城市复杂环境下路基爆破有害效应控制研究.pdf

第35卷 第4期 2018年12月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 4  Dec. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2018. 04. 022 城市复杂环境下路基爆破有害效应控制研究* 吴江华 1， 陈姿霖2， 卜俊锐1， 张维明1， 张文博2， 强小刚3， 陈先锋2 （1.中铁十一局集团第三工程有限公司， 十堰442012；2.武汉理工大学， 武汉430070； 3.大庆石油管理局射孔弹厂， 大庆163000） 摘 要 黄石市月亮山隧道洞口路基土石方爆破位于老城区， 距离居民楼较近。为降低爆破有害效应对周 边建筑物的影响， 确保工程的顺利进行， 采用毫秒延时爆破技术、 合理设计爆破参数、 制定了针对性的安全防 护措施。从爆源、 传播过程、 保护对象三方面对有害效应进行控制。监测数据表明 爆破振动速度小于 1. 5 cm／ s， 噪声小于90 dB， 所测值均在合理范围内， 达到了预计的控制效果。 关键词 路基爆破；爆破有害效应；复杂环境 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 －487X（2018）04 －0124 －05 Blasting Disaster Effect Controlling of Cutting Excavation in Complex Urban Environment WU Jiang-hua1，CHEN Zi-lin2，PU Jun-rui1，ZHANG Wei-ming1， ZHANG Wen-bo2，QIANG Xiao-gang3，CHEN Xian-feng2 （1. The Third Engineering Limited Corporation of Chinese Railway Eleven Bureau Group， Shiyan 442012，China；2. Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China； 3. Daqing Perforating Charge Plant，Daqing 163853，China） Abstract The roadbed blasting was conducted on cutting excavation of Huangshi Yueliangshan tunnel portal. The blasting project is located in the old town，near the residential building. In order to reduce the harmful effect of blasting on the surrounding buildings，the differential blasting technology was applied. The blasting parameters were designed reasonably and the targeted safety measures were made accordingly. The blasting harmful effect was con- trolled according to the explosion source，propagation process，and protection object. The results show that the blasting vibration velocity is less than 1. 5 cm／ s and the noise value is controlled within 90 dB. The monitoring data indicates that all of the relevant parameters are in a reasonable range and the expected control is achieved. The results can pro- vide a useful guide for the blasting project in complicated environment. Key words roadbed blasting；blasting harmful effect；complicated environment 收稿日期2018 －07 －07 作者简介吴江华（1984 －） ， 男， 高级工程师（专业土木工程） ， 从事 行业项目管理， （E-mail）29421367＠ qq. com。 通讯作者陈先锋（1975 －） ， 男， 教授， 从事矿山安全技术、 工业防火 防爆安全技术、 爆破工程新技术研究， （E-mail）cxf618＠ whut. edu. cn。 基金项目国家重点研发计划（2017YFC0804705） ； 国家自然科学基 金基金（51774221） 1 工程概况 黄石市月亮山隧道工程位于黄石市老城区， 需 爆破开挖的路基是月亮山隧道北端洞口至沿湖路 185 m的范围。洞口位于斜坡段， 该段斜坡坡向约 330， 自然坡度约30， 与地形等高线基本正交。该 段为居民房屋密集地段， 隧道征地红线外为砖混类万方数据 型的密集民居1 ～4层不等， 最近居民楼离爆破区域 仅21 m， 地表大多铺设有混凝土， 在房屋南侧开挖 坡脚处见基岩出露， 出露地层主要为三叠系下统大 冶组灰岩、 及泥灰岩， 岩体较破碎， 岩层产状为330 ∠85。爆破区域西侧约62 m有一座正在使用的陈 家湾变电所（110 kV变电站， 隶属黄石供电公司）及 进出变电站简易混凝土道路（ 宽4. 2 m） 。距离爆破 区域76 m处为沿湖路小学（爆区周边环境详见图 1） 。因建筑物距离爆破区域较近， 且附近居民楼抗 震性能一般， 因此爆破振动安全问题变得十分敏感。 爆破采用毫秒延时爆破方法， 通过设计合理的 爆破参数和针对性的安全防护措施， 从爆源、 传播途 径和保护对象三个方面， 将爆破振动、 飞石、 冲击波 等有害效应控制在合理范围内， 全面确保周边居民 楼、 教学楼以及变电站的安全， 解决了该爆破工程的 关键技术问题。 图1 爆区周边环境图（ 单位m） Fig. 1 Surrounding environment diagram of explosion zone（unitm） 2 爆破方案设计 针对爆破周围环境的复杂性， 必须制定基于严 格控制爆破振动及飞石的钻爆方案， 既要保证公路 交通畅通， 又要保证附近居民的人身安全［ 1-4］。爆 破施工时采取多钻孔、 弱装药、 小方量爆破方法， 自 上而下分台阶进行。且路基深度为2 ～ 10 m， 爆破 整体趋势从YK3 ＋400向YK3 ＋540里程方向推进， 因此施工选取台阶高度2 ～5 m“ 小直径浅孔小台阶 爆破” ， 在实际施工中应根据不同的地质、 地形和地 貌来选取台阶高度。 2. 1 爆破参数设计 （1） 台阶高度H≤5 m， 可根据现场情况适当取 低值， 在此次爆破参数设计中H取3. 0 m。 （2） 钻孔直径D ＝42 mm。 （3） 孔深 孔深为台阶高度和超深值之和，L ＝ 3. 5 m。 （4） 底盘抵抗线W ＝（0. 4 ～ 1. 0）H ＝ 1. 2 ～ 3 m， 根据现场施工情况，W ＝1. 6 m。 （5） 孔网参数 孔距a ＝（0. 5 ～1. 0）L ＝1. 75 ～ 3. 5 m，a取2 m，排距b ＝（0. 7 ～ 0. 9）a ＝ 1. 4 ～ 1. 8 m，b取1. 6 m， 采用梅花形布孔方式。每次爆破 沿台阶切面布置2 ～ 4排，每个爆区炮孔控制在 30个以内。 （6）堵塞长度L0＝（0. 3 ～ 0. 4）H ＝ 0. 9 ～ 1. 2 m， 考虑钻孔偏浅，为充分利用装药的爆炸能 量， 必须特别强调炮孔的堵塞长度和质量， 堵塞长度 L0不小于1. 2 m。 （7） 最大装药量 最大同段装药量按Q ＝ qWHa 计算， 现场采用的炸药为直径φ 32 mm、 重200 g／卷 的工业乳化炸药，q取0. 35 ～0. 40 kg／ m3， 计算可知 最大装药量Q为3. 36 ～3. 84 kg。 2. 2 起爆网路设计 爆破网路是爆破成功的关键， 它不仅保证能安 全准爆， 而且能保证爆破效果［ 5，6］。为了改善爆破 效果， 降低爆破有害效应， 工程采用毫秒延时爆破， 结合非电毫秒雷管各段别标定时间计算确定起爆顺 序和延期时间， 并采用复合链接连接雷管。 2. 3 爆破安全校核 2. 3. 1 爆破震动安全距离 目前我国现行爆破安全规程（GB 6722 2014） 的安全标准以振动速度作为判别依据， 规定 了一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足的 安全振动速度要求， 在爆破设计中， 振动速度按照一 般房屋取值， 可知允许的最大爆破安全振动速度为 1. 5 cm／ s。根据爆破规程（GB 67222014）可知爆 破震动安全允许距离公式如下 R ＝ Q1／3 K V 1／ α （1） 式中R为振动安全距离，m；K，α为与爆破点 地质条件有关的系数， 工程取K ＝170，α ＝1. 5；V为 质点允许的振动速度， 工程取V ＝1. 5 cm／ s；Q为同 段起爆破的最大药量， 本次Q ＝3. 36 kg。 经验算可得R ＝35. 6 m。 2. 3. 2 个别飞散物安全允许距离 爆破时， 个别飞石的飞散距离受地形、 风向和风 力、 堵塞质量、 爆破参数等影响。个别飞散物安全允 许距离按下式计算 Vc＝ 20（Q1／3／ b） 2 （2） Smax≤ Vc2／ g（3） 式中Vc为飞石初始速度，m／ s；Q为药包药量， kg；g为重力加速度，m／ s2。 521第35卷 第4期 吴江华， 陈姿霖， 卜俊锐， 等 城市复杂环境下路基爆破有害效应控制研究 万方数据 经计算可知Vc＝30.9 m／ s；Smax ≤V c2／ g ＝97.4 m。 根据 爆破安全规程有关规定， 浅孔爆破的个 别飞石最小安全允许距离为200 m（复杂地质条件 下或未形成台阶工作面时不小于300 m） ， 因此每次 爆破时警戒线应在200 m外。 2. 3. 3 空气冲击波安全允许距离 露天地表爆破可按下式确定空气冲击波对避炮 作业人员的安全允许距离 RK＝ 25 3 槡Q （4） 式中Rk为空气冲击波对掩体内作业人员的最 小允许距离，m；Q为单次爆破炸药用量，kg。 经计算RK＝25Q1／3＝37. 3 m。 3 爆破有害效应控制 3. 1 爆破振动控制 （1） 采用毫秒延时爆破 毫秒延时爆破是指相邻炮孔之间的起爆时间间 隔以毫秒计的毫秒爆破， 可使爆岩块度均匀、 大块率 低， 并能有效控制飞石和降低爆破所产生的地震效 应［ 7-10］。由于毫秒延时爆破显著减少了单响的药 量， 降低了同时齐爆的药量， 使爆破地震能量也在时 间上和空间上分散， 从而大大降低了地震强度。本 工程采用非电导爆管孔内孔外毫秒延时、 从中间向 两边依次起爆（两孔一响）的起爆网路， 爆孔孔内 MS13、 孔外MS3、 排间MS9非电雷管连接传爆。起 爆网路连接图如图2所示。 图2 起爆网路连接图 Fig. 2 Initiation network connection diagram （2） 开挖减震沟 减震沟是降低爆破地震效应的一项重要技术措 施， 广泛应用于复杂环境下的爆破工程。减震沟即 在爆源与保护物之间开挖一定深度的沟槽或形成一 定深度的预裂面， 从传播路径上阻隔和干扰爆破地 震波， 通过减震沟时发生反射、 衍射， 加快爆破地震 波的衰减， 从而使其强度得以降低。由于越靠近爆 源减震沟减震效果越好， 本次爆破在距爆破区两侧 建筑物15 m处分别开挖一条宽1. 5 m， 深2 ～ 3 m 的减震沟。通过对有无减震沟时同一测点的振动速 度监测发现， 在相同炸药量下， 有减震沟时振动峰值 比没有减震沟时降低20％ ～30％。 （3） 爆破振动数据监测 工程采用毫秒延时爆破技术和开挖减震沟的方 法， 控制爆破地震波对附近建筑物的危害。为了验 证控制措施的有效性， 运用TC-4850爆破测振仪对 保护对象进行监测， 所测得的最大爆破振动范围如 表1所示。从表1中可知被保护对象处的爆破振动 速度均小于1. 5 cm／ s， 符合爆破安全标准。 表1 监测点最大爆破振动速率 Table 1 Maximum blasting vibration rate of monitoring points 监测点居民楼A居民楼C 沿湖路 小学 陈家湾 变电站 最大爆破 振动范围／ （cms －1） 0.82 ～1.07 1.21 ～1.46 0.53 ～0.87 1.01 ～1.44 3. 2 爆破飞石 为控制爆破飞石对周边居民区、 沿湖路小学以 及陈家湾变电站的影响， 爆破采取了如下措施①采 取爆区覆盖方式， 在爆破部位孔与孔之间先放置一 层沙袋， 沿炮孔轴线按矩形排列， 空隙处用稻草捆铺 满， 上铺两层橡胶传送带， 橡胶带与地面之间保持 10 ～40 cm的空间， 再在橡胶带上铺一层竹脚手片 和钢丝安全网， 以阻挡飞石溢出；②根据现场实际情 况调整爆破自由面， 控制爆破飞石的朝向， 远离周边 建（ 构） 筑物；③在爆破区朝附近保护方向搭设飞石 防护架， 飞石防护架采用钢管、 扣件、 毛竹脚手片等 搭设， 根据现场保护物与爆破点的距离， 结合“爆破 漏斗原理” 计算出排架搭设高度、 长度， 防护架前后 面各安装一层毛竹脚手片， 防护架前、 后方需设置斜 撑， 防护架如图3所示。 3. 3 爆破冲击波 本次爆破施工方法属弱小松动爆破， 爆破过程 中空气冲击波的衰减较快， 影响范围小， 空气冲击波 的对地面建筑物影响可以忽略不计。为进一步确保 周边建筑物及居民的安全， 爆破设置两道安全警戒， 离爆破中心点半径200 m范围为第一道警戒区， 在 装药点50 m范围内设置第二道警戒区， 警戒距离大 于冲击波安全允许距离。 3. 4 爆破噪声 根据爆破安全规程爆破噪声控制标准， 居民住 宅周边爆破作业昼间噪声控制标准值应小于90 dB。 621爆 破 2018年12月 万方数据 本次爆破采用延期爆破、 加强覆盖、 良好的堵塞等措 施， 将噪声控制在规定范围内， 因此噪音不会对社会 及人体造成危害。为进一步避免爆破震动及噪声对 居民产生的不安和恐惧，爆破作业选取在白天 900 ～1030、1500 ～ 1630周边居民活动较少时 进行。 图3 爆破飞石防护示意图 Fig. 3 Firestone protection diagram 4 结语 （1） 此次路基土石方爆破工程对爆破参数和爆 破网路进行了合理的设计， 针对爆破工程周边复杂 的环境， 制定了完善的安全防护措施， 爆破前进行了 警戒疏散工作。爆破振动速度监测值和噪声分贝均 在合理范围之中， 确保了周边建筑物和居民的安全。 （2） 本工程采用小直径浅孔小台阶爆破方法， 运用非电导爆管孔内孔外毫秒延时的起爆网路， 降 低了爆破有害效应， 取得了良好的经济效益和社会 效益， 为类似复杂环境路基爆破工程提供参考。 参考文献（References） ［1］ 王 俊， 张继春， 潘 强， 等.浅埋隧道爆破施工对邻 近水坝安全的影响分析［J］.爆破，2017，34（2） 127- 131. ［1］ WANG Jun，ZHANG Ji-chun，PAN Qiang，et al. 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