复杂环境下深孔台阶爆破技术

复杂环境下深孔台阶爆破技术

谈世兵楚锦新

谈世兵楚锦新

（中交一航局第四工程有限公司，300456）

【摘要】本文以神华福建罗源湾港发电厂取水工程基坑爆破为工程背景，针对复杂的爆破环境，采用深孔台阶爆破，运用逐孔爆破、孔间微差等非电起爆控制爆破技术，保证了爆破时围岩的稳定，对周围环境干扰小，取得了良好的爆破效果，实现了基坑爆破的安全、快速施工。注：本文第一作者职务为项目总工程师，此文于2016年2月完成。

【关键词】深基坑开挖；深孔爆破；控制爆破

1．工程条件分析

1.1工程概况

神华福建罗源湾港储中转发电一体化项目发电厂取水工程，在取水隧洞入海处为一座闸门井，用于连接引潮沟和取水隧洞。闸门井设计为大开挖干地施工法，需要进行深基坑爆破开挖施工，周围环境复杂。深基坑位于岸边一座土石山位置，三面环水。深基坑北面紧邻一条土石道路，路宽8m，行人及车流量大，道路北侧紧邻海面；深基坑西北方向距离61m处有一座新建的沉箱泊位码头；深基坑西侧8m处有一条宽为7m的土石道路，平时过往车辆较多；深基坑东南侧紧邻一条宽7m的土石道路，该路紧邻当地渔民的渔船泊船海湾；深基坑东侧56m处为一栋5层办公楼。闸门井基坑位置山体较其北侧道路高出16m，基坑深18.7m，基坑底边线尺寸为65×57m，基坑边坡按1︰0.3放坡，爆破开挖石方量约16万m3，基坑开挖工期为90天。

1.2工程地质条件

根据钻孔成果和现场调查，结合地区经验，取水隧道岸边闸门井一端上覆地层主要为素填土，岩性主要为抛填块石；下伏基岩为中等风化凝灰熔岩，较硬岩，f=6.5，岩体较完整，岩石岩体基本质量等级为Ⅲ级。

2．爆破方案及爆破参数确定

2.1爆破方案的选择

由于深基坑爆破开挖现场周围环境复杂，如何控制爆破震动和飞石等影响是确保基坑开挖能否顺利施工的关键。为了达到良好的深孔爆破效果，爆破破碎质量好，满足挖掘机的挖装要求，提高挖装效率，避免出现大块进行二次爆破或用液压破碎锤肢解，必须合理确定台阶高度、炮孔超深、网孔参数、装填长度和炸药的单位消耗量等参数以及装药结构、起爆网络等爆破技术合理运用，在参数设计合理的情况下，达到技术经济的合理性，从而达到施工高效、经济的目的，同时达到降震以保护周围环境的目的。

爆破施工中降震考虑，采用微差起爆技术严格控制单响药量，有效降低震动效应的影响。根据距离建筑物远近设计最大单响药量，通过微差网路，控制不同距离、不同单响药量，缩小震动影响范围。在起爆网路设计时，对炮孔进行合理组合，有目的地降低单响药量，达到减震的目的。为形成良好的自由面和自由面空间，避免形成“闷炮”以减少震动的影响，需注意起爆顺序和方式，为此，通过掏槽先创造良好的自由空间，后沿自由面顺序起爆，减少对后排孔的阻挡作用，以达到一定的减震目的。

本工程爆破方案确定为非电导爆管延期雷管起爆系统进行深孔爆破，基坑内深孔爆破每层先进行掏槽爆破，在基底上预留1.6m厚建基面保护层采用小炮进行控爆。深孔爆破采用液压潜孔钻机成孔，孔内外毫秒延期网络爆破技术方案，孔内使用高段位雷管，孔外使用低段位雷管。深孔爆破采用低炸药单耗，孔内连续不耦合装药结构，接近等边三角形（梅花形）布孔。

2.2爆破参数优化设计

2.2.1炮孔直径d

根据基坑离被保护构筑物距离及计划爆破台阶高度，在满足爆破震动满足规范要求的情况下，确定出最不利时单孔或2孔齐发爆破时的最大药量，再根据最大药量和药卷直径确定出炮孔直径。经计算，确定本工程炮孔直径为。

2.2.2布孔方式

根据工程爆破开挖的要求，炮孔布置采用了爆破效果较好的三角形（梅花形）布孔方式。

为加快施工进度，经综合比较，采用了钻孔速度快、成孔技术简单且易于控制成孔质量的垂直炮孔布孔方式。为尽量避免倾斜炮孔钻孔速度慢、操作技术复杂、易发生钻凿事故的不足，只是在每层掏槽爆破时才采用倾斜炮孔，以最大限度地减少倾斜炮孔的数量来加快施工进度。在进行基坑掏槽爆破时，为保证掏槽效果，采用倾斜炮孔。

为减小爆破震动，一般以不超过4排炮孔分次分段进行控制爆破，根据每次爆破区段离被保护构筑物的远近及孔深情况，采用逐孔起爆或2孔齐发爆破方式，以控制每次齐发爆破的总药量，尽可能将爆破震动降到最低以满足规范要求。

2.2.3台阶高度H

台阶高度是深孔爆破的重要技术参数之一，其选取合理与否，直接影响到爆破的效果和碎石装运效率以及挖掘机械的安全。

根据本工程标高实际情况，基坑边坡顶面标高以上的山体爆破开挖台阶高度确定为8m，基坑边坡顶面标高以下爆破开挖台阶高度确定为5.7m。

2.2.4底盘抵抗线W

为避免残留根底和克服底盘的最大阻力，采用底盘抵抗线代替最小抵抗线，底盘抵抗线是影响深孔爆破效果的重要参数。

底盘抵抗线同炸药威力、岩石可爆性、岩石完整性、钻孔直径和台阶高度等因素有关。这些因素及其相互影响程度很复杂，很难用一个数学公式表示。需依据具体情况，通过工程类比计算，在实践中不断调整底盘抵抗线，以便达到最佳的爆破效果。

本工程中采用按钻孔直径确定底盘抵抗线的方法：

K—系数，与岩石坚固性系数f有关，一般取K=32～38；d—钻孔直径，mm。

W一般在2.5～3.5m之间，根据本工程勘测的岩石情况，w取2.6m。

2.2.5孔距a与排距b

孔距a与排距b取值合理与否，对爆破效果产生重要的影响。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与抵抗线W的比值，即，一般m=1.0～1.4。

根据公式，本工程取值m=1.0～1.25，则a=2.6～3.25m，取a=3m；本工程采用等边三角形钻孔，则，取b=2.6m。

2.2.6超深h和孔深L

超深与岩石的坚硬程度、炮孔直径、底盘抵抗线有关。超深按h＝（0.12～0.3）H确定。岩石松软、层理发达时取小值，岩石坚硬时则取大值。根据本工程情况，取值，即台阶高度H=8m时取h=1m，台阶高度H=5.7m时取h=0.7m。

根据孔深，因此，本工程台阶高度H=8m时取L=9m，台阶高度H=5.7m时取L=6.4m。

2.2.7填塞长度L2

爆破时为避免飞石的产生，尤其杜绝个别炮孔飞石垂直升起和冲炮现象，避免爆炸能从孔口冲出，合理填塞长度，在本工程中，取1.8～3.6m。

2.2.8单位耗药量q

因基坑爆破开挖施工，在钻孔内可能存在部分水，因此本工程采用2号岩石乳化炸药。

本工程基坑开挖区域岩石普氏系数f=6.5，根据《水运工程爆破技术规范》JTS204-2008表4.3.7-1，q=0.21～0.47kg/m3，根据现场试炮及临近现场山体爆破用药情况，实际取值q=0.4kg/m3。

2.2.9单孔药量

k—后排孔因岩石阻力而增加的系数，采用微差爆破时取K=1.0～1.2，本工程取k=1.0，台阶高度H=8m时单孔药量q=25kg，台阶高度H=5.7m时单孔药量q=18kg。

本工程炸药采用φ70型药卷，单根重量2kg/节，每节有效长度47cm，装药长度L1=Q/2×0.47，填塞长度L2=L-L1。

2.2.10网络设计

本工程采用不耦合装药结构，采用φ70mm药柱。考虑到岩石为软岩石，为加快装药施工进度，考虑连续装药结构。为有利于提高爆破质量，延长爆轰波应力作用时间和爆轰产物在炮孔内的作用时间，减少正向起爆爆轰能量的逸出，降低大块率，降低炸药消耗量和改善爆破作用的安全条件，采用反向起爆。台阶高度8m时,布置2个起爆药包，两个起爆药包分别放置在总装药长度的1/4和3/4处；台阶高度5.7m时布置1个起爆药包，起爆药包放在孔底1/4药柱长度处反向起爆。

由于国产导爆管雷管延时精度有一定误差，段位越高，延时精度越差。为了避免孔内高段位雷管的延期误差大于孔外低段位雷管的延期时间，出现后面孔比前面孔先爆，出现“跳段”现象，影响爆破效果，甚至造成安全事故。因此，本工程非电导爆管雷管起爆网络采用孔内高段位雷管（ms13)，孔外低段位雷管（ms3、ms5），以达到孔内外高低段位雷管的最佳配合。

2.2.11爆破震动计算与震动监测

由于本工程临近两个码头，且周边存在码头附属用房及五层办公楼，爆破施工作业势必对周边建筑物产生影响，因此，必须根据设计参数计算不利状态的震动速度。

露天深孔爆破主震动频率取10Hz＜f≤50Hz，满足《爆破安全规程》（GB6722-2014）中13.2.2表2爆破震动安全允许标准规定，设计方案合格。为了确保将爆破震动控制在规范允许的范围内，达到保护周围环境的目的，现场配备了爆破测振仪监测每次爆破的最不利情况的震动峰值，并验证爆破设计震动计算的合理性。通过对监测结果和理论计算值分析，根据爆源与被保护建筑物间距离的远近，适时调整网路连接方式，加快联网速度以缩短联网时间，并保证爆破安全。

3．应用效果

每次爆破施工过程中，采用TC-4850爆破测振仪对附近建筑物共进行26次质点震动速度监测，实测最大值为2.31cm/s，最小值为0.646cm/s，均未超出相关规范要求，对附近建筑物门窗及墙壁宏观检查发现无裂缝及破碎现象。将每次质点震动速度计算值与实际值进行比较，计算值与实际值累计误差平均值为0.07cm/s，误差较小，本工程各参数取值合理。通过爆破监测及现场检查发现，本工程根据复杂环境要求和地形地质特点选择的爆破方案设计合理、技术可行、安全可靠，减震措施有效；爆破效果较好，达到设计预定目标。

4．结论

选题以神华福建罗源湾港发电厂取水工程基坑爆破为背景，研究了复杂环境深孔台阶爆破，取得成果如下：1）采用深孔台阶爆破开挖，仅用67天时间。目前已开挖至深基坑建基面保护层（距基坑底标高约1.5m），比预定工期提前10天，经济及进度效益明显。2）依工程岩层性质，选择合理的爆破参数，控制最大装药量，使爆破产生的震动速度低于规定值，满足了复杂环境的安全施工需要。3）合理的装药结构，降低了炸药爆炸的初始压力及爆破应力峰值，延长了爆生产物膨胀的高温高压过程，有利于岩石的破碎和减小震动。4）本工程非电导爆管雷管起爆网络采用孔内高段位雷管，孔外低段位雷管，达到孔内外高低段位雷管的最佳配合，有力的保证了爆破效果。

参考文献：

[1]汪旭光.爆破设计与施工[M]。北京冶金工业出版社：谭学余，2011.224-238.

作者简介：

谈世兵，男，四川人，1975.2.14生人，中交一航局第四工程有限公司，中级职称

楚锦新，男，湖南人，1986.9.6生人，中交一航局第四工程有限公司，中级职称