丁銀貴，孫鈺杰

(1.宏大爆破有限公司，廣州 510623；2.大昌建設集團有限公司，浙江 舟山 316000)

1 工程概況

舟山綠色石化基地位于浙江省舟山市岱山縣大小魚山島圍墾區(qū)，是國家石油化工“十三五”規(guī)劃重點項目，是中國(浙江舟山)自由貿易試驗區(qū)建設的引擎，是舟山江海聯運服務中心發(fā)展的核心，總體規(guī)劃分近、中、遠三期，規(guī)劃面積約41 km2[1](見圖1)。舟山綠色石化基地8 000萬方巖土爆破工程是石化基地的先鋒工程，開采石料主要為陸域形成、海堤填筑及水下拋石等工程提供建設需求，總工期39個月，分2期施工，一期工程由10個相對獨立的開采區(qū)組成，2015年9月15日開工，2017年5月10日竣工，完成工程量3 300萬方；二期工程由7個相對獨立的開采區(qū)組成，2017年5月1日開工，2018年12月30日竣工，完成工程量4 700萬方。

圖1 舟山綠色石化基地總體規(guī)劃Fig.1 Zhoushan green petrochemical base master plan

1.1 工程地質與水文情況

圍墾區(qū)為發(fā)育單一的火山碎屑巖，巖性為流紋質含角礫玻屑熔結凝灰?guī)r，呈青灰色，塑變結構，假流動構造。巖屑成分主要為含角礫玻屑熔結凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r、英安玢巖、安山巖、粉砂巖、蝕變巖等，含量約在20%～25%之間，粒度一般在5 ～50 mm，個別超過100 mm，多呈棱角狀。巖石天然抗壓強度最低155.0 MPa，最高239 MPa，平均值為195.3 MPa。

區(qū)內淡水資源缺乏，地勢總體中間高，四周低。地下水主要有松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙潛水。區(qū)內松散巖類厚0.30～2.70 m，巖性為含碎石粉質黏土，透水性、富水性差，水量貧乏。節(jié)理雖較發(fā)育，但節(jié)理面平直、閉合，水的連通性差。巖石最大風化厚度約2.70 m，地下水向下滲透的路徑不長，逕流率較小。

1.2 施工特點

1)工程區(qū)屬亞熱帶季風海洋性氣候，夏季易發(fā)臺風暴雨，加上大霧天氣多且海上風浪大，給工程進度、施工安全和物資保障帶來一定影響。

2)開采石料“一供多需”，且石料級配、強度及含泥量等要求較高，因此石料調配工作量大，石料質量控制難度大。

3)隨著采區(qū)西側石化廠區(qū)的快速建設，對爆破振動、個別飛散物及揚塵等有害效應控制要求日趨嚴格，大規(guī)模爆破施工難度大。

2 爆破施工方案

綜合考慮工程特點、施工環(huán)境及工期等因素，確定采用公路開拓運輸系統(tǒng)，自上而下分臺階開采，液壓挖掘機挖裝—自卸汽車運輸—推土機推排的施工工藝。臺階推進采用鉆孔爆破法施工，露天深孔臺階采用毫秒延時爆破技術，距石化裝置區(qū)100 m范圍內則采用復雜環(huán)境深孔爆破及淺孔爆破相結合的爆破方法。

本工程臺階高13～15 m，最小工作平臺寬40 m，道路平均縱坡為6.0%。以等邊三角形布孔為主，矩形布孔為輔，鉆孔作業(yè)采用高風壓潛孔鉆機和液壓鉆機，鉆孔直徑115 mm；爆破施工以逐孔起爆為主，臨近邊坡、建基面等區(qū)域采用特殊爆破技術。

3 施工關鍵技術

在臨近邊坡、建基面、石化裝置等區(qū)域，綜合采用斜線起爆、徑向耦合-不耦合裝藥軸向孔底空氣間隔定向卸壓爆破、預留孔底保護層緩沖爆破等關鍵技術進行施工。

3.1 等邊三角形布孔斜線起爆技術

關于寬孔距小抵抗線爆破機理[2]，國內外有著各種理論和假說，但尚無統(tǒng)一定論。該技術最早由蘭格福斯.U[3]提出，他認為增大炮孔密集系數m，能夠增加巖石內的剪應力和拉應力，使暴露巖面只能以一個彎曲面向前移動，這樣巖體將在每個炮孔的前方出現更明顯的彎曲，從而改善破碎效果。因此，本工程通過采用等邊三角形布孔斜線起爆技術，減小抵抗線(排距)，增大實際孔距來增大炮孔密集系數m。

3.1.1 爆破參數

等邊三角形布孔斜線起爆技術爆破參數如表1所示。

表1 爆破參數

3.1.2 起爆方式

常規(guī)方式起爆時，炮孔密集系數m1=a1:b1=1.375，每個炮孔負擔面積為S1=22.0 m2；斜線起爆時，炮孔密集系數m2=a2:b2=3.83，S2=S1=22.0 m2保持不變，炮孔密集系數提升2.785倍。

本次起爆方式如圖2所示。

注：①～⑩表示起爆順序。圖2 等邊三角形布孔斜線起爆Fig.2 Oblique initiation of the equilateral triangle blasthole layout

3.1.3 爆破效果

采用等邊三角形布孔斜線起爆技術，前排孔爆破后可以為后排炮孔創(chuàng)造出雙平面的實際自由面，更加有利于巖石之間的擠壓破碎，能夠取得更好的爆破效果。爆堆經3D激光掃描分析，斜線起爆比常規(guī)起爆方式大塊率下降了20%～30 %，二次破碎成本明顯降低。

3.2 徑向耦合-不耦合裝藥軸向孔底空氣間隔定向卸壓爆破技術

該技術是在炮孔徑向和軸向同時預留空氣介質的一種裝藥爆破技術，它的實質是利用徑向不同的裝藥結構調整裝藥系數，以達到控制爆炸波分布規(guī)律的目的[4]，其爆破參數如表2所示。

表2 爆破參數

3.2.1 裝藥結構

徑向耦合-不耦合裝藥是徑向底部耦合裝藥、徑向中上部不耦合裝藥的一種裝藥結構；軸向孔底空氣間隔是指在藥柱下端與孔底之間預留空氣柱的一種間隔裝藥結構。根據本工程巖性特點及石料需求單位的粒徑要求，軸向孔底空氣間隔取2.0 m，采用直徑為φ110 mm 的PVC管自制孔底空氣間隔器?？椎卓諝忾g隔器上方采用徑向不耦合裝藥，底部4.0 m采用φ110 mm乳化炸藥丟裝，中間3.0 m采用φ90 mm乳化炸藥吊裝，上部3.0 m采用φ70 mm乳化炸藥吊裝，吊裝完成后藥柱頂部用塑料袋封堵，封堵完成后進行炮孔填塞。裝藥結構如圖3所示。實踐證明，這種爆破技術明顯減少了根底的產生，加強了巖石破碎的效果，降低了爆破后沖作用和爆破振動，保留巖體和建基面損傷小。

圖3 空氣間隔定向卸壓爆破技術裝藥結構Fig.3 Directional pressure relief blasting technology charge structure

3.2.2 爆破效果

采用徑向耦合-不耦合裝藥軸向孔底空氣間隔定向卸壓爆破技術，爆破時底部空氣間隔延長了爆破作用時間，從而使巖體更好破碎，大塊率下降了10%～15 %。同時，底部空氣間隔也有一定的卸壓作用，改變了局部沖擊波的分布情況及爆轟氣體強度，對爆炸沖擊波有一定的導向作用，使炮孔底部爆破更完全，根底殘余量更少。

定向卸壓隔振爆破在降低爆破振動方面也有明顯的減振效果，根據測振統(tǒng)計結果，爆區(qū)外50 m處測點振速降低15%～25 %。

3.3 預留孔底保護層緩沖爆破技術

根據靠幫邊坡設置要求，最上層邊坡坡面角較小(34°)，鉆孔效率低，且成孔質量較難控制，不宜采用光面(預裂)爆破[5]。而且表層邊坡巖石風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，結構松散，呈碎塊狀，物理力學性質差，為有效保護邊坡巖體，減少施工對邊坡巖體的破壞，最上層邊坡采用預留孔底保護層緩沖爆破，輔以機械破碎[6]。

3.3.1 爆破參數

1)鉆孔直徑D。采用潛孔鉆機或液壓鉆機作業(yè)，孔徑D=115 mm。

2)臺階高度H?？繋瓦吰屡_階高度H=15 m。

3)預留保護層厚度h。炮孔分5排布置，鉆孔角度均為90°，孔底至邊坡坡面預留1.0～1.5 m厚的保護層，鉆孔深度每一排均不相同。第1～5排預留保護層厚度分別為1.5、1.5、1.2、1.0、1.0 m。

4)孔距a。同排炮孔間距相同，不同排炮孔間距不同，第1～5排孔距分別為5.0、4.5、4.0、3.5、3.0 m。

5)排距b。每2排炮孔排距均不相同，第1排、第2排間孔排距b1=4.5 m，第2排、第3排間孔排距b2=4.0 m，第3排、第4排間孔排距b3=3.5 m，第4排、第5排間孔排距b4=3.0 m。

6)填塞長度L。同排炮孔填塞長度相同，不同排炮孔填塞長度不同，第1～5排炮孔填塞長度分別為4.5、4.0、3.5、3.0、2.5 m。

3.3.2 裝藥結構

采用藥卷直徑φ=110 mm的成品乳化炸藥連續(xù)、耦合裝藥，兩個起爆藥包同時起爆，藥包位置安裝在炮孔內裝藥長度的1/4處和3/4處。

預留孔底保護層緩沖爆破參數及裝藥結構如圖4所示。

圖4 預留孔底保護層緩沖爆破參數及裝藥結構Fig.4 Parameters and charge structure of cushion blasting with reserved hole bottom protection

3.3.3 起爆網路

靠幫邊坡預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路采用逐孔起爆技術[7]，孔內使用2發(fā)MS10段380 ms非電導爆管雷管，排間采用MS5段110 ms非電導爆管雷管錯段，孔間采用MS3段50 ms非電導爆管雷管錯段，同排錯段采用MS2段25 ms非電導爆管雷管。預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路設計如圖5所示。

圖5 預留孔底保護層緩沖爆破起爆網路Fig.5 Detonation network of cushion blasting with reserved hole bottom protection

3.3.4 爆破效果

爆破后邊坡臺階高度、坡率、馬道寬度等參數均滿足設計要求，排水系統(tǒng)規(guī)格及參數與施工圖紙一致，邊坡眉線平直、坡面平整，沒有拉裂或爆破損傷，整體穩(wěn)定性好。

4 結語

針對大規(guī)模、高強度巖土爆破工程，采用等邊三角形布孔斜線起爆網路、徑向耦合-不耦合裝藥軸向孔底空氣間隔定向卸壓爆破等關鍵技術，使巖體破碎效果更好，大塊率下降10%～30 %；同時，降低了爆破后沖作用和爆破振動，爆破振速降低15%～25%；緩沖爆破技術能有效控制爆破能量，降低邊坡巖體和建基面的爆破損傷。本工程所采取的爆破技術可為類似大型巖土爆破工程的施工提供借鑒。