陳 磊，許 迪，劉金民，陳佳秉，胡坤倫

(1.浙江秦核環(huán)境建設(shè)有限公司，浙江 嘉興314300；2.江西省公安廳治安總隊(duì)，南昌 330038；3.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

隨著中國“五位一體”總布局的進(jìn)行，城鎮(zhèn)復(fù)雜環(huán)境下的控制爆破技術(shù)是城鎮(zhèn)市政建設(shè)及改造的必要手段，但也成為城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要阻礙，其難點(diǎn)不只在于難以完全控制的爆破施工效果，更在于爆破過程中爆破振動、爆破飛石、爆破粉塵等爆破有害效應(yīng)對周圍人群造成的生命威脅，對周圍構(gòu)筑物造成的結(jié)構(gòu)損害。為尋找更加安全有效的方法來應(yīng)對城鎮(zhèn)復(fù)雜環(huán)境下爆破施工，許多學(xué)者及工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量的理論、實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐的研究。

閆國斌等[1]利用LS-DYNA 建立了三維單孔不耦合裝藥爆破模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬,得出了孔壁應(yīng)力與不耦合系數(shù)的函數(shù)關(guān)系，為預(yù)裂爆破和光面爆破參數(shù)計(jì)算提供了理論依據(jù)；李起山[2]通過對水泥沙漿模型進(jìn)行不耦合裝藥的實(shí)驗(yàn)，得出不耦合裝藥能有效地降低作用在炮孔壁上的初壓和最高壓，降低了炸藥爆炸的沖擊作用，提高了靜壓作用的比例，對光面爆破中保持基巖的完整性，保證貫穿裂縫的形成,造成平整的破裂面都是十分有利的；梁為民等[3]通過采用水泥砂漿模型對不耦合裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，利用AUTODYNA 有限元分析軟件，對不耦合裝藥結(jié)構(gòu)爆炸應(yīng)力波在巖石傳播過程中粉碎圈、裂隙的形成，進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,得出裝藥和炮孔壁之間的間隙能夠降低沖擊波峰值壓力，延長應(yīng)力波和爆生氣體的作用時間能改變應(yīng)力波的加載速率，減小粉碎圈的范圍和爆炸無用功，從而有效提高炸藥的利用率，不耦合裝藥結(jié)構(gòu)與耦合裝藥結(jié)構(gòu)相比，可以顯著提高巖石爆破效果，使巖石破碎塊度分布更為合理；鮑罡武等[4]提出了卸壓隔振新方法，即卸壓隔振爆破的底部間隔空間延緩了炸藥爆炸對孔壁的作用，降低初始壓力及爆破應(yīng)力峰值，同時卸掉炮孔底部的壓縮應(yīng)力，起到降低底部保留巖石爆破損傷的作用；張?zhí)戾a[5]對不同界面炮孔爆破形成的殘孔形式、長度及有限界面邊界 “截止”爆破能量與殘孔長度的關(guān)系、圍巖應(yīng)力對殘孔的影響和夾制作用等有關(guān)問題作了分析，得出由于界面邊界對爆破能量部分“截止”，除與界面平行或與界面垂直而有空孔的平行孔外，其他各種形式的布孔，一般都會出現(xiàn)殘孔；張樹偉等[6]分析了廟溝鐵礦中深孔爆破大塊根底產(chǎn)生的原因及對生產(chǎn)的影響，提出了正確的設(shè)計(jì)、合理的超深、嚴(yán)格的施工等措施；申衛(wèi)峰等[7]對經(jīng)山寺鐵礦深孔臺階爆破產(chǎn)生大塊和根底原因進(jìn)行分析，提出有效解決方法，包括確定合理孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥方式，確定合適填塞長度以及采用合理起爆形式等。以上各位學(xué)者的研究都為本次施工實(shí)踐提供了一定參考。

1 工程概況

海寧市黃灣衛(wèi)生填埋場生態(tài)修復(fù)工程位于海寧市黃灣鎮(zhèn)(尖山新區(qū))錢江村。根據(jù)建筑總平面布置的情況，擬建工程主要包括飛灰填埋庫區(qū)(庫容約20 萬m3)1 座，調(diào)節(jié)池2座，2層的輔助車間2 間，綜合水池及地磅房等，總建筑面積約2 350 m2，場地整平標(biāo)高為黃海6.00 m左右。其中1#、2#調(diào)節(jié)池基礎(chǔ)需要爆破開挖，爆破開挖方量為10 500 m3。

1.1 爆破點(diǎn)四周環(huán)境

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，待爆破基坑無開挖臨坡面，距離基坑13.41 m處以內(nèi)有海寧市楊清凈化設(shè)備有限公司的磚構(gòu)辦公樓，辦公樓東邊緊鄰一條南北走向、寬約5 m的鄉(xiāng)村公路，路道東側(cè)沿路有一條南北走向、架高4.5 m、輸送電壓10 kV的民用高壓電線，道路東邊距基坑31 m處為通航航道六平甲線；南側(cè)10 m處為集裝箱式地磅房，100 m處為浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰军S灣衛(wèi)生填埋場項(xiàng)目部辦公樓；西、北側(cè)200 m內(nèi)無重要保護(hù)對象，整體爆破環(huán)境比較復(fù)雜(見圖1)，爆破時應(yīng)嚴(yán)格控制爆破振動與爆破飛石。

圖1 待爆區(qū)周邊環(huán)境Fig.1 Surrounding environment of blasting area

1.2 地質(zhì)條件

調(diào)節(jié)池的東南部為第四系沉積層分布，部分區(qū)域受到垃圾場廢液的侵蝕演變成強(qiáng)風(fēng)化沉積巖，場地已整平，但未開挖，場地標(biāo)高6.00 m左右；其西北部為一山崖，山崖高度約12 m，場地基巖為英安質(zhì)火山凝灰?guī)r(J3b)，勘探揭露有強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r(其厚度較薄)、中風(fēng)化凝灰?guī)r，上層覆蓋層為粉質(zhì)黏土(al-lQ43)。

1.3 基坑技術(shù)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)方案及建設(shè)單位的要求，基坑不允許欠挖，超挖量也不能超過15 cm，基坑壁及底部要求平整，要控制基坑爆破對基坑底部及保留巖體的擾動。

2 工程剖析及應(yīng)對措施

2.1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)受侵蝕的強(qiáng)風(fēng)化巖裂隙節(jié)理較為發(fā)育,深度超過基坑開挖的深度，對基坑底部保護(hù)較為困難；采用機(jī)械開挖施工進(jìn)度慢，而爆破開挖由于裂隙較為發(fā)育導(dǎo)致爆破效果差；英安質(zhì)火山凝灰?guī)r(J3b)巖層存在層理，在爆破振動的影響下后排邊坡可能產(chǎn)生塌方。

2)爆破區(qū)域地質(zhì)由受侵蝕的強(qiáng)風(fēng)化沉積巖過渡為英安質(zhì)火山凝灰?guī)r(J3b)，這種地質(zhì)變化要求爆破作業(yè)每向前推進(jìn)一個進(jìn)尺后均要進(jìn)行試爆，對爆破參數(shù)設(shè)計(jì)要求較高。

3)基坑上層覆蓋層已剝離，剝離后的基坑場地坡度較大，爆破層厚度從3.0～13.5 m不等，為穿孔作業(yè)帶來了很大困難。

4)待爆破場地沒有臨空面，工期進(jìn)度不允許機(jī)械開挖形成臨空面，所以第一爆對后序爆破作業(yè)順利開展十分重要。

5)基坑尺寸相對較小，僅能容下1 臺挖掘機(jī)作業(yè)，在基坑西南僅有1條由鐵板鋪墊的臨時道路，對清運(yùn)工作十分不利，因此要求嚴(yán)格控制大塊率和根底。

6)緊鄰基坑?xùn)|北部為擬建垃圾填埋場擋墻，擋墻平均高度10 m左右，因此減少對保留巖體的擾動。

2.2 應(yīng)對措施

1)設(shè)計(jì)基坑開挖深度為13.5 m，尺寸分別為15 m×18 m、32 m×32 m?；咏孛娉叽缦鄬ΚM小，出渣受到施工場地的限制。該工程工期緊，施工期間需要嚴(yán)格控制大塊率，減少二次破碎占用的時間，所以必須優(yōu)化布孔參數(shù)，合理布孔，節(jié)約穿孔時間。

2)該基坑地質(zhì)條件復(fù)雜，在施工過程中嚴(yán)禁超、欠挖，減少根底和對邊坡的擾動次數(shù)。為此，在施工過程中要精心規(guī)劃，合理布局，用最少的爆破次數(shù)完成基坑開挖，以期減少對保留巖體的擾動次數(shù)；基坑邊坡采用預(yù)裂爆破，用以降低爆破作用對保留邊坡的影響；穿孔過程中對孔底進(jìn)行一定深度的超深鉆孔，防止欠挖和出現(xiàn)根底；在裝藥過程中，孔底采取間隔裝藥，減少炸藥對坑底的擾動，也可防止超挖。

3)基坑周邊的爆破環(huán)境比較雜，為減弱爆破振動和減少爆破飛石，根據(jù)應(yīng)力波和爆生氣體聯(lián)動作用的爆破原理，按松動爆破的原則，采用多打孔少裝藥的施工方法，同時采取不耦合裝藥、空氣間隔填塞的方式，減弱沖擊波的影響作用，延長孔內(nèi)爆生氣體的作用時間。

3 爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)待爆破區(qū)周圍環(huán)境、地質(zhì)條件及工程要求等實(shí)際情況，結(jié)合該工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及相關(guān)的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，制定爆破方案。

3.1 爆破方案

為確保爆破效果及施工安全，將爆破有害效應(yīng)控制在安全范圍內(nèi)，確保周邊建筑的結(jié)構(gòu)不受破壞及預(yù)留邊坡的整體性，保證航道的順利通航，決定第1 次爆破采取多打孔少裝藥的弱松爆破方式，結(jié)合機(jī)械開挖形成臨空面，根據(jù)小臺階爆破思路，每次爆破采用2 排三角形式的布孔方式。孔底采用間隔裝藥和局部加強(qiáng)裝藥，藥柱主體采用不耦合裝藥，孔口采用空氣間隔填塞，預(yù)留邊坡采用預(yù)裂爆破。

3.2 炮孔參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)

1)布孔形式及參數(shù)。本工程因工期緊，施工空間狹小，在施工期間直接采用高風(fēng)壓潛孔鉆穿孔，鉆孔直徑d=110 mm。為保證孔底在同一平面高度，采用一孔一測的方式確保鉆孔的精度，炮孔深度3.5～12 m不等；采用三角形布孔。

2)對于深度<5 m炮孔，孔距a=1.8～2.0 m，排距b=1.5～1.8 m；當(dāng)鉆孔直徑d=110 mm時，采用多孔泡沫材料墊底20 cm，吊裝2～3支φ70 mm或1～2支φ90 mm的2#巖石乳化炸藥，在確保填塞長度不小于3 m的前提下，根據(jù)孔深的情況來決定在藥柱頂部設(shè)置0～1.5 m空氣間隔；采用上下2 發(fā)雷管起爆(見圖2)。

圖2 深度小于5 m炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)Fig.2 Charge structure of blastholes with a depth of less than 5 m

3)對于深度≥5 m的炮孔，孔距a=2.5～3.0 m，排距b=2.2～2.5 m；當(dāng)鉆孔直徑d=110 mm時，采用多孔泡沫材料墊底20 cm，在底部吊裝2～6支φ90 mm的2#巖石乳化炸藥藥卷進(jìn)行加強(qiáng)裝藥，之后再吊裝1.0～8.0 m的φ70 mm 2#巖石乳化炸藥藥卷，在確保填塞長度不小于3 m的前提下，根據(jù)孔深的情況來決定在藥柱頂部設(shè)置0.5～2.0 m的空氣間隔；采用上下2發(fā)雷管起爆(見圖3)。

圖3 深度5 m以上炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)Fig.3 Charge structure of blastholes with a depth of more than 5 m

3.3 裝藥量計(jì)算

按照類似弱松動爆破工程的炸藥單耗(一般為0.28～0.35 kg/m3)，結(jié)合藥卷的直徑及裝藥的長度，根據(jù)下列公式并結(jié)合表1中2#巖石乳化炸藥參數(shù)計(jì)算裝藥量。

Q=πr2lρ

(1)

式中：Q為單孔裝藥量，kg；ρ為藥卷密度，g/cm3；r為藥卷直徑，mm；l為裝藥長度，m。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)炮孔深度<5 m時，單孔裝藥量3～6 kg，炸藥單耗0.32 kg/m3左右；當(dāng)炮孔深度≥5 m時，單孔裝藥量8～30 kg，炸藥單耗0.30 kg/m3左右。

表1 2#巖石乳化炸藥參數(shù)Table 1 Parameters of 2#rock emulsion explosive

3.4 爆破網(wǎng)路

采取一孔一響非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路(見圖4)，孔內(nèi)裝MS11段(460 ms)導(dǎo)爆管雷管，孔間采用MS3段(50 ms)導(dǎo)爆管雷管；排間延時采用MS5段(110 ms)導(dǎo)爆管雷管。

圖4 起爆網(wǎng)路Fig.4 Detonation network

3.5 預(yù)裂爆破參數(shù)

根據(jù)本工程地形地質(zhì)、鉆孔機(jī)械、爆破要求及爆破規(guī)模等，結(jié)合已經(jīng)完成的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)資料[8]進(jìn)行類比設(shè)計(jì)。

炮孔參數(shù)：鉆孔直徑d=110 mm;孔距a=(8～12)d，故孔距應(yīng)為0.88～1.32 m，本工程取1.0 m。

單孔裝藥量：根據(jù)巖石地質(zhì)參數(shù)及設(shè)計(jì)原則，正常段裝藥線裝藥密度Q線取350～400 g/m。

裝藥結(jié)構(gòu)(見圖5)：采用藥卷直徑為φ32 mm的2#巖石乳化炸藥，沿藥卷周邊留環(huán)形間隙的不耦合裝藥，用PVC管捆綁固定藥卷和導(dǎo)爆索間隔串聯(lián)藥卷，炮孔底部加強(qiáng)段的裝藥長度為1～1.5 m，線裝藥密度為正常段Q線的1～2倍，本工程取700～800 g/m；減弱段長度為1～1.5 m，裝藥量是正常段Q線的1/3，本工程取200 g/m左右。

爆破網(wǎng)路：孔內(nèi)藥卷由導(dǎo)爆索間隔串聯(lián)并用MS1段(0 ms)延時導(dǎo)爆管雷管引爆，孔外采用簇聯(lián)。

圖5 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)Fig.5 Charge structure of pre-splitting blastholes

3.6 安全防護(hù)

在充分保證填塞質(zhì)量后，采用三層緊體防護(hù)措施：①在炮孔上壓1袋25 kg的沙包，沙包均勻平躺；②每排炮孔壓過沙包后，再覆蓋寬1 m、厚1 cm廢舊橡膠運(yùn)輸帶編制的防護(hù)層；③在防護(hù)層上對應(yīng)炮孔的位置再壓2袋沙包。

3.7 爆破效果

爆破過程實(shí)現(xiàn)了振感小，無飛石；爆破后檢查炮孔上部無大塊，巖石破碎充分，清碴方便，基坑超、欠挖基本控制在15 cm之內(nèi)；局部根底欠挖部位采用挖掘機(jī)即可清除,基坑底部十分平整(見圖6)；鄰近路面清潔無塵土，周邊建筑物完好。

圖6 爆破效果Fig.6 Blasting effect

4 結(jié)語

1)裝藥結(jié)構(gòu)大部分采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，一改以往不耦合裝藥僅作為預(yù)裂爆破和光面爆破的裝藥方式，這為以后的主體爆破方式提供參考經(jīng)驗(yàn)。

2)不耦合裝藥，能夠有效減少粉碎區(qū)的區(qū)域，延長爆生氣體的作用時間，提高爆破整體效果，使巖體破碎均勻。

3)炮孔上部空氣間隔部分能夠有效地減少孔口大塊率，減少爆破飛石量，對延長爆生氣體的作用時間有一定的作用。

4)爆破方式?jīng)]有嚴(yán)格區(qū)分淺孔爆破與深孔爆破，而是根據(jù)工程實(shí)際情況，因地制宜，一孔一測量的方式，在保證松動爆破所需單耗的情況，進(jìn)行多元化施工。