爆破施工安全防护技术措施探究

肖以杰

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 施工段地质状况

在施工前对于施工段的地质状况进行了细致的调查，发现爆区地层岩性为石灰质和白云质灰岩。地质勘探揭示桥位区地层自上而下为:覆盖层为红粘土和填筑土，厚0～8 m，一般厚度不大，大部分地段基岩直接出露地表。下伏岩层为三叠系中统坡段组(T2p)灰岩和三叠系中统边阳组(T2b)泥质砂岩，泥质砂岩的风化厚度较大，灰岩溶蚀严重。地质构造为单斜岩层构造，倾角较陡，无断层发育。钻孔揭露岩层为强～弱风化泥质砂岩和灰岩，强风化岩为软质岩，弱风化岩为较坚硬岩，岩体较破碎。灰岩为软坚硬岩，溶蚀现象发育。桥址区不良地质作用发育，主要为岩溶。其次为危岩体、岩堆和弃石，对桥梁建设均存在不同程度的影响。而测区地处云贵高原，该区域地质构造运动强烈，褶皱和断层非常发育，地质构造非常复杂，岩石破碎为爆破工作带来了很大难度。与此同时，在调查中也发现了路线中的主要地质病害:顺层、滑坡、崩塌、碎落和岩溶等。本合同段主要为危岩、崩塌、碎落和岩溶等不良地质现象。

2 施工爆破设计

2.1 爆破方案的选择

根据本段路基工程概况和施工要求，拟采用浅孔控制爆破和预裂爆破技术，结合破碎锤冷开(见图1)。靠近高压线段采用破碎锤冷开，使标高降低，该部分土石方工程数量约10 300 m3。其次采取浅孔控制爆破方案，每次开挖深度控制在3 m的高度;边坡应采取预裂爆破技术进行施工，以确保边坡平整和稳定。该部分土石方数量约30 260 m3。

图1

2.2 爆破参数的选择

(1)浅孔爆破设计

采用手持风钻多打眼，少装药的浅孔控制爆破方法，以控制飞石危害。其爆破参数为:

①孔径:d=40 mm。

②最小抵抗线:W=(15～30)d，W=1～1.5 m，根据实际情况，选取W=1 m。

③炮孔间距:a=m·w

式中:m为炮孔邻近系数。取m=1～1.2;w为最小抵抗线，根据实际情况，选取m=1.0，确定a=1.0 m。

④炮孔排距:b=(0.8～0.9)a=0.8～1.4 m，取排距b=1.0 m。

⑤钻孔超钻:e=(8～12)d，确定e=0.4～0.5 m，取e=0.5 m。

⑥填塞长度:l=20 d，根据实际情况，确定填塞长度不小于50 cm(见图2)。

图2 装药示意图

⑦堵塞长度:L1＞1/3L(L是炮眼深度)。

⑧孔深H与超深H2为增加爆破效果，拟采用倾斜钻孔，倾斜角为60°，孔深垂直高度H为3.0m，炮孔超深H2为0.5 m。炮孔深度为:H1=H/Sin60°+H2=3/Sin60°+0.5=3.96 m(不经济，一般总深度不超过2 m)

⑨单孔装药:q=kawh或q=1.1 kawh(对于浅孔是错误的)式中:K为单位药量，一般取0.35～0.45 kg进行试爆后再根据岩石和环境情况，取K=0.35 kg。

确定q=kawh=0.45×1×1×3=1.35 kg。炮眼布置图见图3、图4。

图3 炮眼布意图

图4 炮眼布置示意图

(2)预裂爆破设计

在主爆区爆破实施之前，为保证边坡的稳定，应在路堑边坡预先打一排预裂孔，以有效的削减主爆体产生的应力波对边坡的破坏，而且能有效的减少超挖和欠挖，保证边坡的平整度和稳定性(见图5)。

图5 深路堑石方爆破开挖

其设计参数为:

①炮孔间距:a=10 d=1.0 M

②孔深:l=h/sinα

式中:h为梯阶高度，α为边坡倾角。

③线装药量:Q=2.75(C δ)0.53〃r0.38=500 g/m。

④取不偶合系数:m=3.122正好使用2#岩石炸药，且每米药量:Q=π/4×3.2×100×1=804 g正好满足预裂孔线装药量的要求。由于炮孔底部受夹制作用比较大，自孔底起向上1 m需增加3倍药量，而且为防治孔口被破坏，装药顶部1 m可作1∶1间隔装药，以减弱装药量，孔口1.5 m左右进行填塞。

(3)爆破网络

爆破采用多段微差预裂爆破法，预裂孔起爆时间较主爆孔超前约125～150 ms，主爆孔采用V形起爆网络，微差时间25～125 ms。以单孔顺序起爆方法分析其破岩过程如下:

①先行爆破的深孔在爆破作用下形成单孔爆破漏斗，使这部分岩体破碎并与原岩分离，同时在漏斗体外相邻孔的岩体中产生应力场与微裂隙。

②后爆破的相邻深孔，因先爆孔已为其增加了新的自由面，改善了爆破作用条件，从而得到良好的破碎。

③后爆孔是在先爆孔产生的预应力尚未消失之前起爆，将形成应力波的互相迭加，从而增强了破碎效果。

④相邻孔之间的岩体在破碎过程中存在着岩块间的互相碰撞，得到了进一步的破碎。

微差间隔时间过长则可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路，过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影响爆破质量。

3 针对施工工程特点的安全防护措施

3.1 爆破飞石的控制措施

在满足工程要求情况下，尽量减少爆破作业指数，并选用最佳的最小抵抗线。在设计前一定要摸清被爆介质的情况，详尽地掌握被爆体的各种有关资料，然后进行精心设计和施工。注意避免将药包布置在软弱夹层里或基础的结合缝上，以防止从这些薄弱面处冲出飞石。

在农村饮水安全技术方面，分别引进了山区地下水勘测、磁性离子交换（MIEX）水处理、高效紫外光水质净化等保障农村饮水安全的技术和设备；结合解决我国农村尤其是偏远地区饮水困难的实际，在改进除氟工艺的基础上，实现了除氟滤料的国产化，并在62个工程中成功推广运用。促进了我国地下水勘探、供水防渗、水质净化处理等技术水平提升和农村应急用水应对能力提高，保障了农村饮水安全。

选择最佳的炸药类型，一般来说，采用低威力、低爆速的炸药对控制爆破飞石比较有利。不耦合装药和反向起爆。在浅孔爆破时，尽量少用或不用导爆索起爆系统。实践证明，导爆索起爆系统使炮孔起爆的同步性增加，从而增大了同段起爆的爆破能量。此外，它还容易破坏堵塞的炮眼，减弱堵塞作用，从而产生大量的飞石。

设计合理的起爆顺序和最佳的延期时间，以尽量减少爆破飞石。装药前要认真复核孔距、排距、孔深和最小抵抗力线等，如有不符合要求的现象，应根据实测资料采取补救措施或修改装药量，严格禁止多装药。做好炮孔的堵塞工作，严防堵塞物中夹杂碎石。

在控制爆破中，采用主动防护或被动防护措施加强对被爆体采取严密的覆盖，覆盖材料有草袋、钢丝网、帆布以及装土的袋子等。加强个体防护。作业时，必须严格执行安全规程，穿着整齐，并佩带安全帽。

3.2 爆破震动的控制措施

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地控制在允许范围之内。对此，主要采取以下方法控制爆破震动危害:

采用深孔松动控制爆破，合理布置爆破连接、起爆网路。选用低威力、低爆速的炸药。限定一次爆破的最大用药量为50 kg。选用适当的装药结构。实践证明，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。工程实践中，为降低爆破震动通常采用以下几种装药结构:不耦合装药，在大爆破中采用铜室条形药包，空气间隔装药，孔底为空气垫层的装药结构。

采用微差爆破技术。微差爆破以毫秒级的时间间隔分批起爆装药，大量的试验研究表明，在总装药量和其他爆破条件相同的情况下，微差爆破的振速比齐发爆破可降低40% ～60%。

3.3 爆破空气冲击波控制措施

为确保人员和建筑物等的安全，在爆破作业时，必须对空气冲击波加以控制，使之低于他们允许的超压值。如果作业条件不能满足爆破药量和安全距离的要求，可在爆源或保护对象附近构筑障碍物，以消除空气冲击波的强度。

控制空气冲击波的途径有四种:防止产生强烈的冲击波;冲击波产生后立即消弱;在冲击波传播工程中进行消弱;在条件允许的情况下，扩大空气冲击波的通道。

从装药能量的角度看，空气冲击波是炸药爆炸产生的一部分能量通过空气散失而成，所以空气冲击波的强度与爆破能量利用率有密切关系。从爆破技术上讲，精心设计，精心施工，采用最优的爆破参数和爆破器材，减少一次爆破的起爆药量，微差爆破，良好的堵塞，反向起爆分散装药等，都是既能改善爆破效果，又能降低冲击波强度的有效措施。

在爆破区或保护物附近构筑堵波墙，可以在空气冲击波产生后或传播过程中加以消弱。在空气冲击波形成的瞬间，利用少数反向布置的辅助药包或彼此反向布置的药包，也可消弱空气冲击波形成时的强度。

3.4 爆破安全技术

(1)爆破地震效应安全距离

砂岩和灰岩，取K=160 a=1.8

木瓦房、砖混结构房，取V=2.0 m/s

取Q=Qmax=0.6 kg/5 m 孔

起爆时根据地形选择起爆方向，逐排逐段开炸，炮口方向，最小抵抗线方向应避开高压线范围。

也就是说，遇砖混结构房，根据地形改造，地质情况灵活调整，不宜野蛮施工。

施工将调整台阶高度和各项参数，使之更加安全。

(2)爆破空气冲击波安全距离

在高压线下，根据施爆环境和条件及临空面，选择最小抵抗线方向谨慎选用。布孔竖直朝向天空，加堵塞后，PK相应折减环境安全。

(3)爆破个别飞散物安全距离

经验公式:Rf=20×n2÷W×K取控爆K=1.0，n=0.75控爆W=1.0、中深孔W=3.0

则Rf=20×0.752×1.0×1.0=11.25 m，Rf深=33.75 m，多层覆盖限制飞石飞行距离小于11.25 m，布孔时注意裂隙、溶洞，在钻孔中注意避开溶洞、软弱层。

结合环境条件控制使用。