浅谈土石方爆破施工技术

浅谈土石方爆破施工技术【摘要】本文结合##工程，介绍了土石方爆破技术、起爆方案设计，并对土石方爆破施工工艺、方法进行了分析，以供今后施工参考。【关键词】土石方爆破施工技术1工程概况及地质概况1.1工程概况在##工程平基工程总开山爆破量为175万m3(合同量)，其中II标承担开山爆破量为87.5万m3。本标段全长240m（以开山挖方边坡坡脚长度计算），位于小麦屿北侧，距疏港隧道最小距离60m,距下清塘村村民房屋最小距离10~40m（计划拆迁）。北临乐清海湾，开阔无明显建筑物，便于爆破及土方挖运作业。开山区山顶有一条高压线路，区内有当地居民坟墓、鱼塘及果园（拟定拆迁）。山形10～50m山坡较缓，50～110m山坡陡峭，钻机上山及钻孔有一定难度。工程开竣工日期：03年6月28日～04年3月10日。1.2施工特点1.2.1本工程施工工期紧，施工场地狭小。1.2.2厂址坡底附近100m有一条疏港隧道(隧道距坡顶最小距离为60m)、居民房屋等构筑物，对石方爆破施工技术安全要求高。1.2.3厂区另有一家土石方施工队伍，要求对石方爆破的严格统一协调作业。1.3地质情况爆破区内边坡岩性较为单一。主要呈浅灰紫色流纹质（含角砾）晶屑玻屑熔结凝灰岩，局部地段角砾含量有所增加并含少量集块。主要表现为：（1）表层0.1～1.0m为粘土层；（2）第二层1.0～1.5m为强风化岩石层；（3）第三层1.5～2.5m为弱风化岩石层；（4）第四层即2.5m以下为坚硬岩石。其饱和单轴抗压强度为60.9MPa，晶屑含量为25%。开山区地下水位一般在0.5～1.2m（绝对高程）范围内。在正常情况下（除雨季外），爆破宜采用2号岩石硝铵炸药、多孔粒状铵油炸药及少量乳化炸药，作为起爆药包。开山区地形地貌复杂程度为二级地基，爆破条件良好。2施工部署2.1施工队伍部署根据本工程的施工特点及工期要求，土石方施工队伍每天的施工量高达6000m3。为此经理部组建了两支专业的爆破队伍，两支队伍分时段分别作业，互不交叉。以此保证土石方施工队伍的需求。2.2程序部署根据实地考察，石方爆破作业区分四个工作面，分台阶从上至下作业，以最大程度减少施工难度。具体部署见施工总平面布置图。2.3需求计划2.3.1机械设备需要计划在工程开工前,对投入本工程施工的机械设备进行全面检修,机械设备处于完好状态,并决定于5月6日前全部到场。具体机械设备见下表1。表1机械设备需要计划序号设备名称规格型号数量生产场地制造年份进场日期1潜孔钻KQJ10010太原99.025月1日进4台2潜孔钻φ1002美国995月1日进1台3空压机2V-12/78北京00.015月1日进4台4液压冲击器山水3韩国99.015月1日进1台5起爆器GM200GM20003湘西00.025月1日进1台6爆破安全报警器2湘西015月1日进2台注：其它设备5月6日全部进场2.3.2劳动力需求计划为满足现场高强度作业需求，经理部配备两支爆破队伍（爆破一处和爆破二处）。设置队长2名、爆破工程师2名、专职质量员和专职安全员各2名，爆破作业手30名，普工20人。2.3.3爆破材料的需求计划根据招标文件工程量计算，我部共需炸药量为450吨，雷管100000发。3施工方法3.1爆破施工流程见图1。图1爆破施工流程3.2爆破设计3.2.1设计要求爆破区警戒爆破参数选择炮孔布置及药量计算爆破网络设计安全验算及措施料具准备现场准备人员组织连接电源现场勘察及收集资料制定爆破计划爆破设计连接起爆破网络炮孔检查验收爆破施工当地公安局审批标定炮孔位置装药与堵塞药包制作安民告示爆破现场检查及处理瞎炮解除警报起爆（1)爆破后石方粒径15㎝以内的不小于总量的三分之一，边坡达到设计要求；（2)爆破参数的确定经爆破块度级配试验确定；（3)爆破产生的震动不能对周围建筑物产生破坏效应；(安全距离60m)（4)爆破飞石距离必须满足GB6722-2003《爆破安全规程》中的要求；（5)对设计的永久边坡，应确保不破坏坡面。3.2.2施工与爆破方案:为满足爆破工程施工技术要求,保证满足大型机械化作业的需求,我部通过实地考察,详细分析山体岩石的结构特点及强度特征,确定采用深孔台阶微差挤压爆破为主要爆破方案。其主要作业区域为边坡坡脚以北区域，总土石方量约为60万立方米。对临近边坡地段的爆破除采用预裂爆破技术外还将综合应用光面爆破技术和缓冲爆破技术，主要区域为边坡临空面。确立这样的爆破方案既保证了边坡坡面不爆损，又可较好地控制爆渣的破碎级配。现场大块径的石块配合少量的二次改爆作业。3.2.3爆破技术参数的确定普通爆破参数的选择⑴台阶高度H和孔径口D及钻进倾角β。结合工程实际情况，取H=10～12m，孔径D=100～115㎜。钻进钻进倾角β取75°。⑵超深h超深按下式确定：h=0.15～0.35W底。⑶孔深LL=H+h⑷底盘抵抗线W底按下式确定W底：W底=（0.6～0.9）D，(此为单孔起爆时W底值)底盘抵抗线受许多因素的影响，变动范围较大，现场可根据实际情况调整。孔距a、排距b孔距a可按下式计算：a＝m·w底式中：m——炮孔密集系数,取1.2;本工程取a=3.0～6.0m；b=2.5～3.0m⑸布孔形式采用三角形（梅花型）布孔。堵塞长度L确定合理的堵塞长度和保证堵塞质量，对改善爆破效果提高炸药能量利用率具有重要作用。L=（20～40）D本工程L可取3.0～4.0m。⑹每Q孔炸药量Q=q·a·W底·H式中：q——单位炸药消耗量，取0.35～0.4kg/m3;a——孔距，取值a=m·w=1.2×2.5=3m；W底——底盘抵抗线，2.5m；H——台阶高度，20m。Q=q·a·W底·H=0.4×3×2.5×20=60kg，多排孔布孔时第一排的单孔炸药量约为60kg。多排孔布孔时第二排的单孔炸药量由下式确定:Q=k·q·a·b·H式中：k—考虑受当前各排孔的矿岩阻力作用的增加系数，一般取1.1～1.2；b—排距，取2.5m；其余符号同前。则Q=k·q·a·b·H=1.2×0.4×3×2.5×20=72kg即多排孔布孔时，第二排的单孔炸药量约为72kg。本工程拟采用2#岩石硝铵炸药和多孔粒状铵油炸药两种，不同品种炸药须换算后得到单孔炸药量，起爆药包不小于单孔装药量5%乳化炸药，即5㎏。3.2.4起爆方案设计本工程拟采用非电毫秒导爆管起爆系统，原则上采用对角起爆或V型起爆（如附图5所示），以形成小抵抗线、宽孔距爆破，控制爆堆塌散方向、位置和岩石块度，并有效控制一次齐爆药量，减少爆破震动。各段微差间隔时间取25～50ms。3.2.5非电导爆管微差挤压技术非电导爆管微差挤压技术是我们在石方开挖中所采用的新技术。该技术采用高压聚乙烯材料制作的管子（外径3㎜）作为导爆管，利用微差火雷管产生合理的孔内和孔外微差，延期间隔为十几毫秒到几十毫秒，使各药包产生的能量相互影响而发生一系列良好的效果。该技术能达到以下几个技术效果：⑴爆破的碎块大小均匀，大块率大大降低，大部分石块粒径能满足≤15㎝的要求，提高工效1.5倍；⑵减少爆破飞石这个爆破作业中很难解决的问题，确保了工程施工的安全，为业主和我们都提供了方便；⑶采用非电导爆管微差挤压爆破，直接成本比原来降低35%，间接成本比原来降低更多；⑷施工环境的适应能力强，能在有散杂电流、静电、射频、负电或雷电干扰等无法进行电爆起爆的情况下正常施爆，加快了工程进度。⑸降低瞎炮出现的几率，对起爆后的网络能直观地检查出是否有瞎炮，从而减少各种事故的发生。具体爆破网设计及基本原理如下：非电导爆管起爆系统的组成是以起爆网络的形式在爆破作业中的使用，网络组成的基本单元为导爆管、雷管（组合雷管）。实际施爆中的联网视施爆物体及工程要求而进行，连接网络形式多采用串联、并联和并串联网络。它的基本原理就是合理的孔内和孔外微差，延期间隔时间是十几毫秒到几十毫秒，由于前后相邻药包爆炸时间间隔极短，致使各药包造成的能量相互发生影响产生一系列的良好效果。先起爆的炮孔相当于单孔漏斗爆破，在压缩波和反射拉伸波以及爆破气体的作用下，在漏斗体内生成较多的交叉裂隙。接着第二组微差延发的炮孔起爆，后起爆炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有改变，加强了入射波在自由面方向的破碎岩石的作用，使爆破能量充分利用。两组爆破的岩石体产生的应力波相互叠加，增强了应力波的作用，提高了破碎效果。当第一组炮孔爆落的岩石体产生位移，接着第二组炮孔爆下的岩石体朝新形成的补充自由面飞散产生相互碰撞，充分利用爆破产生的动能增加破碎效果，并可使爆破堆比较集中，提高了装铲能力。由于前后两组药包起爆间隔极短，所以震波能量是分散的，也就大大降低了爆破地震等作用对周围环境的影响。根据施爆区的现场情况分析，我们采用的非电导爆管微差挤压爆破技术不仅满足该工程的需要，而且会取得很好的社会和经济效益。3.2.6附近设施防护及验算⑴在隧道及居民区设置爆破振动速度监测点，并输入电脑贮存(仪器型号为TOPBOX),以确保隧道及居民住宅的安全无误。⑵爆破震动防护爆破震动安全距离可由下式计算：R=Q1/3(K/V)1/α式中：R——爆破地震安全距离，与爆破场地条件有关取mQ——最大一段装药量取2000kgK——系数，与爆破场地条件有关取150α——衰减系数，与地质条件有关取1.5V——震动速度取15m/s1/K——药量指数，取1/3则R=Q1/3.(R.V)1/α=20001/3€150/15)1/1.5=57.5m＜150m安全实际施工中还可根据不同爆破部位需保护目标的距离来确定最大一段起爆药量。（不超过2吨）为了确保爆区周围人和物的安全，必须将爆破地震的危害严格控制在允许的范围内。根据影响爆破地震的因素，目前控制爆破震动速度的方法主要有以下几个方面：①选用多孔粒状ANFO炸药，实践证明，增加装填系数提药柱高度，是获得理想岩石粒径的有效措施。尽量限制一次爆破时的最大用药量。采用孔内外微差分段起爆手段可减少起爆药量，控制炸药多余能量的释放。选用适当的单位炸药消耗量。过大的单位炸药消耗量会使爆破震动与空气冲击波都增大，并引起岩块过度的移动或抛掷，它是产生飞石的主要因素。选择适当的装药结构。装药结构对爆破地震效应有明显的影响。装药越分散，地震效应越小。②采用微差爆破技术减震。大量实验研究表明在总装药量和其它爆破安全条件相同的情况下，微差爆破的震动速度比齐发爆破可降低10~60%。可以证明微差爆破降震率[€%]=V-V‵/V=1-n2/3式中：V、V‵——齐发爆破和微差爆破时的最大震速；n——齐发爆破总装药量与微差爆破最大药量之比。3.2.7飞石防护⑴严格控制药量，在影响爆破飞石诸因素中，装药量是主要因素之一。除正确确定最小抵抗线外，爆破作用指数函数f(n)的选择是控制飞石产生的关键。⑵合理布置药包，根据爆破要求，被爆体的性质，岩石的结构和层理性质，综合考虑确定药包布置。⑶采取微差爆破，无论是浅孔爆破，还是深孔爆破，切忌放齐炮。爆破实施表明，多炮一次齐鸣，或多炮顺段爆破，破碎度得不到保证，爆破震动较大，爆破效果不好，容易产生较多飞石。一般来说，在爆破震动安全允许的条件下，每个药包或每组药包，应以隔断或跳段安排起爆顺序，这时控制飞石颇为重要。⑷加强防护措施，尽管在爆破中，作了精心设计，科学施工，但影响飞石的因素很多，为防止万一，在爆区附近还是要加强防护，对飞石的人身防护是撤离危险区，并加强警戒。当因工作需要不能撤离时，可以修建足以抵御飞石的避炮栅，以便及时躲避。此外还应在爆区四周安全距离内外，设封锁线和信号，以防止飞石对人员和物体的危害。对建筑物的防护，可用覆盖方法防止飞石危害。在临近公路及隧道附近爆破时，改变爆破最小抵抗线方向避开保护对象。为确保安全，在邻近隧道公路及建筑物附近的大块用液压破碎器破碎。3.3边坡保护措施临时边坡部分采取光面爆破或预裂爆破。因第四平台以上山体陡峭，开挖层较薄，采用光面爆破，第四平台以下采用预裂爆破，其主要参数如下：3.3.1钻孔直径dd=80mm3.3.2炮孔间距a=(7～12)d取a=1.0m3.3.3线装药密度Q线=0.034[€%]压]0.