复杂城市环境下石方爆破安全防护技术

项　斌，吴　义，陈艳春，赵敏杰

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310030）

·岩土工程·

复杂城市环境下石方爆破安全防护技术

项斌*，吴义，陈艳春，赵敏杰

（浙江省隧道工程公司，浙江杭州310030）

在城市进行石方爆破时，既要考虑对周边既有建筑物的影响，又要考虑附近行人的安全，因此需要采取可靠的爆破技术和防护措施。结合工程实例，首先根据爆破周边环境特点，合理组织爆破施工，再针对爆破中产生的振动、飞石等危害，采取弱松动控制爆破、预裂爆破等技术，有效地控制了爆破振动的危害。同时通过直接覆盖防护、钢管架近距离防护、立架防护等防护技术对爆破飞石进行控制。工程实践表明，该安全防护技术取得了良好的防护效果。

爆破安全技术；爆破降振；爆破飞石；覆盖防护

在城市中进行石方工程爆破，由于周边环境复杂，爆破危害较大，安全防护措施显得尤为重要［1］。爆破危害主要分为：爆破振动、爆破飞石和冲击波危害等［2］，其中主要的危害是爆破振动及爆破飞石。控制爆破振动最有效的方法就是对爆破源降振，控制飞石主要采取优化爆破参数控制飞石产生，同时加强外部安全防护［3］。基于紧邻杭州西湖景区的基坑爆破工程，针对施工中可能出现的爆破危害，提出了爆破振动控制技术及爆破飞石安全防护技术，对类似工程爆破施工具有一定的参考价值。

1　工程概况

1.1工程总体概述

该项目位于杭州西湖5A级风景区内，项目南侧为景区道路及西湖。该项目地下室基坑开挖时遇山体石方，由于该区域主要为凝灰岩，石质坚硬，机械开挖无法进行，需进行爆破施工。基坑爆破开挖方量约50000m3，开挖深度1～21m不等。设计开挖基坑底标高为+16.7m，在+29.6m处设置有一台阶，台阶宽度为2.0m，边坡分别为1∶0.3和1∶0.15。

1.2工程周边环境

本工程爆破区域南侧距景区道路北山街约130m，距景区内房屋最近约35m，距西湖道路约203m。东侧距玛瑙寺景区古建筑约95m，100～300m内名胜古迹密集。爆破地点西侧、北侧50m范围内为山体，其中距浙江档案馆洞库仅10余米，项目部距离爆破区域约30m。本工程须重点控制东侧、南侧因爆破产生的振动、飞石和噪音危害。爆破点周边环境见图1。

图1　爆破周边环境图

2　爆破技术方案

2.1总体爆破方案

2.1.1安全控制目标

考虑到本工程位于杭州西湖5A级景区核心地点，安全要求高，业主单位要求现场施工技术管理按常规城市控制爆破提高一个等级进行管理，控制爆破振动，采用精确的城市定向控制爆破实现最小飞石的目标，不对周边建（构）筑物造成损坏。

2.1.2爆破方案

（1）根据设计要求，首先对北侧边坡设计位置进行预裂爆破，降低爆破振动和保证边坡稳定性。

（2）本工程西侧环境较好，拟采取西侧作为初始爆破临空面，有利于爆破飞石的控制，爆破开挖方向自西向东进行。

（3）对一次开挖深度在1～4m的爆破区域，采用浅孔城市控制爆破。浅孔爆破采用孔内延时，四通连接复式起爆网，单次总装药量不大于200kg。

（4）对一次开挖深度在4m以上的爆破区域，采用弱松动城市控制爆破。控制爆破采用孔内外延时，采用孔内高段位、孔外低段位的连接方式，单次总装药量不大于500kg。

（5）主爆破区分2个平台施工，即+41m，+29.6m平台，按照分层分块的原则进行爆破开挖，每层的开挖深度控制在13m以内。

（6）由于采用弱松动城市控制爆破，岩石体积大，爆破后需进行机械二次破碎，以满足石渣装车运输的要求。

总体施工安排如图2所示。

图2　施工安排示意图

2.2技术控制措施

（1）爆破前应计算爆破参数，并进行小规模试爆，以确定最优爆破参数；

（2）控制爆破规模，其中弱松动城市控制爆破单次总起爆药量不超过500kg，单响药量不超过30.78kg，浅孔城市控制爆破单次总起爆药量不超过200kg，单响药量不超过10kg；

（3）预先在爆破区周边2m范围内钻2排减震孔，孔径Ø90mm，孔排、间距30cm×30cm梅花型布置，以降低爆破产生的振动对周边建筑物产生的影响；

（4）做好安全防护，在爆破区域用炮被和砂袋覆盖防护；在爆破区域南侧15m处搭设防护立架。

3　爆破安全设计

安全防护是爆破施工中的关键环节，爆破过程中存在的不安全因素必须进行有效的控制，本工程实施爆破作业的不安全因素主要是爆破振动和爆破飞石影响。而且本工程处于著名风景区内，游客众多，爆破点距离历史建筑物较近，施工安全显得尤为重要。根据国家爆破安全的有关规定，对本项目的爆破安全设计如下。

3.1爆破振动控制

3.1.1爆破安全距离验算

爆破引起的振动速度的计算公式为：

式中：V——质点振动速度，cm/s；

Q——单响最大起爆药量，kg；

R——保护目标到爆破地点之间的距离，m；

K——与地形地质有关的系数，根据现场地形、地质条件取150；

α——地震波衰减指数，取1.5。

根据我国《爆破安全规程》［4］的规定，不同类型的建（构）筑物的最小安全允许振速不同。本工程周边多为非抗震的砌体建筑物，取最小安全允许振速2.0cm/s；最近为场内的项目部用房，距离约为91m；本工程控制爆破单响最大药量为30.78kg。

将上述参数分别代入公式知：V=0.98cm/s小于规定值2.0cm/s，不会对附近民房等建（构）筑造成损伤。

3.1.2预裂爆破设计

本工程边坡设计位置拟采用预裂爆破，即在主爆孔前预裂一条缝来降低爆破振动对边坡的影响，保证边坡稳定性和界面平整性。预裂爆破既能减小爆破振动对保留边坡的破坏作用，又能降低爆炸应力波的传递，从而达到减震目的。预裂爆破参数见表1。

表1　预裂爆破参数

3.1.3弱松动定向控制爆破设计

为减少爆破振动，将爆破能量均匀发散，本工程采用微差爆破技术，将炮孔逐排分段延期起爆［4］。爆破网路采用孔内外延期，孔内高段位、孔外低段位的连接方式。主爆孔、缓冲孔分别采用地表导爆管雷管和孔内导爆管雷管实施逐孔起爆。地表导爆管雷管为25ms雷管，孔内导爆管雷管为400ms雷管。经计算能保证首排地表雷管起爆完毕传给第二排雷管，不会因主爆孔起爆过早导致爆破飞石砸断后续爆破网路。单孔装药量大于允许值时进行孔内分段。

3.2爆破飞石防护

3.2.1爆破飞石的产生原因

局部抵抗线过小或药量过大将造成飞石沿最小抵抗线方向飞出；炮孔堵塞质量差或者长度不够将造成飞石朝孔口方向飞出；岩体存在软弱面，介质性脆都会造成飞石向软弱面方向飞出；爆破产生多余的能量作用在某些碎块上使其获得较大的动能而飞出。

3.2.2控制爆破飞石的产生

（1）采取合理爆破参数如：孔网参数、装药量、最小抵抗线、炮孔间距和排距等，使得岩石爆破达到松而不散的效果；

（2）装药量要根据每个炮孔测量的结果进行设计，根据抵抗线大小及时调整装药量；

（3）炮孔堵塞长度为1.4倍最小抵抗线，最短不得小于最小抵抗线的1.2倍。堵塞材料由粗砂、岩粉混合而成，避免夹杂碎石；堵塞时应边回填、边震捣固实，确保堵塞段连续密实；

（4）对于节理发育的岩石，布孔时应尽量避开；遇到断层或软弱面时，装药量要适当降低；

（5）确定合理的起爆顺序和间隔时间，使爆破出来的岩石能够发生一定位移，而不造成爆破面前方岩石堆积，减少后排爆下的岩石碰撞产生的飞石。

3.2.3加强爆破飞石的防护

除采取主动控制减少飞石产生外，还应采取被动防护措施降低爆破飞石的危害。

（1）飞石距离计算。爆破飞石最大距离采用公式（2）计算：

式中：d——炮孔直径，mm；本工程炮孔直径最大为90mm。

带入公式计算得RF=141m，因此还需对爆破岩体采取覆盖和架体防护等措施，将个别飞石距离控制在50m以内（项目在建工程安全距离）。根据现场实际情况，本工程西侧临空面安全警戒范围为200m，南北侧安全警戒范围为135m。

（2）主爆破区域防护。为减少主炮孔产生飞石，炮孔完成堵塞后，首先用砂袋在孔口封堵，再用炮被覆盖，炮被上继续加载砂袋，以确保覆盖效果。炮被由废旧汽车胎编制而成，具有较高的强度、弹性和韧性，并有一定的重量，炮被之间用钢丝扎紧加固，编制严实。为进一步防止爆炸气浪及溅起的飞石，在主炮孔上方搭设钢管架，架体高2m，并在架体顶部铺设竹片。覆盖防护示意图如图3所示。

图3　主爆破区域覆盖防护体系

（3）爆破临空面防护。对于爆破临空面少量可能产生的飞石，在距炮孔顶部、台阶坡脚2m处搭设钢管架，钢管架上覆盖竹片并铺设高强尼龙网，减小临空面爆破飞石距离。防护示意图见图4。

图4　爆破临空面防护体系

（4）预裂孔防护。在预裂孔两侧搭设钢管架，架体高1m宽3m，横杆上方覆盖炮被和砂袋，立架临空侧单侧挂设竹片，立架上方履盖体重量大于400kg，并在预裂孔口部覆盖炮被及砂袋。这种防护体系简单，安全防护效果明显，有效解决了预裂孔爆破力突出的问题。具体构造示意图见图5。

图5　预裂孔防护体系

（5）立架防护。为防护不可预见的零星飞石，在距爆破地点南侧15m处搭设钢管立架，以防飞石落入南侧景区道路内。立架宽6m，高18m，长60m，采用Ø50mm钢管制做成基本骨架，底部将钢管插入地下不少于0.5m，以2.0m×2.0m间距搭设，竖向等间距设置剪刀撑。在临近爆破面首层、第三层钢管上满铺竹片严防飞石破坏。搭设立架时须用锚索斜拉固定，以确保立架不发生倾斜。该钢管立架防护体系适用于邻近爆破区域的建筑物、构筑物防护。

3.3爆破振动监测防控

根据《爆破安全规程》［4］规定，应对邻近建筑物实施监控，本工程在爆破点周围设置7个监测点，采用TC4850振动测试仪获取爆破振动数据，监测点振动最大值为0.832cm/s满足规范要求。爆破后应对可能发生的破坏点进行房屋鉴定和灾害评估［5］，本工程邻近建筑物未发现结构体受损、墙体产生裂纹及粉刷层脱落等情况。

4　爆破安全管理措施

4.1常规爆破安全措施

（1）同一爆破区域作业时，禁止钻孔和装药同时进行；

（2）爆破网路由专业人员负责联线，由爆破安全员监督，最后由技术人员检查，确认无误后方准起爆；

（3）定期检查炸药的质量，严禁使用过期、变质、受潮的炸药，炸药储存时必须注意防水和防潮；炸药和雷管应分开存放，搬运时不得一起搬运；

（4）露天爆破时，应根据当时的风向、风速，使人员处于上风向位置。

4.2加强安全警戒管理

本工程爆破安全警戒范围东向150m，南向130m，西向200m，北向130m，并在现场设置警戒线。爆破作业开始前一天发布公告通知附近居民及行人；爆破前30min对警戒范围内人员进行排查清场；爆破时安排人员巡视警戒线周围，严禁车辆和行人进入警戒范围；爆破完毕后，必须由爆破专业人员检查现场，确认现场无盲炮情况后，才能解除警戒。

5　结语

本工程爆破施工所采取的爆破技术及安全措施有效地控制了爆破振动、爆破飞石等对既有建筑物的破坏，保障了景区内行人的安全，为后序施工打下了良好的基础，也为今后类似工程的设计与施工提供以下参考：

（1）在复杂城市环境下进行爆破开挖难度较大，但只要针对其周边环境和地质条件，合理地组织施工，并采取多种爆破技术相结合，就能保证施工安全，提高爆破质量。

（2）在既有建筑物附近爆破时，采取爆破孔覆盖防护、钢管架近距离防护、立架防护3种措施结合，能够取得良好的防护效果。爆破孔覆盖是减少飞石的第一道重要防线，钢管架近距离防护是减少飞石的第二道防线，立架防护是保护既有建筑物与行人的最后屏障。

［1］赵新涛.城市岩体开挖爆破振动效应及安全控制研究［D］.重庆大学，2010.

［2］吕小师，孙博.紧临既有线石方控制爆破技术及安全防护措施［J］.爆破，2011（4）：97-100.

［3］唐小军，赖红源，夏鹤平，等.预裂爆破在紫金山金铜矿高陡边坡的应用［J］.爆破，2010（3）：48-50.

［4］GB 6722-2014爆破安全规程［S］.

［5］江斌.城市复杂环境条件下控制爆破技术［J］.地下空间与工程学报，2007，3（4）：773-775.

Rock Blasting Safety Protection Technology under City Complex Environment

XIANG Bin，WU Yi，CHEN Yan-chun，ZHAO Min-jie
（Tunnel Engineering Company of Zhejiang Province，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

With the consideration of the impact on the surrounding existing buildings and the safety of pedestrians during rock blasting in the urban area，reliable blasting technology and protective measures should be taken.According to the project，the reasonable arrangement for the blasting construction has been made based on the characteristics of the blasting surrounding conditions，after that，considering the vibration and flying rock caused by blasting， the weak loose controlled blasting and pre-splitting blasting technologies have been used，which effectively reduced the hazards of blasting vibration，such as direct covered protection，scaffold close protection and vertical scaffold protection.Engineering practice shows that the safety protection technology has achieved good results.

blasting safety technology；blasting vibration reduction；blasting flying rock；covered protection

TV542

B

1004-5716（2016）07-0001-05

2016-03-31

2016-04-01

项斌（1971-），男（汉族），浙江龙游人，工程师，现从事隧道与边坡施工方面的工作。