浅谈爆破技术在工程中的应用

浅谈爆破技术在工程中的应用胡卫平姚广成【内容摘要】本文以潭邵高速为例，介绍爆破技术在工程中主的应用，从爆破方案选择、设计、施工组织、安全措施等几方面进行了的详细阐述。尤其是爆破设计及安全措施方面作了更细致阐述。【主题词】爆破技术设计施工组织安全措施一、工程概况潭邵高速十二合同大部分经过灰岩路段，地形、地质较复杂。途经沿线有几处较大的石山。现就K125+000～K125+500段的石山为例，浅述一下石方爆破在施工中的应用。K125+000～K125+500段石方位于密阳峰山上，线路走向近南北，路基开挖下口宽度最大为30m左右，最大开挖深度为9m，切方较深。公路征地线在乡道公路边界处，距离施工区域最近15m左右有民房，这一点在爆破施工时应注意。该区域的组成地层主要为石灰系，局部岩石破碎，因爆破对岩体强度的层面粘聚力的损失较敏感，因此路堑施工时合理的爆破技术的选择尤为重要。还要严格控制药量的爆破引起的加速度。二、爆破方案的选择：1．K125+000～K125+500段内预计石方30000m3,爆破区域内地形变化较大，且固石较多，爆破开挖计划为3个月，本段内切方深度较大，采用浅眼爆破与中深孔爆破相组合的方式，由于离民房较近，宜采用减弱松动控制爆破。2．在主体爆破前，先沿边坡实施预裂爆破，进行边线控制，用以减少主体爆破对边坡稳定性的影响，上部边界保留部分采用浅眼爆破修成设计坡面。3．由于本区域固石偏多，无法使用大型爆破。三、爆破设计：1．预裂爆破：在主体爆破前，首先沿公路设计的边坡线爆出一条通道。进行边线控制爆破，经比较密孔法、护层法和预裂法进行比较采用预裂法进行爆破。1）、钻孔深度L：为避免主体爆破对边坡的影响及独体石方，一般用3m左右扦杆钻眼。2）、钻孔间距a：本段内的岩石不成整体，无法定间距。3)、单孔药量和每米装药量：a、预裂爆破中，单孔药量是用体积形式的多边界药量计算公式计算的，取药包性质指数为：0.1～0.4，则单孔半装药量（预裂爆破孔内的间隙一般不充填，药卷应固定在孔的中内或靠近崩落区的一侧）计算公式：Q裂=（0.1-0.4）Ka2L式中:K--形式标准抛掷时的单位耗药量，L--钻孔深度mb、每米炮孔装药量（即线装药量）Q线Q线=（0.1--0.4）Ka2根据上式计算结合实地经验数据定量。4)、为了保证孔段内的破碎效果，孔口堵塞长度取1.5m～2.0m。钻孔底部为克服岩体的夹制作用，加强底部岩石的破碎程度，应加大底部的装药量，底部加药的长度取1.5～2.0m，加药量为该孔线装量的2倍。5）、预裂爆破网络采用导火索起爆网络一次同时起爆，每次起爆20个炮，符合爆破设计安全要求。6)、预裂爆破时应注意的事项：a、准备爆破时，首先要平整场地，清除预裂线两侧一定范围内的覆盖层或浮渣等，清理的范围可以根据所采用的确定，要能满足钻机的作业和行走。b、钻孔时，必须严格控制质量，允许的偏斜度应控制在1度以内。开孔时，由于岩面不平整或与钻进的方向不呈垂直，往往容易引起孔口的偏离，此时，可以采用人工撬凿或用冲击的方法，凿出孔口位置，经检查无误后，方可钻眼。2、浅眼爆破：针对开挖深度为3.0m浅眼爆破进行参数设计与其它大方量爆破使用的方案。1）、爆破台阶高度H的确定：通常H=1～3m，这里取H=3.0m2）、钻孔直径：用18型风枪穿孔，炮眼直径为42mm。A、前排抵抗线：WW=（20-50）d根据岩性条件，确定W=1.2mB、孔间距：aLaL=mw密集系数m通常大于1，此处aL=1.5mC、排间距：bLbL=（0.8--1.2）WbL=1.2m确定为：排间距bL=1.2m，孔间距aL=1.5m主体爆破的钻孔采用梅花型布置。3）、炮孔深度L：为了预防爆破欠挖，爆破要考虑超钻，根据实践经验，超钻深度用下式计算：h=(0.15--0.35)W结合岩性情况，确定超钻h=0.20m炮孔深度L=H+h=3.2m4）、炸药量单耗根据岩性及构造特性，结合其它爆破参数的选用情况，炸药单耗为q=0.3-0.4kg/m3。由于炮孔有水，炸药采用2#岩石乳性炸药。5）、每孔炸药量计算：Q=qabL根据上述数据可以计算出每个炮孔的装药量，炮眼装药量Q=2.0kg，由于每卷药卷的长度为200cm，重量为0.2kg，所以每眼装10卷乳化炸药。6）、堵塞长度L1：为了达到安全、经济和高效的目的，要求炮孔堵塞长度L11.0m。3、其它条件下浅眼爆破设计其它条件下的爆破设计孔网参数确定依据与3.0m开挖深度的浅眼爆破设计相同。下面仅将不同炮孔深度L条件下的炮孔排间距b、孔间距a、装药量Q和最小填塞长度L1列于下表中。不同开挖浓度时的爆破参数表1炮孔深度L（m）1．01．52．02．5排间距b(m)0.81.01.01.2孔间距a(m)1.01.21.51.5装药量Q(g)30065010001600填塞长度L(m)0.70.90.90.94、设备配置、火工品型号设备配置表2设备潜孔品10m3空压机1.83型空压机18型风钻放炮器雷管检测仪数量2台2台3台6支2台1台火工品表3器材乳化炸药乳化炸药非电导爆管电雷管导爆索规格D85mm标准型1--10段1--5段备注导爆管长10m脚线长3m防水5、爆破网络及起爆方式：为了预防产生盲炮，保证起爆网路安全起爆，便于网络联结，最好用塑料导爆雷管起爆。中深孔爆时，每孔装两个起爆体，用两发塑料导爆管雷管起爆：浅眼爆破用一发塑料导爆管雷管起爆。用电雷管起爆时，一次爆破过程中必须使用同一厂家，同一生产批号的，电阻差很小的雷管，选用的放炮器必须具有足够的起爆能。中深孔爆破时，每孔装两个起爆体，用两发电雷管起爆，这两发电雷管并联，采用大串联方式连线。起爆体放置于装药中部位置。为了达到减振的目的，采用毫秒微差爆破。主爆孔的微差时间为25ms，预裂孔与主爆孔间的微差时间间隔为150ms。6、爆破安全验算1)、爆破振动的安全设计与校核：a、爆破振动允许振速爆破地震是由炸药在地表中或在地面上的建（构）筑物等介质中以弹性波的形式所引起的介质点振动效应，它与自然地震相同之处在于：两者都迅速的释放能量，并以波的形式向外传播，引起介质点振动，产生地震效应。二者的不同之处在于：①、自然地震的震源通常处于地层深部，释放出的能量巨大，造成的破坏大、范围广，人类难以控制；爆破地震的震源在地表浅层或地表以上，炸药释放的能量有限，影响范围和危害程度可根据被保护对象通过精心设计进行控制。②、爆破地震频率较高，持续时间短，一般爆破地震频为40～50HZ，大大超过了一般建筑物的自振频率，持续时间为0.1～2秒；自然地震属于低频振动，频率为2～5HZ，与一般建筑物的频率接近，易产生共振现象，其持续时间为10～40秒。③、爆破振动的振幅大，但随着与爆破中心距离的增加而迅速衰减，对周围影响范围小，自然地震振幅小，但衰减慢，持续时间长，因而其破坏能力大，影响范围广。综上所述，在同一地点两种地震参数相同的情况下，爆破地震对建筑物的影响和破坏程度要比自然地震轻的多。当按自然地震裂度设计规定时，允许将其烈度提高1～2度作为爆破地震裂度的设计值。根据《爆破安全规范》，爆破振动速度可按下式计算。V=K（Q1/3/R）α式中：V--被保护物处的质点振动速度，cm/sK--介质性质、爆破方式等有关的系数；α--与传播途径和地形有关的系数Q--同时起爆单段最大装药量（kg），R--爆破中心到被保护物之间的距离根据工程类别,此处取K=100,α=2.5我国根据国内外近几年测地震所积累的资料,在爆破安全规程中对各类建筑物所允许的安全振动速度作了如下的规定:⑴、土窑、土坯房、毛石房屋为：1cm/s⑵、一般砖房、非地震区的大型砌块建筑物为:2～3cm/s⑶、钢筋砼框架房屋为：5cm/s⑷、水工隧洞：10cm/s⑸、交通隧洞：15cm/sQ=R3（V/K）3/n为了确保民房安全，选取民房允许的最大振速为：2cm/s。根据上式计算出距爆区不同距离所允许的最大一次单响起爆药量，具体数据列于下表：不同爆破距离处的单响最大药量表4距离R（m）1015202530354045药量Q（kg）93070140240380570820在实际操作中为确保边坡不受到爆破震动的破坏，单响起爆最大药量不超过800kg。2）、减振措施为了确保被保护对象的安全，进一步减小爆破振动，采用以下减震措施：⑴、采用段多段微差起爆，分越多，爆破振动越小，并严格控制单段起爆药量不超过允许值。⑵、选取合理的微差起爆的间隔时间和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动，消除夹制爆破的条件。⑶、优化爆破参数，降低单位炸药耗量。⑷、为降低爆破振动对边坡的影响，应用预裂爆破。⑸、在露天深孔爆破中，防止采用过大的超深。过大的超深会增加爆破的振动。⑹、采用爆破地震效应较小的爆破方式和方向。在深孔爆破中，最小抵抗线方向爆破地震效应最小，而与最小抵抗线相反方向，地震的强度最大，侧向地震强度居中。沿炮孔边线方向比垂直该连线方向的质点振度要小。⑺、采用孔底空气填塞装药爆破新技术，降低炸药单耗，减小爆破振动效应。⑻、对地下构筑物的爆破，在一侧或多侧挖防振沟，用来减弱地震波的传播，或采用预裂爆破降低地震地震影响，预裂孔宜比主炮孔深。⑼、为减轻爆破振动对基岩的影响，一般可采取分层递减开挖厚度的方法：或预留厚度不小于20～30cm的保护层，最后用人工或风镐清除。7、爆破飞石飞散距离验算正常的台阶爆破，飞石距离一般不会太远。但是当填塞长度过小或最小抵抗线过大而形成爆破漏斗效应，以及岩石中含有软夹层时，个别飞石可能飞散很远。瑞典德汤伲克研究基金会对露天矿台阶爆破的飞石问题进行研究，提出用下面的公式来估算台阶深孔爆破的飞石距离：RF=（40/2.54）dd=15.8m式中：RF---飞石飞散距离，md---深孔直径，cm此公式中适用于炸药单耗量达到0.5kg/m3的爆破条件，由于在本设计中，省药单砂量未达到0.5kg/m3，所以用上述公式进行验算偏于安全。对于浅眼爆破由于飞石产生机理较复杂，没有用于爆破设计的计算公式。所以再此不进行验算。对于临近需要保护建筑物进行爆破时，如果爆破面积较小时，可以对爆破区域进行覆盖，以达到控制飞石的目的；如果爆破面积较大时，可以对需要保护的建筑物进行近体防护。8、爆破空气冲击波的安全距离设计与核算根据《爆破安全规程》规定，爆破空气冲击波的安全距离可按下式计算：R=KQ1/2式中：R--爆破空气冲击波的安全距离，（m）K--与装药量条件和破坏程度的关的系数。对建筑物K=1～2，防止空气冲击波对人身的危害时，K采用15，一般最少用5～10。将Q=800kg，K=2代入上式得，R=56.6m四、确保人身安全及杜绝爆破事故的安全措施1、装药前的准备1)、组织指挥系统：必须成立爆破工程指挥部，全面指挥和统筹安排大爆破的各项工作。2)、深孔的验收：深孔的实测量最小抵抗线数值与设计数值不符或发现有新的地质构造时，应根据实际情况重新计算药量或调整装药结构。深孔装药量必须进行验收，验收的误差标准：孔深为±0.5m，露天孔距和排距为±0.3m。如发现孔深不够，孔数不足，堵孔和透孔，必须进行补钻、补孔、清孔和堵塞孔。3）、检查与检测：采用电雷管起爆时，装药前应检测爆区内的杂散电流，杂散电流超过30mA时，应采取降低杂散电流强度的有效措施，或改用非电起爆系统。2、装药与堵塞1）、炸药的搬运：用人力搬运炸药时，每人每次搬运量不得超过一箱，搬运工人行进中，应保持1m以上的间距，上下坡时应保持5m的间距。起爆体、起爆药包或已接好的起爆雷管，只准爆破员携带运送。2）、装药：深孔装药时，严禁将起爆药包或敏感度较高的炸药向下抛掷，起爆药包装入后，不准向下投掷炸药卷，装药若发生卡塞时，在雷管和起爆药包放入之前，可用铜质或金属长杆处理，但严禁强烈冲击炸药，照明线必须绝缘良好，灯泡应安装保护罩，与药堆的水平距离不得小于2m。人员离开时，必须切断电源，从运入带有电雷管的起爆药包或起爆体时开始，必须停电，采用蓄电池灯、安全灯或绝缘的手电筒照明。3）、堵塞时，禁止使用明火照明，不得将雷