69 個,緩沖孔一排19個,主爆孔兩排共34 個。

（3）預裂孔裝藥結構采用竹片串狀非連續裝藥,底部兩根一捆即400 g加強藥包,上部間隔40 cm固定一根即200 g,以達到間隔裝藥的效果。藥卷直徑32 mm,堵塞長度2 m,堵塞段采用黃泥,導爆索貫穿全孔,竹片固定。

圖2 預裂孔裝藥結構圖

（4）主爆破孔裝藥結構采用連續裝藥,使用32 mm乳化炸藥每五根即1 kg一捆,裝藥長度6 m。裝藥前將藥皮劃開,保證炮孔裝藥密實。非裝藥部分進行堵塞,堵塞長度3.5 m,堵塞段采用黃泥堵塞,非堵塞段采用空氣層。

圖3 主爆孔裝藥結構圖

4.5 起爆網絡設計

本工程梯段爆破起爆網絡采用非電毫秒延時起爆網絡,電起爆。爆破設計主爆孔、緩沖孔采用MS3、MS5、MS7非電毫秒雷管孔內延時爆破,孔間采用MS1非電毫秒雷管串聯,排間采用MS1 段非電毫秒雷管連接。為增加爆破網絡起爆質量,必要時孔內采用雙發雷管,雷管腳線10 m~12 m。

爆破裝藥時,主炮孔采用連續裝藥,預裂孔采用導爆索并聯Φ32 乳化炸藥間隔不耦合裝藥。主爆孔分外排、內排兩種形式。根據爆破手冊,外排裝藥量受底盤抵抗線影響,單孔裝藥量較內排增加以保證爆破效果。

本次爆破網絡自外向內單排一響,爆破總藥量為Q=16×37.2+18×22.4+19×28.64+69×3.2=1763 kg。

圖4 梯段爆破起爆網絡圖

圖5 主炮孔裝藥布置圖

5 爆破安全允許距離

5.1 爆破振動安全距離計算

本工程爆破振動主要保護對象為交通隧道、天然氣管道兩項重要設施。

根據《爆破安全規程》,爆破振動速度,按照下式計算：

式中：Q為炸藥量,延時爆破為最大單段藥量,kg,取69個預裂孔總裝藥量220.8 kg；R為計算點到爆源的距離,m；爆區距離交通隧道口最近距離約65 m,距天然氣管道415 m；K、a為系數和衰減指數,本工程K取軟巖石250,a取軟巖石1.8。

經計算：V隧道=3.48 cm/s,V隧道=0.124 cm/s（可忽略）。

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）13.2.2表2.7的規定,保護對象取露天深孔爆破（f=10 Hz~50 Hz）交通隧道安全允許振動速度V=12 cm/s~15 cm/s。經核算V=3.48 cm/s遠遠小于12 cm/s,故爆破交通隧道是安全的。

表2 初擬梯段爆破參數表

5.2 爆破沖擊波安全允許距離計算

根據《爆破安全規程》,爆破振動安全距離,按照下式計算：

式中：Rk為空氣沖擊波對掩體內人員的最小允許距離,m；Q為毫秒延時爆破為總藥量,kg。

根據爆破設計,Q=220.8 kg,經計算得Rk=151 m。

因此,爆破人員避炮安全距離選取200 m,大于爆破沖擊波影響距離。

5.3 個別飛石安全允許距離

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）13.6表10 個別飛散物對人員的安全允許距離,深空臺階爆破最小安全允許距離不小于200 m。由13.7 表11 外部電源與電爆網絡的安全允許距離,爆區高壓線的安全允許距離10 kV為50 m。

表1 初擬預裂爆破參數表

6 石方明挖方法

6.1 測量放線

測量放線依據批準的鉆爆設計進行,由測量技術人員使用全站儀精確測放鉆孔孔位和方向控制點（距離盡量大于10 m）。放點時,依據測放的孔位,現場技術員用水準儀測量各點位高程,逐孔編號按照設計要求控制深度和角度。

6.2 鉆孔

依據爆破設計中的孔深、傾角、方位、孔編號及設計參數,精確對中開鉆孔位。開鉆時采用低風壓、低鉆速,鉆進入巖0.5 m時,停鉆再次由鉆工、現場技術員復核鉆桿傾角和方向,質量監督檢測站、現場跟班人員復核無誤后繼續正常壓力鉆進,防止鉆壓過大造成飄孔,若有偏差,則采用自制坡度尺或量角器糾偏調整。

6.3 裝藥

現場裝藥前由安全員和技術員聯合驗收到場火工材料數量、品種,并在爆破器材領用單上如實簽寫到場火工材料數量、品種,并簽名。裝藥前技術員、鉆工拿開孔口堵塞物并進行孔深檢測,期間需防止孔口周圍巖粉、巖塊等掉入孔內,否則在裝藥前要進行清孔處理或掃孔處理。主爆孔由具體裝藥人員根據爆破設計,控制操作裝藥車裝藥,保證裝藥符合設計要求,預裂孔串狀間隔裝藥,藥卷凈間距用鋼卷尺測量,使藥卷均勻的分布在竹片上,并使竹片貼靠在保留巖石面一側。裝藥時采用測尺控制裝藥長度和封堵長度。

6.4 封堵、聯網

按監理工程師審核的爆破設計,封堵人員用粘土等封堵爆破孔并分層搗實,預裂孔先用紙或編織袋塞堵,再用巖粉堵塞不需搗實。

6.5 爆破

在進行爆破前30 min,確保警戒區人員和設備能夠及時撤離施工現場,現場安全員要及時做好準備工作,確認現場完全撤離到安全范圍后,方可起爆。

6.6 安全處理

爆破完畢后,由開挖施工隊帶領炮工進入爆破區進行安全檢查,確認無啞炮、瞎炮和拒爆等現象后方可解除警戒,允許施工人員和設備進入施工現場；若發現存在上述現象,及時通知安全文明辦、監理工程師,確定處理措施進行處理。

6.7 出渣

采用1.2 m3液壓挖掘機配20 t自卸汽車拉運至設計填溝內。

7 安全技術及防護措施

（1）通過現場實踐多次驗證采用微差爆破比齊發爆破平均降震率達到50%,因此,微差段數層次越多使得降震效果更佳。

（2）確保預裂爆破梯段開挖的質量,關鍵是要精確地計算出爆破參數,孔網距,炸藥單耗,單孔裝藥量等參數。

（3）為確保炮孔的堵塞質量和堵塞長度能達到要求,堵塞材料要達到規定范圍,而且要確保堵塞物中不能夾帶小石塊、碎石和雜物等。

（4）進行爆破施工時,要及時做好安全警戒,及時將人員撤離到300 m以外的安全范圍內。

8 環境保護措施

（1）對進場人員加強環境保護意識,對生活垃圾、進場施工機械、進場材料停放、堆存要集中規劃堆放整齊,爭創文明工地。

（2）完工后,對施工車輛做到清洗干凈做好保養后停放在指定停車位置,對建筑材料進行掛牌標識并堆放有序,對易燃、易爆的及有毒有害的材料,按照垃圾分類進行存放和處置。