張計(jì)璨，林 飛，劉武軍，劉豐華

(1.中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽淮北235000;2.湖北凱龍化工集團(tuán)股份有限公司，湖北荊門448000)

1 工程概況

某綠色動(dòng)力再生能源有限公司提升改造,進(jìn)行廠區(qū)擴(kuò)建,需將廠區(qū)東側(cè)及北側(cè)部分山體進(jìn)行開挖清除。 擬開挖山體主要由上侏羅統(tǒng)九里坪組強(qiáng)-微風(fēng)化含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r組成,山頂分布?xì)埰路e含碎石粉質(zhì)黏土。 山體巖土組成可分為2 個(gè)工程地質(zhì)層組,4 個(gè)工程地質(zhì)亞層,各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)特征分述如下:

1)1 層含碎石粉質(zhì)黏土:灰黃色,稍濕-濕,松散-稍密,碎石棱角狀,大小2 ～15 cm,含量為5% ～20%,層厚1.0 ～5.2 m。 屬普通土,開挖等級(jí)Ⅱ級(jí)。 推薦地基承載力基本容許值[fa0] =140 kPa。

2)2 層強(qiáng)風(fēng)化含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r:灰黃色,礦物風(fēng)化蝕變強(qiáng)烈,組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞,風(fēng)化裂隙發(fā)育,巖質(zhì)較軟弱,巖體破碎,呈碎裂松散結(jié)構(gòu)。 層厚1.5 ～3.0 m,屬軟石,開挖等級(jí)Ⅳ級(jí)。 推薦地基承載力基本容許值[fa0]=400 kPa。

3)3 層中風(fēng)化含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r:灰色、灰紫色,堅(jiān)硬,塊狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育-較發(fā)育,微張-閉合,隙面粗糙不平,鐵錳質(zhì)渲染,巖體較破碎-較完整,呈塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)-塊狀結(jié)構(gòu)。 巖石飽和抗壓強(qiáng)度Rc=116.6 MPa。 層厚大于10.0 m。巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅲ級(jí),屬堅(jiān)石,開挖等級(jí)Ⅵ級(jí)。推薦地基承載力基本容許值[fa0]=1 500 kPa。

4)4 層微風(fēng)化含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r:灰色、灰紫色,堅(jiān)硬,塊狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙較發(fā)育,閉合,隙面粗糙不平,巖體較完整,呈塊狀砌體結(jié)構(gòu),局部較破碎。 巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅱ級(jí),屬堅(jiān)石,開挖等級(jí)Ⅵ級(jí)。

工程總方量約189 828 m3,包括邊坡工程、截水溝、平臺(tái)水溝及排水溝開挖。

2 山體開挖環(huán)境

現(xiàn)場(chǎng)開挖山體需爆破施工,條件極其復(fù)雜,場(chǎng)地平整3 面均需要保護(hù)。 場(chǎng)區(qū)北側(cè)15 m 處為公司廠房、棧橋;東北側(cè)72 m 處為廠房和排水渠道,廠房地下有部分預(yù)埋工業(yè)水管;西側(cè)63 m 和98 m 處為縣道和高速公路;西南側(cè)22 m 處為公司辦公大樓;南側(cè)9 m 處為待拆建筑物和道路設(shè)施,開挖山體的周邊環(huán)境如圖1 所示。

圖1 開挖山體的周邊環(huán)境

爆破作業(yè)期間公司正常運(yùn)行,道路車輛正常行駛,場(chǎng)地內(nèi)有多家施工單位正在進(jìn)行護(hù)岸建設(shè),現(xiàn)場(chǎng)施工人員、設(shè)備、車輛較多,爆破條件極其復(fù)雜。

爆破作業(yè)期間必須確保爆破飛石、滾石不破壞建筑物和道路,同時(shí)避免爆破振動(dòng)對(duì)建筑物、路基及地下管線的影響,確保安全[1]。

3 山體爆破方案

由于爆破作業(yè)區(qū)域距離辦公樓、廠房以及高速公路距離較近,設(shè)計(jì)爆破方案時(shí),必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。 嚴(yán)格控制裝藥量、確定最小抵抗線以及選擇爆破作用指數(shù)是控制飛石的關(guān)鍵[2]。

在設(shè)計(jì)爆破方案時(shí),嚴(yán)格控制一次起爆藥量以滿足振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn),調(diào)整微差爆破時(shí)間提高爆破振動(dòng)頻率,調(diào)整爆破方向以及采用不同裝藥結(jié)構(gòu)等綜合減振。 同時(shí)考慮建(構(gòu))筑物的動(dòng)力響應(yīng),在安全的基礎(chǔ)上綜合考慮爆破效果和爆破工期。

采用弱松動(dòng)爆破,在爆破近區(qū),采用淺孔小直徑(38 mm)分散裝藥比常規(guī)集中裝藥爆破可降振60% ～75%[3]。 因?yàn)闇\孔分散裝藥爆破不能滿足工期要求,所以在“多鉆孔、少裝藥”的原則下,采用以深孔爆破為主、淺孔爆破為輔的爆破施工方案,嚴(yán)格控制最大單段藥量及深度。

4 爆破設(shè)計(jì)

4.1 邊坡預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)地形地貌條件、地層巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)理裂隙產(chǎn)狀與坡向的關(guān)系、風(fēng)化和破碎程度等條件,丘陵斜坡未見崩塌、滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害,天然邊坡穩(wěn)定性較好,具備采用深孔預(yù)裂爆破開挖邊坡的條件[4]。

邊坡分Ⅴ級(jí),其中Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)邊坡垂直高度均為10 m,邊坡角度分別為73.3°、73.3°、63.4°,Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)邊坡坡度均為53.1°。

炮孔采用軸向空氣間隔裝藥,徑向間隙裝藥,竹片綁扎,導(dǎo)爆索起爆。

主要爆破參數(shù)見表1(以Ⅰ級(jí)邊坡為例)。

表1 主要爆破參數(shù)

裝藥結(jié)構(gòu)包含3 個(gè)方面:孔口堵塞方法、長(zhǎng)度,線裝藥密度,孔底加強(qiáng)裝藥。 孔口用黃泥封堵藥包,堵塞長(zhǎng)度為3.0 ～3.5 m,在堵塞過程中,力求做到不過緊,使藥卷保持在孔中央的位置,孔底50 cm 為加強(qiáng)裝藥段,其余段為一條?32 mm 乳化炸藥藥卷捆綁在竹片上,靠孔口堵塞段1 ～2 m 為減弱裝藥,僅用一條?32 mm 乳化炸藥藥卷捆綁。

起爆網(wǎng)路采用分段起爆,每4 個(gè)孔為一段。 在同一時(shí)間段內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆,各段之間用MS-5段導(dǎo)爆管雷管引爆。

4.2 淺孔控制爆破設(shè)計(jì)

對(duì)于開挖深度小于5 m、無法滿足深孔爆破的區(qū)域及山體距建筑物較近的區(qū)域采用淺孔松動(dòng)爆破與機(jī)械破碎相結(jié)合的方法進(jìn)行開挖作業(yè),控制爆破效應(yīng)。

布孔形式采用單孔或梅花形;裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥;爆破深度在3 ～5 m 區(qū)域采用直徑為90 mm的潛孔鉆機(jī)鉆孔,3 m 以下區(qū)域采用直徑為38 mm手風(fēng)鉆鉆孔。

淺孔控制爆破的主要爆破參數(shù)見表2。

表2 淺孔控制爆破的爆破參數(shù)

4.3 深孔控制爆破設(shè)計(jì)

對(duì)于開挖深度大于5 m 區(qū)域采用深孔松動(dòng)控制爆破方法實(shí)施爆破開挖。

布孔形式為梅花形或矩形布置;裝藥結(jié)構(gòu)為孔底空氣間隔裝藥及徑向間隙裝藥;鉆孔采用直徑為90 mm 的淺孔鉆機(jī)鉆孔。

深孔控制爆破的主要爆破參數(shù)見表3。

表3 深孔臺(tái)階爆破的爆破參數(shù)

裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)性裝藥結(jié)構(gòu)及空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),如圖2 所示。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 起爆網(wǎng)路及起爆順序

1)起爆時(shí)間

決定微差爆破振動(dòng)強(qiáng)度的主要參數(shù)是分段裝藥量和延遲間隔時(shí)間[5],確定合理的微差爆破間隔時(shí)間對(duì)改善爆破效果與降低地震效應(yīng)具有重要作用。

微差間隔時(shí)間存在最佳值,選擇毫秒導(dǎo)爆管雷管,網(wǎng)路延時(shí)為75 ～380 ms[6]。

2)起爆網(wǎng)路

采用孔外延期爆破。 孔內(nèi)全部裝MS-10 段導(dǎo)爆管雷管,孔間用MS-5 段雷管接力傳爆,排間用MS-6 段雷管接力傳爆。 為確保爆破安全可靠,深孔裝2 發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管,爆破網(wǎng)路如圖3 所示。

圖3 主爆炮孔爆破網(wǎng)路及起爆順序

預(yù)裂爆破起爆網(wǎng)路采用分段起爆,每4 個(gè)孔為一段。 在同一時(shí)間段內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆,各段之間用MS-3 段毫秒導(dǎo)爆管雷管接力引爆[7-8]。 爆破網(wǎng)路如圖4、圖5 所示。

圖4 預(yù)裂爆破與光面爆破網(wǎng)路

圖5 預(yù)裂孔與主爆炮孔一次起爆爆破網(wǎng)路

3)爆破規(guī)模

采用分區(qū)控制爆破規(guī)模。 距離廠房和辦公樓20 ～30 m 的爆破區(qū)域,每次爆破1 ～2 排炮孔,總炮孔數(shù)不超過30 個(gè),爆破總藥量不超過350 kg;30 ～40 m 爆破區(qū)域,每次爆破不超過3 排炮孔,總炮孔數(shù)不超過60 個(gè),爆破總藥量不超過700 kg;其他爆破區(qū)域,每次爆破不超過4 排炮孔,總炮孔數(shù)不超過150 個(gè),爆破總藥量不超過2 000 kg。 淺孔爆破,每次爆破總藥量不超過200 kg[9]。

5 爆破安全防護(hù)

由于爆破作業(yè)的周邊環(huán)境極其復(fù)雜,公司必須連續(xù)運(yùn)營(yíng),高速路不能封閉,所以必須杜絕爆破飛石。

對(duì)爆破過程攝像分析,修正爆破參數(shù)。 采用攝錄機(jī)對(duì)爆破過程進(jìn)行拍攝分析,通過沙袋、炮被運(yùn)動(dòng)軌跡,分析發(fā)生飛石的可能性。 通過選擇合理的爆破作用指數(shù)、提高堵塞質(zhì)量、不耦合裝藥、空氣間隔裝藥、孔口覆蓋沙袋、膠質(zhì)炮被和高強(qiáng)度網(wǎng)覆蓋等措施控制飛石產(chǎn)生;設(shè)置保留巖體,阻擋爆區(qū)側(cè)向飛石;炮口堵沙袋,并用炮被覆蓋,以控制爆破飛石[10-12]。

爆源至廠房、辦公樓、虹三線縣道、中心控制室設(shè)備、S26 諸永高速路基、后江隧道的最近距離分別為20、27、68、69、103、215 m。 根據(jù)被保護(hù)物的爆破振動(dòng)控制閾值計(jì)算出其距爆破點(diǎn)不同距離時(shí)的允許最大單段藥量[13],見表4。因?yàn)楦咚俟仿坊?、縣道及后江隧道與爆破區(qū)的距離遠(yuǎn)大于辦公樓,而爆破振動(dòng)控制值相同,因此,表4 不再列出其允許最大單段藥量。

表4 被保護(hù)物在不同距離時(shí)的允許最大單段藥量

由表4 可知:

1)距廠房30 m 以內(nèi)區(qū)域最大單段藥量控制在12 kg 可以保證被保護(hù)物的安全;距廠房30 ～40 m以內(nèi)區(qū)域最大單段藥量控制在39.8 kg 可以保證被保護(hù)物的安全;

2)距辦公樓30 m 以內(nèi)區(qū)域最大單段藥量控制在12 kg,30 ～40 m 以內(nèi)區(qū)域最大單段藥量控制在24.6 kg 可以保證被保護(hù)物的安全;

3)其他區(qū)域最大單段藥量控制在40 kg 可以保證被保護(hù)物的安全。

6 結(jié)語

1)爆破作業(yè)工程量較大,并且爆破環(huán)境極其復(fù)雜,采用控制爆破技術(shù)解決了山體開挖工期緊張的問題。

2)采用弱松動(dòng)爆破技術(shù)方案,不耦合裝藥、空氣間隔裝藥,同時(shí)優(yōu)化最大單段藥量,滿足了被保護(hù)物的爆破振動(dòng)控制閾值;通過對(duì)炮孔口壓沙袋和覆蓋膠質(zhì)炮被,控制了飛石的產(chǎn)生,保證了公司的正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及高速路、縣道的正常通車,實(shí)現(xiàn)了工程爆破作業(yè)的安全目標(biāo)。