精细爆破在汕尾火车站场地平整工程中的应用

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精细爆破在汕尾火车站场地平整工程中的应用
李雷斌  肖涛   金沐
(中铁港航局集团有限公司，广东广州，510660)
摘  要：本文结合工程实例，通过定量化的爆破方案选择、定量化的爆破参数与起爆网路设计。以及对振动、飞石的精细化控制措施，介绍了精细爆破在汕尾火车站站前广场及周边场地土石方平整工程中的应用。采用上述精细爆破方案，不仅降低复杂环境条件下的爆破有害效应影响，而且可以根据场地条件灵活、机动地开展多点、多方位的控制爆破，确保安全施工，控制进度，保证工期。
关键词：爆破方案；爆破振动；飞石；精细爆破
1工程概况
1．1项目情况
汕尾火车站是厦深铁路在汕尾地区设立的主要车站，位于汕尾市城区东冲镇北部S241省道汕可公路附近。汕尾火车站站前广场及周边场地土石方平整工程北自距火车站站房南侧12m起，往南约500m；西自汕尾市良禽养殖场西侧围墙起；东自火车站站房东侧向东延长约300m。平整面积约17万平方米，主要包括汕尾火车站站前广场，东侧规划公交枢纽用地、站前路和站前横路城市主干道及周边场地。场地现有地形标高约20～46．5m(黄海高程)，根据竖向设计要求，本区域场平要求至20m标高，土石方总量153．6万立方米，岩石类型为强风化花岗岩、中风化至微风化花岗岩。
1．2周边环境
汕尾火车站已开通运行，客流量较大，其周围环境比较复杂。
(1)站房大楼玻璃幕墙如图1所示，爆破时应同时考虑爆破振动及飞石对站房大楼整体结构和玻璃幕墙的有害效应。由于本工程开工前，业主方为了降低后期爆破施工对站房大楼的振动影响，已经在距离火车站站房大楼正南方向12m处开挖埋设了一条15m宽、9m深的减振沟。因此爆破边界与站房大楼和玻璃幕墙的最近距离约为27m。
(2)根据设计要求，站房大楼东侧24m以外(以东)的土石方还将下挖，而距离站房大楼东侧约14m处还有一个18m×10m×5m(长×宽×高)的水泵房(如图2所示)。因此该处爆破边界与站房大楼和玻璃幕墙的最近距离为24m并紧贴水泵房的东墙。
   

(3)站房大楼东侧24m以外(以东)的土石方开挖区域北面与2号站台的最近距离为17．5m，与沿线铁路的最近距离为43．2m(如图3所示)，且最高处比站房大楼楼顶稍低，应采取有效措施避免爆破振动及飞石对站房大楼、玻璃幕墙和沿线铁路等产生有害效应。

(4)爆破时间应避免客流高峰，根据动车组到站、出站的时刻表合理安排爆破时间，不能影响旅客出行。
1．3主要保护对象
根据以上周边环境描述，本工程爆破施工过程中主要建(构)筑物保护对象为
(1)站房大楼(钢筋混凝土结构房屋)，最近的爆破点距离为24m。
(2)玻璃幕墙，最近的爆破点距离为24m。
(3)水泵房(钢筋混凝土结构)，最近的爆破点距离为14m。
(4)2号站台(钢筋混凝土结构)，最近的爆破点距离为17．5m。
(5)沿线铁路(钢筋混凝土结构)，最近的爆破点距离为43．2m。
2定量化的爆破方案选择
根据山体地形、地貌特征及合同提出的技术要求，拟对本项目山体采用浅孔爆破、深孔爆破、静态破碎、边坡预裂爆破的综合爆破方案。
爆破开挖时，最近的爆破点与2号站台的距离为17.5m，考虑爆破振动对其的影响，根据计算孔径115mm、台阶高度10m的炮孔单孔装药量为63kg，在单孔单响的情况下，需距离主要保护对象65.9m以上才能满足振动安全要求（小于2.5cm/s）；孔径42mm、台阶高度4m的炮孔单孔装药量为4.48kg，在单孔单响的情况下，需距离主要保护对象24.0m以上才能满足振动安全要求（小于2.5cm/s）。为确保安全，将整平场地分成三个作业区，采用不同的破碎方法施工，即对距离主要保护对象小于25m的山体（一区）采用静态破碎方案，25~66m的山体（二区）采用浅孔爆破方案，66m以上范围（三区）采用深孔爆破方案（如图4所示）。
  
站房大楼南侧已开挖15m、9m深的减振沟，施工时先进行一区静态破碎至设计标高，可作为东二区及东三区爆破振动的减振沟。另外，东二区顶标高+36.5m，比站房大楼顶稍低，为了确保飞石不落到楼顶、站台及沿线铁路，计划+27.5m标高以上部位采用静态破碎、液压破碎机辅助，+27.5m标高以下部位采用与南二区相同的浅孔爆破方法，加强表面覆盖。
3钻爆设备选择
深孔台阶爆破采用Φ115mm履带式潜孔钻机，边坡预裂爆破采用Φ90mm钻机；浅孔台阶爆破和静态破碎采用Φ42mm的手风钻钻孔。
4爆破器材选择
（1）炸药品种：根据当时民爆公司提供的炸药品种，中深孔爆破炮孔无水时使用粉状膨化硝铵炸药作为主炸药，2号岩石乳化炸药（φ90mm）作为起爆药包；在有水时使用2号岩石乳化炸药（φ90mm）。边坡预裂爆破使用2号岩石乳化炸药（φ32mm）。
（2）起爆器材：深孔及浅孔爆破使用导爆管雷管起爆，预裂爆破采用导爆索起爆。
5定量化的爆破参数与起爆网路设计
5．1  深孔爆破
5．1．1  爆破参数
深孔爆破选用φ115mm型钻机，标准台阶高度定为10～12m；经设计计算，深孔爆破参数见表1。
  
5．1．2装药结构
爆破采用柱状式连续装药，具体形式如图5所示。
  
5．1．3  布孔和起爆模式
选用垂直矩形或梅花形布孔，排间式和梯形起爆。布孔和起爆模式要根据爆破工作面的实际情况，以确保爆破安全和爆破效果为目的进行选取。
5．1．4起爆网路
本工程采用塑料导爆管非电毫秒雷管起爆系统，孔内延期或孔内、外延期相结合的接力式起爆网路，如图6所示。采用孔内延期时，要求炮孔内的雷管段别根据起爆的先后顺序，依次提高段别；采用孔内外相结合的起爆方式，要求孔内雷管的段别高于孔外连线用的延期雷管。根据最大一段安全药量的控制要求，将N个炮孔内毫秒延期非电雷管的导爆管集束式绑扎于孔外传爆毫秒延期非电雷管上，孔外传爆毫秒延期非电雷管之间头尾相接，是各组之间保持一个等间隔的微差起爆，最初传爆雷管使用高能脉冲起爆器激发起爆。
  
该网路的优点在于：使用较少低段别的雷管即可实现无数段的起爆，同时各段之间的间隔时间相等，误差量小，且绝无窜段、跳段的可能，网路的连接简单，易于掌握；非电雷管不会因雷电、杂电的作用而引起早爆。
5．1．5爆破量及爆堆分布计算
加大爆区规模，不但可减少钻机、挖机移位时间，提高开挖强度，同时有利于降低大块率。台阶爆破的大块主要来自第一排炮孔，其次是炮孔顶部堵塞段、爆区两侧带炮和后排孔爆破后冲，所以多排孔爆破的大块率肯定比单排孔爆破大块率低。按我公司的经验，排数应不超过6排，4排最佳，排数过多容易造成爆堆过高，松散性不良，不利于挖运，且爆区长度要大于宽度的3倍为宜。按最佳排数4排孔计，爆区规模最小应达到：宽度为14m，长度不小于42m，最小爆破不小于 5580m3，总装药量约2352kg。
爆堆形态如图7所示。
  
5．2预裂爆破
5．2．1  爆破参数
采用支架式潜孔钻机钻孔，爆破参数主要有孔径、孔间距、线装药密度和不耦合系数等，见表2。
  
5．2．2装药结构
爆破采用不耦合间隔装药，具体形式如图8所示。
  
5．3浅孔爆破
5．3．1  爆破参数
浅孔爆破采用φ42mm手持式钻机钻孔，炮孔排列方式为矩形或梅花形，垂直钻孔。炸药单耗为0.5kg/m3，具体爆破参数计算见表3。
  
5．3．2起爆网路
浅孔爆破采用毫秒导爆管雷管起爆网路。单排孔爆破时采用孔间微差起爆，多排孔爆破时可根据工作面状况选择采用V形或梯形微差起爆，相邻炮孔微差间隔时间为50～75ms。
5．4静态破碎
5：4．1静态破碎参数
静态破碎参数见表4。
  
5．4．2  孔位布置
根据合同要求石方单块直径不得大于80cm，按图9所示进行钻孔布置。
  
6振动及飞石的精细化控制措施
6．1振动控制
6．1．1  爆破振动安全允许标准
本工程对周边主要保护对象的安全允许振速值见表5。
  
注：为使爆破振动降低到最小，本工程爆破设计时统一将安全振速控制为2．5cm／s。
6．1．2降低爆破振动的技术措施
(1)控制一次起爆药量。最大单响药量按下式及表6予以控制。
  
  
式中，v为振动速度，cm／s；Q为最大单段起爆药量，kg；R为最大单段药量中心距被保护物的距离，m；K、α为与地形地质条件有关的系数。
根据地质条件，本工程暂取K=180，α=1．5。在爆破实施过程中，通过实测爆破地震波，得到实际的K、α值再训整。
(2)在爆区和保护物之间开挖减震沟。站房大楼南侧已开挖15m宽、9m深的减震沟，可作为南二区及南三区爆破振动的减震沟。施工时先进行一区静态破碎至设计标高，可作为东二区及东三区爆破振动的减震沟(如图10所示)。
  
6．2飞石控制
6．2．1爆破飞石的安全判据
按《爆破安全规程》(GB 6722—2003)规定：露天岩石爆破时，台阶深孔爆破个别飞石对人员的安全允许距离不少于200m，浅孔爆破个别飞石对人员的安全允许距离不少于300m，对设备或建(构)筑物的安全允许距离，应由设计确定。
由于本工程周围环境比较复杂，客流量较大，警戒范围全部按300m设置警戒点。
6．2．2个别飞石的控制措施
本工程按照不同分区爆破方法相应采取不同的控制措施，避免飞石对站房大楼、玻璃幕墙、水泵房、2号站台及沿线铁路等造成损毁，见表7。
  
7结论
本文通过定量化的爆破设计以及对振动、飞石的精细化控制措施，介绍了精细爆破在汕尾火车站站前广场及周边场地土石方平整工程中的应用。得出如下结论：
(1)精细爆破设计不仅可以保证复杂地形和周围环境条件下的爆破效果，降低复杂环境条件下的爆破有害效应影响，而且可以根据场地条件灵活、机动地开展多点、多方位的控制爆破，确保安全施工，控制进度，保证工期，取得理想的经济效益。
（2）将精细爆破理念应用到工程实践中，最终实现安全可靠、技术进步、绿色环保及经济合理的爆破作业。
参考文献
[1]汪旭光．爆破设计与施工[M]．北京：冶金工业出版社，2011．
[2]谢先启．精细爆破[M]．武汉：华中科技大学出版社，2010．
[3]张正宇，等．水利水电工程精细爆破概论[M]．北京：中国水利水电出版社，2009．
摘自《中国爆破新进展》