土石方工程控制爆破技术研究

土石方工程控制爆破技术研究

摘要：根据土方石工程要求，采取施工和防护等技术措施，控制爆炸能释放和运行过程，以及介质破碎过程。既要使保留岩体或围岩避免破坏，又能达到预期的爆破破碎效果和爆破范围、方向。这种既达到预期的爆破效果，又能使保留区的岩石不破坏、减轻损伤，这种进行双重的控制爆破称为工程控制爆破。

关键词：土石方工程；爆破控制；爆破技术

引言

在土木工程建设项目当中，土石方工程往往是对土体进行运送、开挖、压密、填筑以及排水、弃土、土壁支撑等有关工作的总称。在土木工程中较为常见的土石方工程主要包含开挖基槽、平整场地和管沟、开挖人防工程和填筑路基、基坑回填、土石方平衡及调配以及保护地下设施安全等内容。

一、工程概况、要求与设计方案

1、工程概况

某高速公路标段隧道工程周边石方爆破区域距离南面的居民楼房较近，为50～100m，为了防止爆破时山体松动造成滚石下落影响居民建筑的安全，计划在靠近爆区南面居民楼一线开挖一条底宽5.5m、沟深0.5～1.5m的挡土墙基础沟槽，用于挡土墙的砌筑。目的是用于阻挡个别滚石，避免其落入居民区内。根据爆区周边环境计划采用松动爆破的方式，将岩石爆松后，使用大型挖掘机开挖，这样可以减少炸药单耗，以确保安全。

2、环境与技术要求

爆区位于隧道工程西侧区域，爆区周边环境具体描述如下:爆区东侧100～120m为在建公路。爆区北侧为100m的高山。爆区南侧50～100m为居民楼房，爆区南侧50～100m为空地和居民。属于本次爆破施工的重点保护对象。爆破区域为沟槽爆破，沟槽底深0.5～1.5m、宽5.5m。没有详细爆区钻探资料，但从现有揭露的断面分析，地质结构为浅灰色花岗岩。爆区岩性为浅色花岗岩，表层分布有少量土方，西侧安全距离较大。

3、土石方工程控制爆破需达到以下几点要求

(l)控制爆破的破坏范围。即爆破轮廓线以内的范围：(2)控制爆破的破碎程度。即对爆破范围内的岩体适合装运的要求：(3)控制爆破的危害作用。①控制爆破地震波，空气冲击波，飞石和噪音：②确保保留岩体和围岩不被破坏，减轻损伤：③减轻地下采场间柱、矿柱的损伤：④降低夹层矿体、难采多矿物性质矿体或矿脉，分采爆破贫化损失率。

4、设计方案选择

针对本工程岩石地质状况及周边建筑的分布环境状况可知，所采取的爆破必须是小型、小药量、小震动的而不是大规模、大药量、大震动的。因此选择使用小口径(d=40～42mm)炮孔进行浅孔松动爆破是最合适的，有利于减少单孔装药量，有利于减少飞石的飞出及可有效地降低爆破地震的危害。因此进行爆破作业时，是按地形由高向低顺序进行台阶爆破，并且在爆破中应使爆破时的炮孔抵抗线方向朝着西侧空地，同时对爆点进行安全防护覆盖，确保个别爆破飞石不产生危害。

二、土石方工程控制爆破的内容结构

对工程爆破国内外目前还没有统一分类，在控制爆破方面也没有统一的定义。作者将岩土工程、采掘工程开挖施工中对轮廓线保留岩体和围岩免受爆破破坏、减轻爆破损伤、降低爆破地震效应，将有利于这方面的控制爆破方法概括为工程控制爆破。

(1)定向

定向的泛指意义是确定事物运作过程的方向为目的，爆破作用开始于终结的目的和结果内容的一致性。

(2)原有的定向爆破技术的原理

上个世纪50年代前后兴起的定向爆破技术是使爆破后土石方碎块按预定的方向飞散、抛掷和堆积、通常称为定向抛掷爆破。或者使被爆破的建筑物和构筑物按设计方向倒塌和堆积，都属于定向爆破范畴，土石方的定向抛掷爆破原理即最小抵抗线原理。建筑物的定向倒塌偏心失稳来形成铰链的力学原理布置药包和考虑起爆时差的受力状态。

(3)定向断裂、定向卸压爆破技术的机理

爆破技术的多方控制探索和研究是爆破工作者多年来努力的方向，虽然工程爆破中的拆除爆破、抛掷爆破、松动爆破等都已成功实现。在爆破时间、爆破能量、爆破顺序、爆破环境、爆破有害效应、爆破效果等安全与效果的双面控制并未解决。定向断裂控制爆破和定向卸压爆破技术的实质是准确控制爆轰波的作用方向与位置达到阻隔或引导爆炸冲击波、应力波的作用，满足控制爆破的破坏范围和碎石飞散距离达到降低地震波和控制冲击波的强度的效果。

(4)定向断裂控制爆破的技术特征

岩石爆破中，实现定向断裂控制爆破的方法有多种。实质上，它们实现岩石定向断裂在炮孔间形成贯通裂纹的过程是相同的。廷一过程由定向裂纹的形成和

定向裂纹扩展贯通两个阶段组成。但是，不同岩石定向断裂控制爆破方法形成定向裂纹的手段却不相同，效果也有差异。

①光面爆破和预裂爆破。光面爆破和预裂爆破是20世纪50年代末期，由于钻孔机械的发展而出现的一种密集钻孔小装药量的爆破新技术。光面爆破和预裂爆破的爆破作用机理基本相同，目的在于爆破后获得平整的岩面，以保护围岩不受到破坏。二者的不同在于预裂爆破是在爆破开挖前施行预先爆破，使沿着开挖部分和不需要开挖的保留部分的分界线裂开一道缝隙，用以保护保留岩体不被损伤。

②线形径向聚能药包爆破。聚能药包爆破与一般的爆破不同，它只能将炸药的爆炸能量的一部分按物理学的聚焦原理聚集在某一点或线上，从而在局部产生超过常规爆破的能量，切割岩体的某一部分完成工程任务。③切缝药包爆破。它的根本特征通过圆形套管切缝，改变爆炸能量释放的各向均匀性来实现爆炸力的相对集中作用。由于切缝的存在，沿切缝方向的孔壁将直接受到爆炸冲击波的作用，在爆炸动作用过程中，沿切缝方向孔壁处优先产生裂隙，爆生气体的静作用，使形成的预裂纹优先扩展，从而吸引了其它非切缝方向的能量。④切槽爆破:圆孔爆破方法都存在爆裂方向不能控制的问题，眼痕率一般仅为50%左右。可以得出巷道控制爆破的基本任务，就是在减轻爆破围岩的扰动。

(5)定向卸压隔振爆破技术特征

①定向卸压隔振爆破：在炮孔轮廓线保留岩体和围岩一侧的药包外壳加装一层或两层具有韧性、硬性和无毒的隔振护壁材料，阻隔爆炸冲击波、应力波直接对保留岩体和围岩的直接作用。②定向卸压隔振爆破原理:炮孔中同时采用径向不祸合和轴向不祸合相结合的装药结构。③由于孔底不祸合装药降低爆炸脉冲初始压力延长了爆炸产物介质内部的作用时间达2-5倍。④由于炮孔轮廓线一侧药包外壳的隔振护壁材料的凹面朝向自由面炸药爆炸时产生沟槽效应，使爆炸应力波在临空面方向产生应力集中、增强临空方面的爆炸能量，有利于自由面一侧的岩石破碎。⑤隔振护壁凹形材料边侧效应，爆炸波有效将轮廓线内的岩体与保留分割。

三、安全防护措施办法

在施爆前对于其爆点的地形、节理裂隙、地质、岩性、软弱夹层等情况每次都要做好记录并进行预估及评判，为调整爆破参数适当提供依据。

尽量让设备、人员处于良好的隐蔽状态，爆区（炮孔）抵抗线方向应尽可能朝向爆区空地，避免飞石带来的危害。还可利用减少单孔装药量、加密钻孔、一次爆破装药量减少等措施来保障安全。

严格按照技术交底进行质量及填塞长度施工，确保堵塞质量。

在爆区进行装药联线时，应将设备及人员撤出爆点50m以外。装药联线人