复杂环境下石方控制爆破施工技术

中铁建贵州建设有限公司，贵州 贵阳 550000

进行市政轨道交通建设石方爆破施工，特别是周边环境复杂并且紧邻高铁既有线时，施工稍有不慎，即使是很小的飞石落入既有线也会影响高铁正常运行或者损坏既有线上运营设备[1]，会对高速铁路造成不良的社会影响以及巨大的经济损失，因此在复杂环境下采用控制爆破施工技术十分有必要。

1 工程简介

1.1 工程概况

贵安新区核心区段地下空间及联络通道配套工程西段施工区段为2站3区间，全长1.43km，全部采用明挖法进行施工。施工场区碳酸岩分布广泛，岩性以白云岩为主，其次为灰岩和泥质白云岩。基坑开挖深度在10～23m，共有3级边坡，平均每级边坡垂直高度在7m左右，坡比为1∶0.3，坑底宽为13.5m。

1.2 工程风险

爆破开挖区域距离沪昆高铁贵安站最近距离为376m，并且附近有项目部驻地和2个变压室，距离爆破区域分别为12m和6m；爆破区域北侧135m处有1座正在修建的公路桥梁，南侧167m处还有1座已经修建完成的公路桥梁。爆破区域周边环境复杂，沪昆高铁贵安站是沪昆高铁贵州西段最大的高铁站，车站等级为特等站，对沪昆高铁贵安站的保护是该工程控制爆破的重点。

1.3 工程安全技术难点

《铁路运输安全保护条例》规定：在铁路线路两侧各1000m范围内施工都属于邻近既有线施工。该工程爆破区域距离沪昆高铁贵安站仅有376m，并且附近有项目部驻地和变压室，因此该项目的爆破施工必须制订切实可行的控制爆破方案，严格控制爆破振动、优化爆破参数，确保爆破振动、爆破飞石等有害效应不对沪昆高铁、项目部驻地、变压室及周边的人员、机械造成损伤[2]。贵安新区核心区段地下空间及联络通道配套工程开挖沟槽两侧都是边坡，合理选择爆破参数以保证爆破区域两侧的高边坡不被损坏是施工的又一难点。

2 深基坑石方控制爆破开挖施工方案

2.1 深基坑石方控制爆破开挖方式的选择

根据工程设计图纸要求并结合爆破区域的实际地形地貌、环境状况、地质条件，项目部研究决定选择多台阶开挖方式，采取“自两端向中间”进行拉槽开挖的方式推进[3]，改变最小抵抗线方向，使之不与沪昆高铁贵安站、项目部驻地和变压器正对，以减小爆破过程中对其产生的危害。

利用萨道夫斯基公式以及沪昆高铁、公路桥梁的安全允许振速反推计算得出控制爆破区域[4]。在控制爆破范围内，为提高爆破施工效率，根据爆破区域与被保护对象的距离逐渐加深炮孔深度。

2.2 控制爆破开挖总体控制方法

（1）进行预裂爆破隔振。在具备预裂爆破的条件下[5]，在靠近沪昆高铁贵安站及有建筑物的一侧沿边坡坡面提前打1排预裂孔，倾斜角度与边坡坡度相同，预裂孔孔径为90mm、孔间距为0.5m，孔深超过主爆破区域孔深0.5～1.0m；严格控制预裂孔装药量。预裂爆破形成的预裂缝，能有效削弱爆破地震波的传播，从而降低爆破产生的振动效应对周边的影响。

（2）严格控制最大单响起爆药量。在爆破施工过程中，严格按照经过批准的控制爆破设计方案进行装药、炮孔封堵、布线、起爆，通过微差控制爆破原理严格控制逐孔起爆时单响最大起爆药量。

（3）采用不同的装药方式。为了减小爆破振动对沪昆高铁和附近建筑物产生的不良影响并减小爆破块度，根据实际情况采用空气间隔装药法、分层装药法和不耦合装药法。

（4）进行爆破振动监测。在爆破过程中，对爆破振动实时进行监测[6]，并及时根据实时监测的数据对爆破参数进行调整和优化，最大限度地降低爆破振动对沪昆高铁和沪昆站产生的不良影响。

3 控制爆破施工方案

3.1 控制爆破范围划分

由于爆破区域距离沪昆高铁贵安站最近距离为376m，沪昆高铁属于一级重要设施，轨道允许的安全振动速度为0.5cm/s，因此需要对爆破振动效应进行严格控制。

爆破振动安全允许距离公式：

式中：R为爆破振动安全允许距离；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量；V为保护对象所在地质点振动允许安全速度；K、α分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，查《爆破安全规程》（GB 6722—2014）并参照当地的类似工程经验，K取200，α取1.68（爆破之前先进行多次小药量试爆，结合实时振动监测数据，再具体确定K和α值，优化爆破参数）。

当炮孔孔径为90mm时，药卷直径为70mm，每延米药量为6kg，孔深为8m，单孔药量为30kg左右，距离为376m时最大允许药量为1199.58kg。由于该爆区的开挖深度在10～23m，因此该爆区主要采取深孔台阶松动控制爆破方案。

3.2 控制爆破参数设计

（1）深孔台阶松动控制爆破参数。在进行石方爆破施工前，针对不同岩体先按爆破设计方案进行试爆，然后分析总结试爆效果，并调整参数，在试爆效果满足要求后再进行正式爆破施工[7]。①台阶高度H：根据工程设计图纸及现场实际情况，H=7.0m。②孔径D：采用潜孔钻机，取90mm。③炸药单耗k：k=0.35～0.4kg/m3。④钻孔布置：采用垂直孔、三角形布孔方式。⑤最小抵抗线W：W=3m。 ⑥ 孔 距a：a=3.0 ～ 4.0m， 取 4.0m。 ⑦ 排 距b：b=2.0～3.0m，取3.0m。⑧炮孔深度L：L=H+h=8.0m。⑨单孔负担的面积S：S=ab=12m2。⑩单孔装药量按面积Q：Q=kV=kabH=29.4～33.6kg，取33kg。另外，试炮时k取大值，然后根据爆破效果调整（每次起爆药量不超过500kg）。⑪装药结构：根据现场实际情况选择适宜的装药结构。⑫爆破网路：因周边环境复杂，在爆破施工过程中，为了确保生产安全，采用毫秒导爆管雷管（单孔孔内2发13段导爆管雷管）进行逐孔微差起爆。孔间延时50ms，排间延时110ms。

（2）浅孔控制爆破参数。孔径40mm，台阶高度1.5m，采用浅孔松动控制爆破方式计算相关技术参数如下[8]。①最小抵抗线W：W=1m。②孔深L：L=H+h，h=0.2m，L= 1.7m。③孔距a：a=1.0m。④排距b：b=0.6m。⑤单位炸药消耗量q：该工程岩性以白云岩为主，其次为灰岩、泥质白云岩，岩石坚硬系数较低，结合《爆破安全规程》及以往施工经验，浅孔松动爆破时单位炸药消耗量q取0.3kg/m3（具体取值试爆后确定）。⑥单孔装药量Q：Q=qabH=0.27kg，在实践中通过试爆对以上数值进行修正。⑦装药结构：采用连续装药结构。⑧炮孔布置：采用三角形布孔、多排孔交错排列方式进行炮孔布置。⑨填塞：采用黏土对炮孔进行填塞。⑩起爆方式：采用逐孔微差延时起爆，孔内采用15段导爆管雷管（880ms），孔间采用3段导爆管雷管（50ms），排间采用5段导爆管雷管（110ms），炮孔数量根据现场实际情况、孔径及工期进度安排具体确定，平均每次布置100～150个炮孔。

（3）边坡预裂爆破参数。①孔距a：a=0.72～1.08m，其中，炮孔直径d=90mm，硬岩取中间值，软岩取小值，故此处取值孔距1.0m。②孔深h：h=7.0m。③超深L1：L1=1.2～1.5m。④堵塞长度L2：L2=2.0～3.0m。⑤线装药密度：取0.25～0.4kg/m；⑥单孔药量：取1.0～1.6kg。⑦钻孔方向：钻孔方向和边坡设计坡度方向相同。⑧不耦合系数：取3～4。⑨装药结构：比较破碎的岩层，预裂孔装药结构采用双导爆索；中等和较硬岩层采用间隔绑扎装药结构[9]，同时底部装药量适当增加。⑩爆破网络设计：预裂孔的爆破时间提前主爆孔110ms起爆。

3.3 孤石爆破

控制爆破效果的一个重要指标是爆破产生的石渣的大小均匀程度：石碴块径短边尺寸小于1.0m的石碴采用机械破碎；爆破开挖后石碴块径短边尺寸大于1.0m的孤石采用浅孔松动爆破进行破碎。需要注意的是，在对孤石进行浅孔松动爆破时，要对钻孔、装药量等进行严格控制，孤石爆破时容易发生飞石现象，在孤石爆破时要采用胶皮网对孤石进行覆盖。

3.4 爆破振动控制

爆破产生的危害主要有爆破振动、爆破飞石、噪声、爆破烟尘等。该工程属于露天石方爆破，同时工程主要保护对象为沪昆高铁，要对爆破有害效应中的爆破振动和爆破飞石进行严格控制[10]。

沪昆高铁属于一级重要设施，其轨道允许的安全振动速度v=0.5cm/s，对于公路桥梁，按照《爆破安全规程》（GB 6722—2014）规定中一般工业和商业建筑取值，其安全允许振动速度为3.5～4.5cm/s。鉴于其中一座公路桥梁处于在建阶段，为了确保在爆破施工过程中公路桥梁的绝对安全，取安全允许振动速度为3.5cm/s对爆破振动效应进行控制。

根据爆破振动安全允许距离公式，Q为一次最大起爆药量，取值为55kg；K和α取值分别为K=200，α=1.68，当R为376m时，计算得最大振动速度为0.09cm/s，未超过安全允许振动速度3.5cm/s，因此该项目采取的控制爆破方法是科学的、合理的，也是必要的。

4 控制爆破施工工序

控制爆破施工工序：爆破方案设计→施工准备→测量放线→布孔→钻孔→验孔→装药→堵塞→网络连接→起爆→爆后检查→撤除警戒。

4.1 布孔

炮孔的位置必须严格按照经过审批的爆破设计方案的爆破参数，准确地标识在爆破体上，不能随意变动。

4.2 钻孔

在钻孔施工过程中，严格控制钻孔的方向、角度和深度，炮孔孔口方向严禁朝向铁路既有线、项目驻地和周边其他设施，且要随时留意地质的变化情况，并做好钻孔记录，一旦发现地质情况和勘察设计图纸有明显差异，就要立即停止钻进并及时与项目技术人员进行研究处理，根据现场实际情况调整孔位及相关爆破参数。钻孔完成后及时对炮孔周边进行清理，并对炮孔的间距、深度、倾斜度进行检查，若不满足设计要求，应适当调整设计参数；如果会危及生产安全或可能影响爆破效果，应重新进行钻孔施工。

4.3 装药

装药前仔细检查炮孔情况，清除炮孔内的积水、杂物等。严格控制装药量，边装药边进行测量，以确保装药符合设计要求。遇到恶劣水文情况及特殊气候条件要停止爆破作业，并将所有人员撤到安全位置。另外，为了提高爆破效果，毫秒导爆雷管应置于炮孔底部并采用反向装药结构。

4.4 填塞

炮孔采用黏土进行填塞，黏土的含水量控制在15%～20%。药卷安装完成后立即对炮孔进行填塞，并用木炮棍压紧捣实，确保填塞中导爆管雷管不会被损坏。

4.5 起爆网络设计

起爆采用电与非电混合式起爆网络，先起爆电雷管，再由电雷管引爆导爆管雷管。采用毫秒微差延时起爆方法，前排炮孔起爆后给后排延时起爆的炮孔创造了新的临空自由面，从而提高了整体的爆破效果。

5 安全防护措施及应急救援预案

5.1 爆破飞石控制

通过对爆破飞石的验算，在爆破过程中采取改变临空面方向、合理布孔、多打孔少装药、合理填塞等措施，并加强爆破的安全防护，爆破飞石危害可以得到有效控制。控制飞石的安全防护主要采取爆破覆盖的方法，对爆破体采用橡胶皮网进行覆盖，并且至少覆盖4层，覆盖后再将橡胶皮网用铁丝连成一片。覆盖过程中要注意保护起爆网络不被损坏。

爆破飞石及空气冲击波的防护方案有三种：

（1）在爆源处进行安全防护。采取胶皮网覆盖、土袋压稳等措施，即先用不少于4层胶皮网对爆破体进行覆盖，再用土袋压住胶皮网以避免飞石飞出覆盖物，如图1所示。

图1 爆源处安全防护示意图

（2）在爆源与被保护体之间进行防护，采用脚手架搭接排架并在排架上挂上双层胶皮网进行爆破飞石防护。

（3）对重点保护对象进行单独防护。该项目爆破区域紧邻沪昆高铁既有线和项目部驻地，因此从爆源处防护，并在爆源与沪昆高铁、项目部驻地之间设置安全防护。这样采取双重安全防护后，能够确保在施工过程中沪昆高铁和周边环境的安全。

5.2 爆破警戒

爆破的安全警戒距离不小于200m，并在爆破前由安全员负责全面警戒，把守各个路口。每个警戒人员之间要采取对讲机、手机等保持良好的通信，现场负责人在保证各个警戒点为安全状态时，再向爆破员下达起爆信号。爆破结束后，按照要求进行爆后检查，确保没有安全风险后再由现场负责人下达解除安全警戒信号。

5.3 应急演练和应急救援

为最大限度地减少事故造成的人员伤亡和经济损失，项目部设置应急救援组织机构和应急抢险队，配备必要的应急救援物资设备，定期开展具有针对性的应急演练活动，并在每次演练结束后根据应急救援预案规定的内容进行检查，找出不足，然后进行补充完善。在发生突发事件后立即启动应急救援预案，做好生产事故发生后的抢险、救援和应急处置工作，力争将人员伤亡及经济损失降到最低。

6 结束语

市政轨道交通工程现场环境复杂，爆破开挖难度大，并且对爆破开挖要求高。文章所述项目通过对复杂环境下爆破控制方案的编制、实施和采取安全防护措施，并在爆破的实施过程中对相关爆破参数进行动态修正，在爆破飞石和爆破振动的控制方面取得了良好的效果，没有对沪昆高铁、项目驻地、周边环境等产生不良影响，为后续复杂环境下的爆破工程施工积累了工程经验。