论文部分内容阅读
摘 要：通过某洞库工程的施工，对所采取的防护结构、爆破参数、爆破微差网络技术的合理性，以及控制或减小爆破冲击波、振动、飞石、噪声等危害的成效进行实际论证。为确保周边环境的安全，通过理论分析、计算，试爆、振动测试、防护结构改造等控制技术，安全的解决了本工程的施工难点，取得了适合于本工程爆破环境要求的成功经验。
关键词：复杂环境 防护结构 爆破危害 爆破控制
中图分类号：F292 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0228-02
本文主要以爆破产生的危害对防护结构和邻近建（构）筑物的影响为论点，通过某洞库工程的施工，对所采取的防护结构、爆破参数、爆破微差网络技术的合理性，以及控制或减小爆破冲击波、振动、飞石、噪声等危害的成效进行实际论证。为确保周边环境的安全，通过理论分析、计算，试爆、振动测试、防护结构改造等控制技术，安全的解决了本工程的施工难点，取得了适合于本工程爆破环境要求的成功经验，可供类似工程参考。
1 本工程主要概况
某洞库工程位于城区范围内，施工场地狭小，周边环境十分复杂，其中1号洞口正对面是某区变电所，最近点直线距离为38 m；2号洞口距变电所最近点直线距离约50 m，距离居民区28、29、30号楼最近点直线距离70 m，两硐口相距38 m，南侧离某古寺庙最近点直线距离约100 m，施工期间需重点防护。由于本工程的爆破环境十分复杂，爆破点距离居民小区、变电所、古寺庙等建筑物均在百米以内，爆破安全评估定为B级爆破。
主体地下工程总开挖方量约为2.3万m3，其中施工难点主要是两个硐口段，包括：1号硐口长44.4 m，成型净宽度为2.4 m，净高为4 m；2号硐口长51.7 m，断面开挖宽度为8.26 m，高度为5.7 m成型净宽度为6.9 m，净高为5.2 m。
2 爆破危害的分析及防护控制
本工程的主要难点在于硐口段的爆破安全，硐口正对面的变电所和居民小区，是本工程主要保护对象，在施工中必须同时控制爆破飞石、冲击波和爆破振动所产生的危害不致对主要保护对象造成破坏，则是本工程安全防护的重点和底线，也是本文论述的中心。
2.1 爆破冲击波、飞石危害的分析
鉴于本工程的复杂环境，对邻近建筑物最直接的危害应该是冲击波和飞石的正面袭击。根据爆破理论，爆炸冲击波是由爆炸产物瞬间高速向空气中膨胀并压缩周围空气而形成；爆炸产生的部分岩块，尤其是被爆岩体表面形成的碎石，伴随着爆破气体向四周飞散而形成飞石，二者几乎在爆炸瞬间同时产生，共同构成对周围环境的危害。
对于爆破冲击波的防护和控制，主要从设置合理的防护结构和控制一次爆破总装药量两个方面采取相应技术措施加以防控；对于飞石的控制，不仅要对各个角度产生飞石的路径进行防护控制，更重要的是，要从合理的爆破参数、爆破网络、起爆顺序等技术方面来联合控制飞石的产生。
2.2 爆破冲击波、飞石防护控制
本工程在防护结构上首先采取了以建筑脚手架钢管为骨架，顶部及四周铺设竹帘封闭，两侧防护分内外设置双层竹帘，其中一侧靠边坡段留设门洞，做为出碴车进出通道，爆破时用活动排架门封堵，炮后移开；硐口正对面竹帘后面加以砂包堆砌成墙，形成强有力的挡墙以抵抗冲击波的迎面冲击。内层竹帘主要对爆破产生的冲击波及飞石在拦挡的基础上起导向作用，引导冲击波及飞石沿设置的防护通道冲击正面的砂包挡墙，外防护层为加强防护层，起到预防内层竹帘被飞石击穿的再次阻挡作用。整个防护即采取“堵”的方式进行防护。硐口开门子，为了控制冲击波能量，防止对防护排架的破坏，以小断面导洞、短进尺的开挖方式，减少一次起爆总药量，采取孔内毫秒延期网络进行爆破。
首次试爆，使用炸药量为32.25公斤，爆破后出现了防护棚顶部被冲击波掀开、排架侧立面的钢管变形凸出呈大肚状，有个别飞石从顶部飞出，所幸未飞出施工场地围墙。虽未造成安全事故，但形成的飞石隐患以及防护排架受损，说明了防护结构设置不合理。
在有限的封闭式防护空间内，爆炸产物伴随碎石瞬间高速膨胀并压缩防护空间内的空气形成冲击波，在正面冲击遇到强有力的砂包挡墙阻挡之后，势必呈反射性向四周扩散冲击，在防护排架强度无法抵御这一强大冲击之时，只能产生扩容性变形、甚至从薄弱部位撕开口子的现象。因此，分析得出，防护上只采取“堵”的方式是不合适的，应采取正面“堵”侧面“导”两方面结合的方式。据此，对防护结构进行了合理改造，将靠近砂包档墙的两侧防护排架设置成竖百页式，以疏导释放冲击波（见图1）。该防护设置方式的优越体现在两个方面，一是最大限度控制了爆破作业面内任何角度飞石可能飞出防护体的路径，同时又有效的释放了冲击波。通过实际爆破验证，该防护结构在之后的施工中不仅完全有效的阻挡了飞石，而且未有再次受损现象的发生。
防护棚为了形成封闭空间，搭设长度15 m，采用双排42×3.5钢管搭设，钢管与坡面形成一个整体。防护棚高度比明洞洞顶高1 m，每侧宽度比明洞边墙宽0.5 m，采用扣件连接牢固。洞口正面设置防护墙，采用砂袋堆积至顶部，厚度2 m，宽度需比防护侧墙各宽出2 m，外侧用钢管斜撑。防护侧墙采用双层竹脚板，顶部为竹脚板加安全网。在正面防护墙两侧单独设置两道泄能口，该口处竹脚板以夹角45°竖立在两层钢管之间（既不影响泄能又能防飞石）。
2.3 爆破参数、爆破网络控制
采用孔内微差延期网络起爆，在起爆顺序上，爆破断面上的炮孔首先由掏槽孔起爆，然后逐圈外扩延时起爆，利用延时时差使内圈起爆后为外圈创造第二个自由面，同时起到了改变爆破能量的作用方向和爆落岩石的运动方向，增加岩石之间的相互对撞、破碎作用，使爆堆集中、减少飞石的产生。
众所周知，在被爆岩体不存在某些自然弱面的正常情况下，最小抵抗线往往决定了爆破能量的走向及爆落岩块的运动方向。因此，对于辅助眼的布置，最小抵抗线应设置为每一圈之间的圈距，原则上每一圈辅助眼的眼距必须大于其圈距，一般控制在圈距是眼距的2/3～3/4倍，周边眼的眼距则按光面爆破的要求布置，原则上其眼距必须小于其内圈辅助眼的圈距（光爆层厚度），使周边眼的最小抵抗线位于周边眼的眼距之间，才能获得相对平整的开挖轮廓线。但必须做好炮孔的填塞，以确保爆破能量充分作用于破碎岩石，减少能量的外泄，控制和减少孔口产生飞石。 掏槽孔由于受自由面的限制，起爆时难免会产生飞石，对此可采取在距掏槽孔孔口部位近距离的位置，用草袋、竹帘等材料架设移动式或悬挂式近距防护，专门用以阻挡掏槽孔的正面飞石。
2.4 爆破振动的分析和防控措施
由于爆破引起的振动，常会造成邻近地面建（构）筑物产生颠簸和摇晃，本工程主要保护对象为地面建筑物，其安全判据是爆破引起其质点峰值振动速度和主振频率两个指标。采用微差爆破技术、合理的设置分段延期时段，将一次用药量化整为零，控制最大单响起爆药量，是达到控制爆破振速的主要技术措施。无论分段情况如何，也无论一次爆破分成多少个段，但爆破振动主要取决于单响最大起爆药量，将爆破振速和主振频率控制在《爆破安全规程》表六规定的允许范围内，可以保证保护对象不会受到破坏。
根据保护对象的距离，这里以其中一个硐石爆破为例，按《爆破安全规程》有关振动速度公式预算最大单响起爆药量：
Qmax=R3（v/k）3/a
式中Qmax为最大单响药量kg；
v为允许振速，按不同保护对象取不同的允许振速。这里按本工程爆破设计方案评估确定的限值，取1.5 cm/s；
R为爆破中心到保护对象之间的距离m，这里以距离最近的变电所为保护对象，取50m；
K、α为爆破中心到保护对象之间与地形地质有关的系数及衰减指数，这里取K=150，α=1.5，计算得出最大单响药量： Qmax=12.5 kg，完全能够满足硐口开门时的爆破网络中最大一单段装药量要求。
随着硐体的延伸，由此可计算出不同距离R—Qmax的对应值，作为最大单响起爆药量的参考值，再以爆破振动测试为配合，指导和调整最大单响起爆药量。分段延期时间是否合理，主要以爆破的主频率不能叠加为原则，若间隔时间太长，虽可确保地震波完全不叠加，但先爆的炮孔在岩体中产生的裂缝会使后爆的炮孔造成高压气体泄漏，炸药能量得不到充分利用，也影响岩石的破碎效果，使大块率增加；更有甚者，延期时间太长，造成后爆炮孔抵抗线发生变化，将产生大量飞石、空气冲击波而引发飞石事故。
控制最大单响药量，可以根据爆破的断面及起爆顺序，通过调整钻孔深度来控制。
2.5 爆破振动测试情况
在此援引其中一次爆破测试结果做为分析依据：
测试仪器：TC—4850；测试地点：变电所；总装药量：64.35 kg；单响药量：18 kg；距爆破点中心距离：65 m；炮次：1
测点数据见表1。
《爆破安全规程》表4中，对钢筋混凝土结构房屋规定的安全允许振速是标准是3.5～4.5 cm/s。实际振动检测数据表明，远小于爆破安全评估的限值，完全符合爆破振动安全允许标准。
3 结论
（1）通过在防护棚两侧采取了竖百页式设置排架，最大限度控制了爆破作业面内任何角度的飞石，同时又有效的释放了冲击波；取得了良好的控制爆破危害的实效，可在类似复杂爆破环境条件工程中推广使用。
（2）隧道开挖采取合理的爆破参数，最大限度的控制了有害效应的产生，控制最大单响药量是减少爆破震动的关键，增加爆破段位以降低最大单响药量是减少爆破震动的有效措施同时隧道成型取得了良好的光爆效果。
（3）爆破监测是有效的控制手段，根据爆破监测数据，测算出最大允许单响药量，确保爆破安全距离。当最大允许单响药量满足全断面开挖时，即可进行全断面施工，提高施工效率。
参考文献
[1] 爆破安全规程（GB6722-2003）.
[2] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].冶金工业出版社，2003.
[3] 陶颂霖.凿岩爆破[M].冶金工业出版社，1986.
关键词：复杂环境 防护结构 爆破危害 爆破控制
中图分类号：F292 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0228-02
本文主要以爆破产生的危害对防护结构和邻近建（构）筑物的影响为论点，通过某洞库工程的施工，对所采取的防护结构、爆破参数、爆破微差网络技术的合理性，以及控制或减小爆破冲击波、振动、飞石、噪声等危害的成效进行实际论证。为确保周边环境的安全，通过理论分析、计算，试爆、振动测试、防护结构改造等控制技术，安全的解决了本工程的施工难点，取得了适合于本工程爆破环境要求的成功经验，可供类似工程参考。
1 本工程主要概况
某洞库工程位于城区范围内，施工场地狭小，周边环境十分复杂，其中1号洞口正对面是某区变电所，最近点直线距离为38 m；2号洞口距变电所最近点直线距离约50 m，距离居民区28、29、30号楼最近点直线距离70 m，两硐口相距38 m，南侧离某古寺庙最近点直线距离约100 m，施工期间需重点防护。由于本工程的爆破环境十分复杂，爆破点距离居民小区、变电所、古寺庙等建筑物均在百米以内，爆破安全评估定为B级爆破。
主体地下工程总开挖方量约为2.3万m3，其中施工难点主要是两个硐口段，包括：1号硐口长44.4 m，成型净宽度为2.4 m，净高为4 m；2号硐口长51.7 m，断面开挖宽度为8.26 m，高度为5.7 m成型净宽度为6.9 m，净高为5.2 m。
2 爆破危害的分析及防护控制
本工程的主要难点在于硐口段的爆破安全，硐口正对面的变电所和居民小区，是本工程主要保护对象，在施工中必须同时控制爆破飞石、冲击波和爆破振动所产生的危害不致对主要保护对象造成破坏，则是本工程安全防护的重点和底线，也是本文论述的中心。
2.1 爆破冲击波、飞石危害的分析
鉴于本工程的复杂环境，对邻近建筑物最直接的危害应该是冲击波和飞石的正面袭击。根据爆破理论，爆炸冲击波是由爆炸产物瞬间高速向空气中膨胀并压缩周围空气而形成；爆炸产生的部分岩块，尤其是被爆岩体表面形成的碎石，伴随着爆破气体向四周飞散而形成飞石，二者几乎在爆炸瞬间同时产生，共同构成对周围环境的危害。
对于爆破冲击波的防护和控制，主要从设置合理的防护结构和控制一次爆破总装药量两个方面采取相应技术措施加以防控；对于飞石的控制，不仅要对各个角度产生飞石的路径进行防护控制，更重要的是，要从合理的爆破参数、爆破网络、起爆顺序等技术方面来联合控制飞石的产生。
2.2 爆破冲击波、飞石防护控制
本工程在防护结构上首先采取了以建筑脚手架钢管为骨架，顶部及四周铺设竹帘封闭，两侧防护分内外设置双层竹帘，其中一侧靠边坡段留设门洞，做为出碴车进出通道，爆破时用活动排架门封堵，炮后移开；硐口正对面竹帘后面加以砂包堆砌成墙，形成强有力的挡墙以抵抗冲击波的迎面冲击。内层竹帘主要对爆破产生的冲击波及飞石在拦挡的基础上起导向作用，引导冲击波及飞石沿设置的防护通道冲击正面的砂包挡墙，外防护层为加强防护层，起到预防内层竹帘被飞石击穿的再次阻挡作用。整个防护即采取“堵”的方式进行防护。硐口开门子，为了控制冲击波能量，防止对防护排架的破坏，以小断面导洞、短进尺的开挖方式，减少一次起爆总药量，采取孔内毫秒延期网络进行爆破。
首次试爆，使用炸药量为32.25公斤，爆破后出现了防护棚顶部被冲击波掀开、排架侧立面的钢管变形凸出呈大肚状，有个别飞石从顶部飞出，所幸未飞出施工场地围墙。虽未造成安全事故，但形成的飞石隐患以及防护排架受损，说明了防护结构设置不合理。
在有限的封闭式防护空间内，爆炸产物伴随碎石瞬间高速膨胀并压缩防护空间内的空气形成冲击波，在正面冲击遇到强有力的砂包挡墙阻挡之后，势必呈反射性向四周扩散冲击，在防护排架强度无法抵御这一强大冲击之时，只能产生扩容性变形、甚至从薄弱部位撕开口子的现象。因此，分析得出，防护上只采取“堵”的方式是不合适的，应采取正面“堵”侧面“导”两方面结合的方式。据此，对防护结构进行了合理改造，将靠近砂包档墙的两侧防护排架设置成竖百页式，以疏导释放冲击波（见图1）。该防护设置方式的优越体现在两个方面，一是最大限度控制了爆破作业面内任何角度飞石可能飞出防护体的路径，同时又有效的释放了冲击波。通过实际爆破验证，该防护结构在之后的施工中不仅完全有效的阻挡了飞石，而且未有再次受损现象的发生。
防护棚为了形成封闭空间，搭设长度15 m，采用双排42×3.5钢管搭设，钢管与坡面形成一个整体。防护棚高度比明洞洞顶高1 m，每侧宽度比明洞边墙宽0.5 m，采用扣件连接牢固。洞口正面设置防护墙，采用砂袋堆积至顶部，厚度2 m，宽度需比防护侧墙各宽出2 m，外侧用钢管斜撑。防护侧墙采用双层竹脚板，顶部为竹脚板加安全网。在正面防护墙两侧单独设置两道泄能口，该口处竹脚板以夹角45°竖立在两层钢管之间（既不影响泄能又能防飞石）。
2.3 爆破参数、爆破网络控制
采用孔内微差延期网络起爆，在起爆顺序上，爆破断面上的炮孔首先由掏槽孔起爆，然后逐圈外扩延时起爆，利用延时时差使内圈起爆后为外圈创造第二个自由面，同时起到了改变爆破能量的作用方向和爆落岩石的运动方向，增加岩石之间的相互对撞、破碎作用，使爆堆集中、减少飞石的产生。
众所周知，在被爆岩体不存在某些自然弱面的正常情况下，最小抵抗线往往决定了爆破能量的走向及爆落岩块的运动方向。因此，对于辅助眼的布置，最小抵抗线应设置为每一圈之间的圈距，原则上每一圈辅助眼的眼距必须大于其圈距，一般控制在圈距是眼距的2/3～3/4倍，周边眼的眼距则按光面爆破的要求布置，原则上其眼距必须小于其内圈辅助眼的圈距（光爆层厚度），使周边眼的最小抵抗线位于周边眼的眼距之间，才能获得相对平整的开挖轮廓线。但必须做好炮孔的填塞，以确保爆破能量充分作用于破碎岩石，减少能量的外泄，控制和减少孔口产生飞石。 掏槽孔由于受自由面的限制，起爆时难免会产生飞石，对此可采取在距掏槽孔孔口部位近距离的位置，用草袋、竹帘等材料架设移动式或悬挂式近距防护，专门用以阻挡掏槽孔的正面飞石。
2.4 爆破振动的分析和防控措施
由于爆破引起的振动，常会造成邻近地面建（构）筑物产生颠簸和摇晃，本工程主要保护对象为地面建筑物，其安全判据是爆破引起其质点峰值振动速度和主振频率两个指标。采用微差爆破技术、合理的设置分段延期时段，将一次用药量化整为零，控制最大单响起爆药量，是达到控制爆破振速的主要技术措施。无论分段情况如何，也无论一次爆破分成多少个段，但爆破振动主要取决于单响最大起爆药量，将爆破振速和主振频率控制在《爆破安全规程》表六规定的允许范围内，可以保证保护对象不会受到破坏。
根据保护对象的距离，这里以其中一个硐石爆破为例，按《爆破安全规程》有关振动速度公式预算最大单响起爆药量：
Qmax=R3（v/k）3/a
式中Qmax为最大单响药量kg；
v为允许振速，按不同保护对象取不同的允许振速。这里按本工程爆破设计方案评估确定的限值，取1.5 cm/s；
R为爆破中心到保护对象之间的距离m，这里以距离最近的变电所为保护对象，取50m；
K、α为爆破中心到保护对象之间与地形地质有关的系数及衰减指数，这里取K=150，α=1.5，计算得出最大单响药量： Qmax=12.5 kg，完全能够满足硐口开门时的爆破网络中最大一单段装药量要求。
随着硐体的延伸，由此可计算出不同距离R—Qmax的对应值，作为最大单响起爆药量的参考值，再以爆破振动测试为配合，指导和调整最大单响起爆药量。分段延期时间是否合理，主要以爆破的主频率不能叠加为原则，若间隔时间太长，虽可确保地震波完全不叠加，但先爆的炮孔在岩体中产生的裂缝会使后爆的炮孔造成高压气体泄漏，炸药能量得不到充分利用，也影响岩石的破碎效果，使大块率增加；更有甚者，延期时间太长，造成后爆炮孔抵抗线发生变化，将产生大量飞石、空气冲击波而引发飞石事故。
控制最大单响药量，可以根据爆破的断面及起爆顺序，通过调整钻孔深度来控制。
2.5 爆破振动测试情况
在此援引其中一次爆破测试结果做为分析依据：
测试仪器：TC—4850；测试地点：变电所；总装药量：64.35 kg；单响药量：18 kg；距爆破点中心距离：65 m；炮次：1
测点数据见表1。
《爆破安全规程》表4中，对钢筋混凝土结构房屋规定的安全允许振速是标准是3.5～4.5 cm/s。实际振动检测数据表明，远小于爆破安全评估的限值，完全符合爆破振动安全允许标准。
3 结论
（1）通过在防护棚两侧采取了竖百页式设置排架，最大限度控制了爆破作业面内任何角度的飞石，同时又有效的释放了冲击波；取得了良好的控制爆破危害的实效，可在类似复杂爆破环境条件工程中推广使用。
（2）隧道开挖采取合理的爆破参数，最大限度的控制了有害效应的产生，控制最大单响药量是减少爆破震动的关键，增加爆破段位以降低最大单响药量是减少爆破震动的有效措施同时隧道成型取得了良好的光爆效果。
（3）爆破监测是有效的控制手段，根据爆破监测数据，测算出最大允许单响药量，确保爆破安全距离。当最大允许单响药量满足全断面开挖时，即可进行全断面施工，提高施工效率。
参考文献
[1] 爆破安全规程（GB6722-2003）.
[2] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].冶金工业出版社，2003.
[3] 陶颂霖.凿岩爆破[M].冶金工业出版社，1986.