靜態(tài)和動態(tài)爆破在工程施工中的運用

胡志龍

摘 要：K2+460-K2+680正北面為八鯉路，正南面為35KV高壓線橫穿線路，西北方向距造紙廠圍墻處不足10m，圍墻內(nèi)20m范圍內(nèi)有酒精生產(chǎn)車間及壓力容器、壓力管道等特種生產(chǎn)設(shè)備。圍墻內(nèi)60m范圍內(nèi)存有二氧化氯、甲醇、雙氧水、氯酸鈉、工業(yè)硫酸、液堿等重大危險源?？紤]到上述特殊地段和特種物資、設(shè)備系統(tǒng)，為了施工現(xiàn)場和周邊的安全，需采取動態(tài)和靜態(tài)爆破相結(jié)合的施工方式。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，考慮到特殊地段和特種物資、設(shè)備系統(tǒng)的安全，采取動態(tài)和靜態(tài)爆破相結(jié)合的施工方式。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)爆破 動態(tài)爆破 爆破原理 參數(shù) 單孔用藥量

中圖分類號：TU751.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0078-04

1 工程概況

K2+460-K2+680正北面為八鯉路，正南面為35kV高壓線橫穿線路，西北方向距造紙廠圍墻處不足10m，圍墻內(nèi)20m范圍內(nèi)有酒精生產(chǎn)車間及壓力容器、壓力管道等特種生產(chǎn)設(shè)備。圍墻內(nèi)60m范圍內(nèi)存有二氧化氯、甲醇、雙氧水、氯酸鈉、工業(yè)硫酸、液堿等重大危險源?？紤]到上述特殊地段和特種物資、設(shè)備系統(tǒng)，為了施工現(xiàn)場和周邊的安全，需采取動態(tài)和靜態(tài)爆破相結(jié)合的施工方式。

2 爆破方案的確定

2.1 方案的選擇

爆破現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，主要考慮北面八鯉路上車輛及行人的安全，南面35KV高壓電線和電桿的安全，西北面造紙廠內(nèi)物資和設(shè)備的安全。此區(qū)域出露巖石的高度、大小不一，表層土已經(jīng)剝離，上層巖石呈石筍狀，自由面較多，在距離電力桿線附近可采用傾斜扇形布孔控制爆破，將不規(guī)則的土石先爆破清除，形成較好的作業(yè)面，為后續(xù)施工提供便利的施工面。在K2+460-K2+680右側(cè)區(qū)段石質(zhì)路塹采用光面控制爆破，在采用光面動態(tài)爆破時為了保證安全，靈活選擇爆破臨空面，控制飛石飛散方向，降低爆破風(fēng)險；同時嚴格控制一次起爆藥量，減小爆破震動對保護對象的危害，提高爆破質(zhì)量；K2+460-K2+600左側(cè)區(qū)段距離造紙廠較近，采用靜態(tài)爆破的方法以確保重大危險源不受破壞，保證施工生產(chǎn)安全。

2.2 施工順序

為確保施工安全、順利展開，從K2+460右側(cè)區(qū)域開始，依次往K2+680右側(cè)區(qū)域展開。先在K2+460位置附近尋找合適的爆破點，采用淺孔、少藥的爆破方式，以南側(cè)路基施工區(qū)域作為臨空面，依次爆破施工至K2+660區(qū)域，該施工段左側(cè)靠近造紙廠位置改用靜態(tài)爆破施工方法，依次向K2+680區(qū)域推進。為了加快施工進度，在保證安全的前提下，靜態(tài)爆破和動態(tài)爆破交替進行，其施工順序a如圖1示意：

3 爆破施工

3.1 K2+460-K2+680區(qū)段右側(cè)爆破設(shè)計—動態(tài)爆破

3.1.1 機具選型

根據(jù)工程量和巖層的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀，施工選用QN150型潛孔鉆機鉆Ф60㎜孔，二次破碎選用液壓破碎錘。裝藥采用Ф32mm的2號乳化炸藥，炸藥密度為1.05g/cm?。清渣使用挖掘機裝車，自卸車運至指定區(qū)域。

3.1.2 爆破參數(shù)

采取減少單孔炸藥量和最大段起爆炸藥量的辦法降低爆破震動效應(yīng)對不利環(huán)境的影響。采用單耗控制法進行爆破參數(shù)的設(shè)計，根據(jù)中、深孔爆破及相關(guān)經(jīng)驗工程，取炸藥單耗量q=0.35kg/m?，其他爆破相關(guān)爆破參數(shù)如下：

爆破參數(shù)圖：

（1）鉆孔方法、臺階高度H和超深l′的確定。

現(xiàn)場實地考察，選用垂直鉆孔為主和傾斜鉆孔為輔的鉆孔方法。階段工作開挖臺階高度為：H=8m，超深l=（0.15～0.35） Wo，對于軟巖取小值。根據(jù)爆破經(jīng)驗公式計算簡化為如下超深計算公式：l=（0.08～0.1） H=0.64～0.8m。

（2）底盤抵抗線Wo。

Wo=（25～40）d，軟巖取大值；鉆孔、裝藥時應(yīng)仔細觀察，嚴防因最小抵抗線變小和發(fā)生變化，過量裝藥或裝藥部位有軟弱面造成危害，同時最小抵抗線不得朝向保護物方向，Wo=1.5～2.4m，取Wo=1.2m。

（3）炮孔間距a和b的確定。

孔距a=mWo式中m為炮孔密集系數(shù)，m一般取0.8～1.2，根據(jù)本區(qū)域地質(zhì)情況，取m=1.0，則a=1.2m；排距b=（0.8～1.0）a，則取b=1m。

（4）鉆孔深度L的確定。

按階段工作最大臺階高度H=8m計，按經(jīng)驗公式簡化的超深l取0.08H。則鉆孔長度：L=1.08H=8.64m。

（5）單位體積耗藥量q的確定。

單位體積耗藥量q與巖石特性、炸藥性質(zhì)、塊度有關(guān)。該地區(qū)巖石主要為石灰?guī)r和爆破施工經(jīng)驗來判斷，單位體積炸藥耗量控制在0.35kg/m3較為合適。

（6）孔邊距B的確定。

為確保鉆孔設(shè)備作業(yè)安全，炮孔中心到臺階坡頂邊有一定的安全距離，本設(shè)計B=2.0m。

（7）裝藥量的計算。

用體積原理計算。Q=q·W0·H·a =0.35×1.2×8×1.2=4.0 （kg）

（8）裝藥長度I和堵塞長度hˊ及裝藥結(jié)構(gòu)的確定。

裝藥長度I與孔徑、裝藥密度有關(guān)，實際裝藥長度要小于孔深，保證足夠的堵塞長度h。一般堵塞長度h=（20～30）d，取1.5m（d為炮孔直徑）。為了提高堵塞的質(zhì)量，對堵孔的炮泥按土：砂：水=5：4：1的要求進行拌合，做到剛好能捏成團為宜。裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)裝藥或在巖體破碎帶與斷層節(jié)理發(fā)育的交匯處采用分段裝藥，可以減少爆破能量的泄漏。

延期時間

S=50毫秒，分別采用1、3、5、7……段毫秒導(dǎo)爆管雷管。

傾斜扇形孔爆破的原則是選擇合理的爆破參數(shù)和單孔用藥量，使巖石坍塌而不飛散。根據(jù)不同的巖石高度、厚度，選擇不同的孔網(wǎng)參數(shù)，由爆破體積確定單孔炸藥量，參考以往的經(jīng)驗結(jié)合本工程實際，爆破參數(shù)如下：

H≤13-15m

最小抵抗線W=（0.7-1.0）H炮孔深度L=（0.8-1.0）H

炮孔間距a=（0.7-1.3）L炮孔排距b=W單孔炸藥量Q=KW?

其中：H為爆破體高度（m）；K為炸藥單耗（kg/m?）；W為最小抵抗線（m）

不同的巖體高度所對應(yīng)的爆破參數(shù)如下：

3.1.3 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

為了有效控制爆破震動和飛石等有害效應(yīng)，采用毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)，按照不同距離及相應(yīng)安全藥量分段，控制住最大一段爆破藥量，根據(jù)起爆的安全藥量孔數(shù)，孔內(nèi)毫秒延時采用簇聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)。

炮孔布設(shè)采用梅花形布孔，起爆方式采用微差擠壓起爆。這種起爆方式由于待爆體自由面前存在先期爆破堆積的部分巖碴，使得壓縮波部分能量得到反射，另一部分能量透射到先期的堆石體中，由于堆石體的存在使得應(yīng)力波的作用時間增加，從而延緩了巖體中裂縫的形成，達到了巖石破碎的效果，同時又能減少飛石。另外，由于微差間隔時間的作用，從而使得拋散過程中的巖塊又有相互碰撞的機會，得到補加的破碎使得巖石塊度降低再次得到保證，從而保證爆破出的路堤填料的粒徑滿足設(shè)計要求。微差間隔時間取50ms即進行跳段連接。炮孔布設(shè)及起爆方式具體詳見圖3：

或較大的塊石采用電雷管串聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)。

3.1.4 施工流程

⑴鉆孔。

采用QN150型潛孔鉆鉆Ф60㎜的水平孔、傾斜扇形孔以及垂直孔。

⑵驗孔。

鉆孔完成后，施工管理人員進行驗收，察看有無漏孔或者堵孔，若有漏孔或堵孔應(yīng)及時補鉆，若有穿孔的，應(yīng)做好標(biāo)記。

⑶裝藥。

有經(jīng)驗的爆破員進行裝藥，爆破前，需進行試爆，以確定合理的炸藥單耗，然后根據(jù)孤立巖石淺孔爆破方法進行合理裝藥，以利于控制好裝藥量，控制好飛石、震動等有害效應(yīng)。

⑷堵塞。

為了達到對爆破產(chǎn)生的空氣沖擊波和噪聲的有效控制，需要在堵塞過程當(dāng)中認真檢查。為了提高堵塞的質(zhì)量，對堵孔的炮泥按土：砂：水=5：4：1的要求進行拌合，做到剛好能捏成團為宜，并嚴格檢查每個炮孔的堵塞長度。

⑸防護。

裝藥完成后，施工管理員進行檢查，在炮孔部位加蓋沙袋，對于對準35KV電力桿線的個別炮孔需用鐵板進行第二層覆蓋，以控制個別飛石的破壞。

⑹警戒。

裝藥區(qū)域設(shè)置警戒線或警示標(biāo)志，爆破前，在爆破區(qū)域四周和通道口設(shè)置警戒崗哨，禁止無關(guān)人員入內(nèi)。臨空面對準的路基一側(cè)，撤離路基施工車輛和人員到300m外的安全區(qū)域。造紙廠內(nèi)危險源附近的工作人員，撤離到安全區(qū)域，以防爆破產(chǎn)生的地震波破壞壓力管道或壓力容器等造成危害。

⑺起爆。

在各項工作完成后，警戒到位，確認絕對安全的情況下實施起爆。

⑻檢查。

起爆完，等待15分鐘后，由爆破工進行檢查，察看有無炮堆情況，有無盲炮、殘炮等，若有應(yīng)及時上報并按規(guī)定進行處理。

3.1.5 對周圍設(shè)施“六大爆破公害”的校核

由于爆破所產(chǎn)生的地震波、飛石、沖擊波、爆破噪聲、粉塵和有害氣體統(tǒng)稱為“六大爆破公害”，因此在爆破施工中，必須高度重視。為了確保爆破安全，選取多循環(huán)、小規(guī)模、小孔距的爆破方案，其特點是淺打孔、密布孔、少裝藥、強覆蓋、微差間隔起爆、層層剝離。

⑴爆破震動校核。

根據(jù)《爆破安全規(guī)范》將爆破震動速度嚴格控制在0.5cm/s，根據(jù)中華人民共和國《爆破安全規(guī)程》GB6722-2011中爆破安全震動速度V=K（Qm/R）a推導(dǎo)出Qmax=R3（V/K）3/α：

式中：Q—最大一段的裝藥量（齊發(fā)爆破為總裝藥量）kg；

m—藥量指數(shù)，取1/3；

R—距爆源中心的距離m；

K—與介質(zhì)特性、爆破方式及其它因素有關(guān)系數(shù)取250；

V—距最近建筑（構(gòu)）物允許的地面質(zhì)點振動速度為≤0.5cm/s；

α—與傳播途徑、距離、地質(zhì)、地形等因素有關(guān)系數(shù)，取1.6；

各點應(yīng)按距離保護物的遠近合理確定一次（段）起爆最大藥量，本工程一次（段）起爆最大藥量必須控制在100kg內(nèi)，嚴防爆破震動危害。

⑵爆破對沖擊波安全距離的確定。

爆破空氣沖擊波安全允許距離按公式：Rk=25×Q1/3

由以上兩個公式計算結(jié)果對比看出，爆破沖擊波影響距離稍小于爆破地震波的距離，但危害程度視建筑物的敏感程度而論。如本區(qū)域內(nèi)的爆破對造紙廠內(nèi)設(shè)備的危害，主要取震動波的危害為主。

⑶爆破飛石的控制。

根據(jù)瑞典德湯尼克爆破飛石的距離公式Rmax=Kq×D，其中Kq取值40，D為鉆孔直徑（單位為英寸），計算得Rmax=40×6÷2.54=95m

根據(jù)爆破安全規(guī)程規(guī)定，淺眼爆破個別飛敞物對人的最小安全距離為200m，深孔按設(shè)計不低于200m，本工程爆破時以爆區(qū)200m（未形成臺階前300m）為半徑實施警戒，區(qū)內(nèi)人、畜和可移動重要保護撤離至200m外的安全地點隱蔽。另外必須嚴格做到：

①鉆爆設(shè)計合理，測量驗收嚴格，避免單耗失控；

②慎重對待斷層、軟弱帶、張開裂隙、成組發(fā)育的節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造，采取間隔堵塞，調(diào)整藥量，避免過量裝藥等措施；

③保證堵塞質(zhì)量，不但要保證堵塞長度，而且要保證堵塞嚴密；

④多排爆破時要選擇合理的延遲時間，防止因前排帶炮（后沖），造成后排最小抵抗線大小與方向失控；

⑤對于臨近道路、高壓線附近的淺孔爆破，采用控制爆破方式，在起爆時用砂袋、鋼絲網(wǎng)和橡膠墊或車胎簾嚴密防護，確保無任何飛石拋離。詳見圖4：

⑷ 爆破噪音的控制。

通過公式進行校核Lp=20L0g（P/Po），式中：Lp—距聲源距離m；Po—基準聲壓；人的最低可聞的壓力為2×10-5N/m?；P—測點聲壓（N/m）

經(jīng)計算大于75dB的噪音完全可以控制在距離聲源20m之內(nèi)，由此可見現(xiàn)場爆破產(chǎn)生的噪音不會對社會環(huán)境及人體造成危害。另外，爆破時為確保人員和建筑設(shè)施的安全，嚴格采取柱狀條形藥包、良好的堵塞、反向起爆、分散裝藥、加強覆蓋等措施，使爆破產(chǎn)生的沖擊波和噪音危害完全控制在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。

3.2 K2+460-K2+600區(qū)段爆破設(shè)計—靜態(tài)爆破

由于周邊環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，尤其是造紙廠內(nèi)裝有毒有害容器較多，不容許任何破壞，常規(guī)炸藥爆破難以實施，經(jīng)過多方面選擇，此區(qū)域內(nèi)采用特殊爆破。本區(qū)域挖方高度達42m，工程量約10萬方，為控制成本和確保施工安全，上層15m約5萬方巖石采用乳化炸藥和雷管爆破（爆破方法同K2+460-680區(qū)段的方法），在下層15m厚度范圍內(nèi)約6.5萬方巖石采用靜態(tài)爆破。上層爆破施工前，距離爆破體中間部位打一排貫穿的水平眼，間距50cm，孔徑60mm，深度為貫穿爆破山體，這樣既節(jié)約了施工成本，又有效的降低了爆破地震波和沖擊波對造紙廠的危害。其施工順序如圖5所示：

3.2.1 靜態(tài)爆破的工藝原理及特點

（1）靜態(tài)爆破原理。

人工造孔后，在靜態(tài)爆破劑的作用下使巖石漲裂、產(chǎn)生裂縫，再使用沖擊錘或風(fēng)鎬解小、破除，達到開挖的目的。為適應(yīng)工期的需要，使用質(zhì)量好的 HSCA-I型靜爆劑。

靜態(tài)爆破劑的破碎機理：靜態(tài)爆破劑是以特殊硅酸鹽、氧化鈣為主要原料，配合其他有機、無機添加劑而制成的粉末狀物質(zhì)，典型的化學(xué)反應(yīng)式為：CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×104J 當(dāng)氧化鈣變成氫氧化鈣時，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會引起晶體體積的膨脹。根據(jù)測定，在自由膨脹的前提下，反應(yīng)后的體積可增長3至4倍，其表面積也增大近100倍，同時每摩爾還釋放出6.5×104J的熱量。將它注入炮孔內(nèi)，這種膨脹受到孔壁的約束，壓力可上升到50Mpa，介質(zhì)在這種壓力作用下會產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力和切向的拉伸應(yīng)力，達到破碎效果。

（2）靜態(tài)爆破特點。

靜態(tài)爆破劑屬于非燃、非爆、無毒物品，是一種含鋁、鎂、鈣、鐵、氧、硅、磷、鈦等元素的無機鹽粉末狀破碎劑，使用時按配合比要求用水?dāng)嚢韬蠊嗳脬@孔內(nèi)，經(jīng)水化后，產(chǎn)生巨大膨脹壓力，并施加給孔壁，將巖石悄悄地破碎。 靜態(tài)爆破在破碎過程中無震動、無飛石、無噪聲、無毒、無污染。靜態(tài)爆破劑不屬于危險品，無公害，可按普通貨物進行運輸和儲存，在購買、運輸和保管中無任何限制。

3.2.2施工工藝流程

（1）工藝流程。

施工前準備→設(shè)計布孔→測量定位→鉆孔→裝藥→藥劑反應(yīng)、清渣→進入下一層循環(huán)施工

（2）操作要點。

①對于巖石破碎需要了解巖石性質(zhì)、節(jié)理、走向及地下水情況。鉆孔參數(shù)、鉆孔分布和破碎順序則需要根據(jù)破碎對象的實際情況確定。另外靜態(tài)破碎劑的效力和初始開裂時間，除了與原料配合比有關(guān)外，還與施工當(dāng)時氣溫、水溫、水灰比、孔徑、孔距、鉆孔布置、灌漿時間和速度、操作人員的經(jīng)驗等因素有很大關(guān)系。

②設(shè)計布眼。布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向應(yīng)盡可能做到與臨空面平行，臨空面（自由面）越多，單位破石量越大，效果也更好。切割巖石時同一排鉆孔應(yīng)盡可能保持在一個平面上?？拙嗯c排距的大小根據(jù)巖石的硬度程度調(diào)整，硬度越大、混凝土強度越高時，孔距與排距越小，反之則大?？拙嗯c排距布置參照下表。

為適應(yīng)工期，孔距取20cm，排距取30cm。

③鉆孔。鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。采用φ42mm鉆孔。

④鉆孔深度和裝藥深度

孤立的巖石或混凝土塊鉆孔深度為目標(biāo)破碎體的80%至90%；現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)施工段為大體積需要分步破碎的巖石，鉆孔深度可根據(jù)施工要求選擇，一般在1.0至2.0m較好。裝藥深度為孔深的100%。根據(jù)現(xiàn)場施工需要選擇鉆孔深度為2.0m。

⑤裝藥

將藥劑加30%的水（重量比）拌成流質(zhì)狀（充分攪拌后略有余水）后，迅速倒入孔內(nèi)并用略小于鉆孔的捅桿搗實捅緊，特別長的鉆孔，可多分幾段，逐段捅實。

巖石發(fā)現(xiàn)裂縫后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)，加水后效果明顯，裂縫加大。

每個爆破點采用分三小組同時灌裝的方式，每小組由主副兩名灌裝手組成。取藥攪拌時，主灌裝手負責(zé)灌裝進孔，副灌裝手負責(zé)捅緊搗實。各小組采用“同步操作，少拌勤裝”的方式。即：每組施工工人在每次操作循環(huán)過程中負責(zé)裝孔的孔數(shù)不能過多。每次拌藥量不能超過實際能夠完成的工作量。操作人員在取藥、加水、拌和、灌裝過程中應(yīng)基本保持同步。這樣，可以讓每個鉆孔內(nèi)的最大膨脹壓能夠基本保持同期出現(xiàn)，有利于巖石的破碎。

每次裝填藥劑，都要觀察確定巖石孔壁、藥劑、拌和水、攪拌桶的溫度是否符合要求。灌裝過程中，已經(jīng)發(fā)燙和開始冒氣的藥劑不允許裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌和水到灌裝結(jié)束，這個過程的時間不應(yīng)該超過5分鐘；操作時應(yīng)注意觀察裝填孔，發(fā)現(xiàn)有氣體冒出有“嘶嘶”聲時，噴孔可能立刻就要發(fā)生，要立即停止裝藥。

位于地下水以下的鉆孔裝藥需先將套筒插入鉆孔內(nèi)，然后往套筒內(nèi)裝藥，從而使藥劑發(fā)揮最大的效力。

藥劑反應(yīng)時間的控制

藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時間越快，反之則慢。氣溫較低，藥劑反應(yīng)時間會延長，反應(yīng)時間太長會給施工帶來不便。一般解決辦法是加入保溫劑和提高拌和水溫度。保溫劑加入過多，也會降低藥劑膨脹力。拌和水溫可根據(jù)實際適當(dāng)提高，但最高不可超過40℃，否則可能沖孔。反應(yīng)時間一般控制在30至60分鐘為較好，條件較好的施工現(xiàn)場可根據(jù)實際縮短反應(yīng)時間，以利于施工。藥劑反應(yīng)