中風(fēng)化泥巖質(zhì)路基控制爆破技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性研究

文｜中交第二航務(wù)工程局有限公司昆明分公司 沈慶娥 黃佳 李江紅 朱家虎

0 引言

在市政工程施工中，受周邊環(huán)境條件的影響，巖質(zhì)路塹開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖，雖然安全，但效率非常低下，成本也比較高。但采用爆破施工時(shí)，由于爆破振動(dòng)、飛石的影響，極易對(duì)周邊建筑物造成影響和安全隱患，且對(duì)層狀中風(fēng)化泥巖采用爆破開(kāi)挖時(shí)，爆破效果受層間裂隙影響，選擇方案不合理也會(huì)增加成本和影響功效。因此，在層狀中風(fēng)化泥巖地質(zhì)條件下采用何種施工方案最合理是非常有必要探討的。本文主要針對(duì)施工成本、爆破施工參數(shù)等進(jìn)行研究，以保障施工安全和避免對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響，同時(shí)提高功效，節(jié)約工期和成本。

1 概述

1.1 工程概況

馬關(guān)縣廣環(huán)路西段高速連接線道路是馬關(guān)快速進(jìn)出縣城的主要通道，屬于城市主干道。道路位于城市郊區(qū)，呈東西走向，東起逢春大道K0+000處，有雨污水管、電力管線、通信管線等地下管線；西至文馬高速收費(fèi)站廣場(chǎng)，道路周邊毗鄰逢春體育館（中型）、亞龍商業(yè)地產(chǎn)3期（層高的6層）及馬關(guān)縣第二人民醫(yī)院；道路中部與市政道路盛平街同時(shí)在建。路基挖方近70萬(wàn)方，其中挖石方占90%，最大開(kāi)挖高度28m，主要為層狀中風(fēng)化泥巖。其中建筑物距離爆破施工區(qū)域最近點(diǎn)僅為20m，施工環(huán)境較為復(fù)雜。

1.2 地質(zhì)條件

中風(fēng)化泥巖呈黑褐、褐灰色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯水平層理。巖芯呈短長(zhǎng)柱狀，局部呈碎塊狀，RQD平均值73%，敲擊聲清脆，巖石抗壓強(qiáng)度平均值frk為8.75MPa，屬軟巖類，巖石為層狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。鉆探過(guò)程中，干鉆難鉆進(jìn)，加水稍易鉆進(jìn)，巖芯呈柱狀、長(zhǎng)柱狀，巖石堅(jiān)硬程度分類為較硬巖，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值約為60，分類為較差，該層未揭穿，揭露厚度11.50～38.00米，平均18.63米，層頂埋深0.00～3.80米，全場(chǎng)區(qū)分布。未裸露或者擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度較硬，遇水崩解、軟化。

2 爆破方案設(shè)計(jì)

由于周邊環(huán)境復(fù)雜，為避免開(kāi)挖爆破震動(dòng)對(duì)周邊建筑物、地下管線等造成影響，飛石不會(huì)對(duì)周圍的建筑人員造成安全隱患，同時(shí)，為節(jié)約工期及成本，提高爆破功效，開(kāi)挖爆破采用控制爆破（以松動(dòng)為主，控制飛石和爆破振動(dòng)），本研究主要通過(guò)優(yōu)化炮孔間距、深度、裝藥量、裝藥方式等施工參數(shù)，檢測(cè)爆破振動(dòng)參數(shù)、飛石距離等參數(shù)，最安全、最高效、最優(yōu)化的爆破方案。

2.1 炮孔設(shè)計(jì)

炮孔設(shè)計(jì)主要包括炮孔直徑、炮孔間距、炮孔深度等，經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，其炮孔布置示意如圖1所示。

（1）根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，綜合施工效率最高的是炮孔采用古河HCR9-DS鉆機(jī)，孔徑d為90mm，采用垂直鉆孔（因巖層呈水平狀，水平造孔可以較少飛石），孔深不大于9m。

（2）炮孔間距設(shè)計(jì)根據(jù)炮孔直徑取a=（35～45）d，即a=3m～4m，排距取b=（0.8～1.0）a，采用梅花狀布置。

（3）炮孔深度隨地形變化而變化，采用分層爆破施工，根據(jù)試爆結(jié)果，當(dāng)炮孔深度不大于6m時(shí)，底層超深平均取0.7m，當(dāng)炮孔深度為6～9m時(shí)，底層超深平均取1.3m。

2.2 裝藥設(shè)計(jì)

圖1 炮孔布置示意圖

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 起爆網(wǎng)路示意圖

炸藥采用二號(hào)巖石乳化炸藥，藥卷直徑φ=70mm，每卷長(zhǎng)0.5m，重2kg，采用不耦合裝藥。根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》中Q=qW3e、Q=R3(v/Kc)3/α等公式進(jìn)行裝藥量計(jì)算，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)和飛石距離，其裝藥結(jié)構(gòu)如圖2。

當(dāng)炮孔深度小于6m時(shí)，采用連續(xù)裝藥，當(dāng)炮孔深度大于6m時(shí)，采用分層裝藥，層間間隔0.5m～1m。

當(dāng)炮孔深度6m＜h≤9m時(shí)，取孔深h=9m，層間間隔0.5m，裝藥長(zhǎng)度l=9-0.5-3=5.5m，則單孔最大裝藥量Q=5.5/0.5*2=22kg；

當(dāng)炮孔深度h≤6m時(shí)，取孔深h=6m，裝藥長(zhǎng)度l=6-6/3=4m，則單孔最大裝藥量Q=4/0.5*2=16kg。

表1：不同爆破參數(shù)下爆破效果統(tǒng)計(jì)表

2.3 起爆設(shè)計(jì)

本工程采用露天深孔爆破，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014），爆破振動(dòng)安全取10Hz＜f≤50Hz，結(jié)合周邊環(huán)境，確定允許最大質(zhì)點(diǎn)速度為3.5cm/s，根據(jù)公式Q=R3(v/Kc)3/α，取R=30m，Kc=50，α=1.67，確定最大一次齊爆藥量為Q=124.2kg，開(kāi)挖爆破需采用毫秒微差起爆。

起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)：采用微差起爆時(shí)，每個(gè)炮孔內(nèi)采用10段毫秒導(dǎo)爆雷管，炮孔外及排間均采用5段毫秒雷管連接。當(dāng)炮孔深度為9m，分層裝藥時(shí)，一次齊爆炮孔數(shù)不得大于5個(gè)；當(dāng)炮孔深度為6m，連續(xù)裝藥時(shí)，一次齊爆炮孔數(shù)不得大于7個(gè)。起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)示意如圖3所示。

3 爆破效果分析

3.1 爆破效果對(duì)比分析

為達(dá)到理想爆破效果，嚴(yán)格控制裝藥量、爆破振動(dòng)和飛石距離等，然后調(diào)整相關(guān)爆破參數(shù)，最終形成合理爆破方案。研究按每次30個(gè)炮孔，6孔/排，布置5排為一組進(jìn)行試驗(yàn)，其參數(shù)及爆破效果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

通過(guò)試爆及爆破參數(shù)調(diào)整對(duì)比分析爆破效果可知：

（1）當(dāng)炮孔間距及排距一致時(shí)，采用6m深炮孔連續(xù)裝藥或采用9m深炮孔分層裝藥，爆破效果均差別不大，在采用微差爆破嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物的影響下，為節(jié)約工期，采用9m深炮孔分層裝藥爆破較為合理。

（2）隨著炮孔間距及排距的變化，當(dāng)炮孔取間距a=4m，排距b=3.2m時(shí)，爆破效果較為理想，且炸藥單耗較低，既能滿足開(kāi)挖要求，又節(jié)約成本。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

中風(fēng)化泥巖在施工工藝上還可采用液壓錘破碎工藝，現(xiàn)針對(duì)液壓錘破碎與控制爆破兩種施工工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。因《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013)無(wú)液壓錘破碎定額，故該項(xiàng)定額套用工藝與施工環(huán)境相近的《云南省建設(shè)工程綜合單價(jià)計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（城市地下綜合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018），控制爆破采用《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013）。套用2019年2月材料價(jià)格，調(diào)整基期價(jià)格。中風(fēng)化泥巖巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類，在《云南省建設(shè)工程綜合單價(jià)計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（城市地下綜合管廊工程）》（DBJ 53/T-87-2018）、《云南省市政工程消耗量定額》（DBJ 53/T-59-2013）中屬于較軟巖。因此液壓錘破碎、控制爆破定額基期價(jià)格分別為：56.39元/m3、52.95元/m3。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際參數(shù)對(duì)炸藥、雷管耗量予以調(diào)整后（乳化炸藥耗量為0.21kg/m3、非毫秒電雷管耗量為1.18個(gè)/m3），控制爆破施工成本可調(diào)整為49.68元/m3。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目對(duì)市政工程中層狀中風(fēng)化泥巖的開(kāi)挖爆破技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性予以試驗(yàn)和研究，可以得知：

（1）市政工程中雖然施工環(huán)境復(fù)雜，但是采用爆破開(kāi)挖完全可以避免爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物造成損壞或影響，保障施工安全。

（2）層狀中風(fēng)化泥巖地質(zhì)選擇控制爆破時(shí)，當(dāng)炮孔深度不大于9m時(shí)，爆破效果及爆破石方量主要受炮孔間距及排距影響，在相同炮孔間距及排距下，不同炮孔深度炸藥單耗相差不大；為節(jié)約工期，可采用9m孔深分層裝藥，既能有效控制炸藥用量，同時(shí)也可以減小爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響。

（3）在本項(xiàng)目中中風(fēng)化泥巖中進(jìn)行控制爆破時(shí)，炸藥單耗0.21～0.22kg/m3可滿足控制爆破要求。

（4）中風(fēng)化泥巖施工，采用控制爆破較液壓錘破碎施工工藝而言，經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu)，施工效率明顯較高。