復(fù)雜地質(zhì)巖基中爆破飛石控制方法

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第三支隊，廣西 南寧 530222；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司，貴州 貴陽 550002)

在應(yīng)急救援搶險或大規(guī)模土石方開挖工程中，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下進行爆破施工在所難免。目前，控制爆破技術(shù)已經(jīng)相當成熟，在各類工程中創(chuàng)造了巨大價值。現(xiàn)有的控制爆破施工方案通過研究巖石性質(zhì)確定孔網(wǎng)參數(shù)和爆破工藝，在對施工現(xiàn)場周邊情況作出分析的基礎(chǔ)上，制定防護方案，而對于如何減少爆破飛石并無太多闡述。因此，本文根據(jù)應(yīng)急救援任務(wù)的特點，結(jié)合某練兵工程實際，討論通過對鉆孔過程的嚴密控制以及爆破區(qū)域地質(zhì)情況的充分考察，掌握軟弱夾層的分布，并在裝藥時采取合理的措施，最大限度地減少爆破飛石的產(chǎn)生。

1 爆破飛石成因

某項目工期長達1 a，爆破施工共計1 000余次，通過分析每次爆破作業(yè)過程和結(jié)果，總結(jié)出爆破飛石產(chǎn)生的原因有：①不利的地質(zhì)條件，如泥層，軟弱層，溶洞等;②裝藥人員判斷失誤導致裝藥不正確。但主要原因還是由于裝藥人員無法準確把握地質(zhì)情況。除人員操作不當、技術(shù)原因等可控因素外，地質(zhì)條件的隱蔽性和不可控性也是產(chǎn)生爆破飛石的重要因素。其中，在軟弱夾層地質(zhì)條件下，產(chǎn)生爆破飛石的主要原因如下。

(1)炸藥裝填位置處于軟弱夾層內(nèi)。當引爆炸藥后，爆炸沖擊波和爆炸高能氣體沿著軟弱夾層傾瀉而出，在巨大的爆破能量作用下，軟弱夾層附近的巖石碎塊、泥土等物質(zhì)沿著軟弱夾層方向噴薄而出，飛散距離遠超預(yù)期，從而導致事故的發(fā)生。

(2)炸藥裝填位置距離軟弱夾層過近。當裝藥位置與軟弱夾層的距離小于設(shè)計最小抵抗線時，最小抵抗線的方向?qū)l(fā)生改變，藥包鼓包不向臨空面發(fā)展，而是向結(jié)構(gòu)面方向擴展；而且鼓包氣體產(chǎn)物很快泄入軟弱夾層，爆炸的能量率先從軟弱夾層的裂隙、斷層等最薄弱處沖開，炸藥的部分能量以“沖炮”或其他形式向臨空面、溶洞、薄弱面泄出[1]。

為最大限度減少爆破飛石的產(chǎn)生，必須從考察爆破區(qū)域地質(zhì)情況著手。只有對每個炮孔情況有清楚了解，施工人員才能準確地制定裝藥方案，避免爆破飛石的產(chǎn)生。本文利用某工程實例對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的爆破施工技術(shù)進行了探討。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程是一項大型土石方開挖平基工程，開挖方量約400萬m3，同時也包括二號路的路基開挖工作。二號路路基爆破區(qū)域?qū)?0 m，長度約100 m，與平場高程相比，相對高程-1.5 m，鉆孔孔深2～4.5 m不等。進行二號路路基開挖時，周邊已修建了大量的活動板房，作為項目建設(shè)指揮部。板房面積大，內(nèi)設(shè)露天停車場、多個建設(shè)單位辦區(qū)，工程施工及周邊區(qū)域布局詳見圖1。為保證施工進度，需要在2 d內(nèi)完成該區(qū)域爆破施工任務(wù)，同時也需要最大限度保證周邊區(qū)域安全。由于此區(qū)域周邊情況復(fù)雜，必須采取合理的安全防護措施；而因工期緊張，加上常規(guī)防護措施布置時間又十分有限，因此必須進行合理設(shè)計、精心組織、精準施工，從根源上控制爆破飛石的產(chǎn)生。通過組織相關(guān)人員論證后，決定從鉆孔工序著手，對每個炮孔的地質(zhì)情況進行探測，從而控制爆破飛石的產(chǎn)生。

圖1 工程施工及其周邊區(qū)域布局

2.2 不利因素分析

(1)需在2 d內(nèi)完成二號路爆破施工任務(wù)，工期十分緊張。在對二號路表層泥土清挖完畢后發(fā)現(xiàn)，巖體局部嚴重風化，并伴有大量泥槽，巖體極度不均勻，無法對泥槽和軟弱面走向進行準確判斷，巖溶情況難以預(yù)知。由于無法得到準確的地質(zhì)情況，若按照常規(guī)的作業(yè)流程，則無法準確避開不利地質(zhì)，即使方案設(shè)計合理，也極易產(chǎn)生大量爆破飛石。

(2)爆破對象為非均質(zhì)巖體，因此本次爆破施工沒有固定的孔網(wǎng)參數(shù)。只能根據(jù)現(xiàn)場巖石情況確定孔位、傾角和孔深等參數(shù)，還要根據(jù)鉆孔情況判斷地質(zhì)情況，隨時調(diào)整各參數(shù)。

(3)提前準備不足。采用φ90 mm潛孔液壓鉆機進行鉆孔作業(yè)，孔深2～4.5 m，單孔裝藥量1.2 ～12 kg，單孔裝藥量較大，也對爆破飛石的控制提出了更高要求。

(4)布置防護措施時間相當有限。由于需要在2 d內(nèi)完成爆破作業(yè)，無法在此期間完成防護所需的前期準備工作以及施工工作。

2.3 解決方案

(1)為爆破區(qū)域內(nèi)每臺鉆機配備1名技術(shù)人員和1名經(jīng)驗豐富的爆破員，與每1臺鉆機操作手隨時保持溝通，并根據(jù)實時反饋的地質(zhì)和鉆孔情況調(diào)整鉆孔參數(shù)。

(2)在鉆機大臂上粘貼標尺，以便隨時根據(jù)標尺的指示確定當前鉆孔深度。

(3)對炮孔進行編號，根據(jù)大臂上的標尺確定炮孔內(nèi)的泥層，軟弱層，溶洞等非正常因素的位置及深度，繪制炮孔情況簡圖并附說明。

(4)裝藥時，由兩名經(jīng)驗豐富的爆破員以及1名技術(shù)人員，參照炮孔情況簡圖和實際地質(zhì)情況共同確定每個炮孔的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)。

(5)采用合理的毫秒微差延時爆破網(wǎng)路，逐孔起爆，減小相鄰炮孔間的擠壓作用。

(6)對于風化或泥夾石非常嚴重的重點區(qū)域采取局部覆蓋防護，防護設(shè)施盡量簡單可靠，以滿足工期要求。

經(jīng)過嚴密的控制鉆孔作業(yè)，基本掌握了爆破區(qū)域的地質(zhì)情況，對每一個炮孔的孔深、異常情況、起止深度等進行了詳盡記錄，為后續(xù)裝藥作業(yè)提供了有力支持。

2.4 爆破施工作業(yè)

本次爆破共鉆孔216個，部分異常炮孔參數(shù)見表1。針對這些異常炮孔，采取了分段間隔裝藥措施，以避開軟弱夾層，裝藥示意見圖2。

表1 部分異常炮孔參數(shù)

圖2 裝藥示意

成排炮孔裝藥量計算公式為

Q=qabH

(1)

孤石爆破計算公式為

Q=qV

(2)

式中，Q為單孔裝藥量，kg；q為單位用藥量，kg/m3；a為外孔距，m；b為排距，m；H為裝藥長度，m；V為孤石體積, m3。根據(jù)項目其他區(qū)域爆破實際情況，單耗q取0.25 kg/ m3，孤石爆破單耗q取0.15 kg/ m3。

根據(jù)夾層位置適當減少軟弱夾層周邊炮孔藥量。夾層位置在炮孔底部時，按照正常藥量裝藥；夾層位于炮孔中部時，底部裝藥，夾層位置上下50cm段使用鉆屑填塞間隔，上部繼續(xù)裝藥，并重新校核上部藥量；夾層位于填塞段時，則根據(jù)夾層厚度適當減少藥量，由經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場技術(shù)人員及爆破員根據(jù)實際情況確定具體藥量。

本次爆破施工作業(yè)，采取了毫秒微差延時爆破網(wǎng)路?？變?nèi)孔外都選用較高段別的導爆管雷管，進行逐孔起爆，孔內(nèi)采用MS15導爆管雷管，孔外連接采用MS7導爆管雷管。對爆破區(qū)域內(nèi)風化或泥夾石非常嚴重的重點區(qū)域采取局部覆蓋防護。防護方式為單層膠皮網(wǎng)覆蓋后，上覆鐵絲網(wǎng)，并用沙袋間隔壓實。經(jīng)過細致嚴謹?shù)臏蕚渑c施工，未產(chǎn)生爆破飛石，取得了良好的爆破效果。在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和諸多不利條件影響下順利完成了既定施工目標，爆破施工取得了圓滿成功。

為驗證該施工方法效果，在本項目選取周邊環(huán)境較好的泥夾石爆破區(qū)域進行了同樣的試驗。在未進行任何防護措施的條件下，5次試驗均未產(chǎn)生爆破飛石，證明了該施工方法對控制爆破飛石的產(chǎn)生有一定效果，可為其它爆破工程施工提供參考。

3 在應(yīng)急救援中的應(yīng)用

近年來,爆破技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到應(yīng)急救援搶

險中[2]，在應(yīng)急救援搶險爆破作業(yè)過程中，較為常見的限制條件有：①爆破區(qū)域周邊需要保護設(shè)施以及設(shè)備的支持[3]。在進行爆破施工時清場區(qū)域不宜過大，以免因機械設(shè)備撤離過遠而耽誤寶貴的救援時間。②需要進行爆破施工的區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜、道路不通，大型鉆爆作業(yè)機械無法到達[4-5]。③由于爆破施工工具及爆破器材等需要通過人工搬運至爆破區(qū)域，必須提高炸藥的利用率和施工效率，加快應(yīng)急救援搶險進度。

由于以上限制條件，鉆孔控制很有必要。通過合理地確定鉆孔位置、孔深等參數(shù)，可以減少鉆孔數(shù)量，減少炸藥用量，從而也減少了作業(yè)人員的工作量，提高了爆破作業(yè)效果和效率。通過掌握鉆孔待爆體的結(jié)構(gòu)，能很好地控制爆破飛石的產(chǎn)生，降低對施工區(qū)域周邊的影響。由此，大大加快了爆破作業(yè)進度，減小了對其他搶險救援單位的干擾，對整體應(yīng)急救援搶險工作有積極作用。

4 結(jié) 語

爆破飛石產(chǎn)生的主要原因在于爆破人員無法準確把握爆破區(qū)域地質(zhì)情況。在充分掌握爆破區(qū)域的地質(zhì)情況后，對爆破鉆孔作業(yè)進行嚴密控制，為后續(xù)裝藥作業(yè)和爆破作業(yè)提供了有力支持，從而極大地減少了爆破飛石的產(chǎn)生。通過合理選擇機械設(shè)備的撤離距離和停放地點，在進度與安全、風險與成本之間找到一個合理的平衡點，對一些規(guī)模大、工期緊的土石方工程和應(yīng)急救援搶險有著重要意義。