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1、水压爆破施工安全技术在城市地下工程开挖施工中的应用 1前言 随着社会经济的发展，城市轻轨、地铁工程施工日益增多。因这类项目大多地处闹市区，周边环境复杂，属于“四减”（即减少地震波、空气冲击波、飞石和噪音）控制爆破，用常规爆破施工方法往往难以达到保证爆区周边结构物、行为安全和不扰民的目的。经过爆破专家和工程技术人员多年的探索，已经形成了多种爆破施工技术，其中采用水压爆破施工技术具有操作简单，经济效益明显，加快工程进度，改善作业环境，减少有害气体和粉尘排量等优点，有较好的推广价值。 本文所指的“水压爆破”不同于把炸药置于充满水的容器状建筑物或构筑物中爆炸而将其破碎拆除的水压爆破，而是指将以往仅用钻
2、屑或粘土堵塞常规爆破炮孔的方法改为水炮泥复合回填堵塞。其原理是利用水的不可压缩性，使爆破产生的能量充分用于破碎岩石，同时，因炮孔中有水，爆破时由于炸药产生的热量使水雾化，水雾具有消尘作用，而“炮泥”是粘土，含水量较大，比常规的钻屑的抛掷地的粉尘小，故水压爆破能提高炸药的能量利用率和减少有害气体排量。 2工程概况及爆区周边环境 2.1 工程概况 我公司施工的重庆轻轨较（场口）新（山村）线一期较场口车站及折返线工程，始于渝中区中兴路凯悦宾馆，沿中兴路经较场口街心花园、民权路止于磁器街口，全长395m。 2.2 爆区地质情况 该段地形平坦，表层为23.5m厚人工杂填土，下部为砂岩，岩体裂隙较发育不发
3、育，完整性好，岩质坚硬，无断层、滑坡等不良地质。 2.3 爆区环境 该段工程地处重庆市渝中区较场口商业闹市区，一天24小时均有行人和商业活动，车流量大，居民密集，房屋间净距最小处不足2m；居民住宅破旧不堪，部份砖墙已倾斜，随时都有倒塌的危险；既有民宅、店铺距爆破区很近，建筑物基础距基坑边壁最近距离仅0.8m，靠线路右侧的小洞天宾馆和得意广场为高层建筑，距深基坑边壁最近距离仅7m。 建设业主及市有关部门对该工程的爆破提出了五项要求：一是爆破不能影响附近居民的正常生活和商业企业的正常营业；二是爆破绝对不能产生飞石，要保证场外行人、车辆的安全，进行交通分流后，不得因施工中断交通；三是爆破必须确保附近
4、建筑物的结构安全，爆破振动波速在中兴路段（高层建筑段）控制在2cm/s以内，在民权路段（高层建筑段）控制在2cm/s以内；四是爆破必须保证周边管网的安全，不能震裂地下排水、给水管；五是爆破所产生的粉尘、有害气体、噪音要求进行有效控制，减少对环境的污染。为能在如此复杂的条件下用极短的时间完成大量的石方爆破，经过多次试验，我公司决定采用水压爆破施工技术。 3水压爆破施工 水压爆破与常规爆破相比，只是在装药量及装药结构上进行了变化，即改传统用钻屑或粘土堵塞炮孔为水炮泥堵塞，其余措施和方法与常规爆破相同。 3.1 常规爆破的基本情况 3.1.1 爆破方法 采用分层弱装药松动控制爆破，使岩石松动而不飞散
5、，分层厚度2m。在打眼中保证打眼质量（间距、深度、角度），分层高度基本一致。 3.1.2 振速监测 为保证每次爆破作业的安全，达到业主对振速控制的要求，对爆破作业产生的震动波进行监测，根据监测结果，调整钻爆参数，使爆破作业的各项指标控制在规定范围内，保证四周行人（居民）、车辆的安全。振速采用DSV4C振动测试仪，891-II型拾震器等仪器进行监测。 3.1.3 炮孔技术参数的选定 通过现场试爆和以前类似环境的爆破经验。确定的炮孔参数如下： （1）分层深度：H=2m （2）炮孔打眼深度：L=1.15H=2.3m （3）最小抵抗线W（或排距b）：W=0.5H=1m （4）炮孔间距离：a=0.6H=
6、1.2m （5）炮孔布置型式：采用梅花型布眼。 3.1.4 单孔装药量 炸药采用32mm，150g卷装2#岩石炸药（遇水则用乳化炸药）。 Q单=qu=qabh=0.251.212=0.6kg 3.1.5 装药结构及堵塞 炮眼装药结构为底部装药，堵塞采用常规堵塞方法，即用钻屑或粘土回填堵塞炮孔，逐层捣实堵满为止。 3.1.6 起爆网络 由于受振速的限制，采用塑料非电毫秒导爆管，进行孔内、孔外微差延时爆破，相邻两炮孔起爆延时间不小于50ms，确保振动波不叠架，这达到降低的目的，这也是减振的主要措施。 3.1.7 爆破震动速度 V=k（Qm/R）a=100（0.61/3/7.6）1.8=1.91cm
7、/s，达到业主要求及爆破规程的要求。 3.1.8 爆破效果 爆破后块径大于80cm岩石占总体积的3045%，机械挖装困难，台班产量400m3，按2400元/台班单价计算，装车费为6元/m3，单位岩石炸药实际消耗量为0.4kg/m3；经测试：粉尘增量为8.5mg/m3；噪声为85105分贝；振速为0.73cm/s；无飞石。 3.2 水压爆破的主要施工工艺 3.2.1 炮泥的加工工艺 炮泥可采用铁科院西南分院研制的PNJ1型炮泥机制作。该机具有操作简便，炮泥成形好，生产效率高等特点。其主要技术性能参数如下：炮泥生产效率每小时600900个，以每次爆破所需炮泥300400个计，炮泥的制作准备仅需半小
8、时。炮泥的直径为36mm和40mm的两种规格，长度200mm，直径和长度可根据实际需要做调整。制作炮泥的材料为一般的粘土，在工地附近很容易取得。为了取得最佳的堵塞效果，制作炮泥的粘土砂率不得超过15%，含水率控制在13%20%，以免炮泥成形质量不高或炮泥太硬，装填时不能堵塞密实。如果放置时间过长，炮泥会失水变硬，最好在堵塞前23小时制作。做好的炮泥以表面光滑，用手略微使劲捏可以变形为宜。 3.2.2 水袋的加工工艺 水袋为在塑料生产厂家定制的长30cm，直径3.5cm的聚乙烯塑料袋，价格非常便宜。袋中充水后，人工用泥龙绳或麻绳将袋口所紧。为了防止放置时间过长，泄水变软，也最好在装填前23个小时
9、制作好。水袋有轻微的变软，不影响装填及最后的爆破效果。 3.2.3 单孔装药量 经对比试验，在常规爆破炮孔参数不变的情况下（孔距、排距、孔深），单孔装药量降低10%20%，以降低15%的爆破效果为最佳，故单孔炸药用量： Q水=0.85Q常=0.850.6=0.51kg 3.2.4 炮孔的装药结构 炮孔的装药结构依次为药卷、水袋、炮泥。装药前，先用尺量出炮孔深度，根据实测炮孔深度及间距计算出炸药量及水袋、炮泥的长度后依顺序装入。需要说明的是，仅需在试验阶段准确测量每个炮孔的浓度，在实际施工时，装填结构参数确定后，就不需要再重复此项工作。 3.2.5 爆破效果 爆破后块径超过80cm的岩石占总体积
10、的15%20%，机械挖装较容易，台班产量540m3，按2400元/台班计算，装车费为4.44元/m3，单位岩石炸药实际消耗量为0.34kg/m3；经测试：粉尘增量为0.67mg/m3，噪声为4065分贝，振速为0.56cm/s，无飞石。 4应用效果 采用水压爆破后，减少了单位岩石用药量，每立岩石炸药实际消耗量由常规爆破的0.4kg/m3减为水压爆破的0.34kg/m3，节约炸药15%。由于炸药能量利用率的提高使爆碴块径均匀，方便了装碴，块径超过80cm的岩石由常规爆破后的30%45%下降为水压爆破后的15%25%，挖掘机的装车台班产量由常规爆破的400m3提高到水压爆破的540m3，机械效率提
11、高了35%。与采用常规爆破相比，工程成本降低5%，工期缩短62天。 由于起爆后爆轰波产生的应力波在不可压缩的水柱中传播，使爆破产生的能量充分用于破碎岩石，减小了对周边建筑物的冲击，降低了粉尘增量和噪声。经测试：爆破震速由常规爆破的0.73cm/s降为水压爆破的0.56cm/s，降幅为23.3%；粉尘增量由常规爆破的8.5mg/m3减小为水压爆破的0.67mg/m3，降幅达92%；噪声由常规爆破的85105分贝降为水压爆破的4065分贝，平均降幅达45%。通过对比分析，可见采用水压爆破，其经济效益和社会效益非常明显。 5施工安全防护措施 为了降低爆破产生的有害效应，严格控制爆破地震、冲击波、飞石
12、、噪声和粉尘等，我们采取了如下措施进行防范。 5.1 采用多段微差起爆，减少爆破震动。 5.2 合理选取微差起爆的间隔时间和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动。 5.3 合理选取爆破参数和炸药单耗。 5.4 在设计药包位置时，避开软夹层、裂缝或混凝土接合面等，以免从这些位置冲出飞石。 5.5 保证例题的堵塞长度、堵塞质量，并采取覆盖措施防止飞石。采用水土复合堵塞，将在一定程度上增大工人的劳动强度，并使装药时间增加2030min，为此我们加强了对工人的培训教育，以保证堵塞的效果。为防止个别飞石对行人、车辆的危害，在每次爆破作业时，用汽车废旧外胎加工编制成的柔性炮被覆盖，此覆盖材料具有覆盖方
13、便、费用低廉、经久耐用等优点。 5.6 装药前必须认真校核各药包的最低抵抗线，严禁超装炸药量。 6结束语 水压爆破施工，操作简单，使用方便，在隧道的掘进施工中我公司也成功地运用了这项施工技术，不仅提高了钻爆效率和光面爆破效果，改善了洞内的施工环境，而且由于爆破效率的提高，使排烟出碴的时间相对缩短，减少了循环时间，达到节约生产成本，使施工进度和综合效益大幅度提高的目的。水压爆破施工改善了常规爆破的不足，做到了“三无一小”，即：无飞石、无噪音、无粉尘、振动小，达到了保护环境和不扰民的目的。同时，提高了炸药的利用率，爆破效果好，提高了单位时间的产量并缩短了工期，平均单位岩石耗药量下降15%，提高了机械效率，经济效益显著，值得推广。 (赵东华) 8