基于復雜環境下爆破施工安全技術的應用分析

袁成棟

（廣西工程技術研究院有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

在工程項目開發建設區域及周邊環境越發復雜的背景下，為保證施工活動有序推進，施工人員可以在明確工程項目施工現場實際狀況的基礎上，合理應用安全爆破施工技術，在保證爆破施工滿足工程項目要求的同時，提升施工活動的安全性與可靠性，以此為復雜環境項目的施工建設提供支持。

1 爆破施工的基礎原理

復雜環境下爆破施工主要指的是巖石爆破施工，過程中的施工主要是通過使巖石徑向、環向破裂的方式，避免巖石的存在給施工活動的推進造成阻礙?？紤]到當前大部分巖石本身存在裂隙，因此在爆破過程中，爆破沖擊波首先會使巖石的原生裂隙逐步擴大，達到破碎巖石的目的。同時，沖擊波可以自炮孔處向外延伸，產生細小裂隙，在氣體壓力的情況下，徑向裂隙會貫穿巖石，抵達自由面，并使巖石向阻力小的方向移動。此外，巖石環相裂隙與梁的彎曲破裂情況有著一定的相似度，在爆炸過程中爆生氣體會使巖石發生彎曲與破碎。在炸藥爆炸時，巖石徑向裂隙在擴展后，爆生氣體會以壓力的形式作用于孔壁，巖石在出現移動情況的同時，爆炸產生的壓力會在梁的跨距中點處，因阻力減小而使梁發生彎曲現象。假設爆炸作用開始于雷管的位置，那么巖石最大位移處也將發生于藥柱中心雷管所在位置，氣體膨脹會使巖石在自由面處產生拉應力，導致巖石在巖性變化或初始沖擊波引起的徑向裂隙作用下，破碎軟弱面[1]。

2 爆破施工中需考慮的因素

在城市化進程逐步推進的當下，各類工程項目的數量不斷增加，施工環境越發復雜，若采用傳統的人工、機械施工方式，那么工程項目的整體施工成本、施工時長等因素將無法得到有效的管控。為解決上述問題，爆破施工作為一種高效的施工技術受到了施工單位的廣泛歡迎。但需要注意的是，在實際施工過程中，爆破施工材料、爆破施工區域均存在一定的安全風險，為實現安全風險的管控，確定可能影響爆破施工安全性的各類因素，制定相應的因素控制方案，成為保證工程項目的順利進行的必要舉措。

2.1 爆破參數

計算復雜環境爆破參數時，工作人員需明確爆破區域的炮眼深度、孔徑、孔距、超鉆等與炮眼設計相關的參數，以便為后續爆破工作的開展提供可靠的數據支持。具體來說，首先，炮眼深度與爆炸抵抗效果之間存在著直接的關系，爆破時的炮眼深度大，那么巖石的抵抗性將隨之增大。同時數據調查顯示，爆破時炮眼的深度與抵抗的最優比值為1:3，即達到最大破碎與最小超挖工作面的炮孔高度應當為3 倍的抵抗大小。其次，在確定炮眼的孔徑時，工作人員可以從設備能力、凹槽深度、爆破區域與最近建筑物的距離這3 個方面入手，在保證凹槽深度與最近建筑物的距離符合相關規定要求的基礎上，使用最大孔徑，以便在減少炮孔數量的同時，提高爆破工作的效率。再次，工作人員可以結合爆破的具體形式確定孔距，爆破形式為單排爆破，那么可以設孔距為1.8 倍的抵抗。若爆破形式為多排孔同時起爆，那么在孔深與抵抗比小于4 時，孔距的計算公式如下：

式中：S——孔距；B——抵抗；L——孔深。

當孔深與抵抗之間的比值大于4 時，那么可將孔距設為2 倍的抵抗。若爆破形式為延時爆破，那么可以將孔距設為1.4 倍的抵抗。最后，受夾制作用的影響，孔底巖石的爆破難度偏大，在炸藥爆炸后，為實現巖石的高效破碎，可以通過將超鉆設為0.3～0.5 倍的抵抗的方式，使巖石底部的水平拉應力有所增加，提升爆破工作的質量水平[2]。

2.2 抵抗系數

在復雜環境下，工作人員可以利用式（2）計算巖石的抵抗：

式中：De——炸藥的直徑；SGe——炸藥的密度；SGr——巖石的密度。

2.3 裝藥量

為了在保證巖石正常破碎的同時，節約炸藥，降低安全風險，需要參照式（3）至式（4）對爆破工作中的炸藥量加以計算。

式中：Q——裝藥量；q——炸藥單耗；f——巖石的普式系數。

2.4 堵塞技術

在爆破過程中，通過堵塞所有炮孔的方式，可以有效延長膨脹氣體逸出時間，達到提高爆破效果，降低炸藥的消耗量的目的。在復雜環境爆破工作中，堵塞技術應用效果偏低，那么不僅會導致飛石量的增加，還會產生更多的空氣沖擊波，增大地面的振動幅度，威脅周邊人群的人身安全?，F階段為提升堵塞工作的質量，工作人員可使用帶棱角的炮泥，并將其以較大的壓力壓入炮孔中。通過研究可以發現在堵塞工作中，炮孔與炮泥顆粒的大小比應為17:1，且炮泥的填充長度約為0.7～1的抵抗，在后續計算工作中，可以按照2:1 的比例，將炮孔表面覆土折算成巖石[3]。

2.5 緩沖爆破技術

為保證爆破工作取得令人滿意的效果，在實踐中應保證緩沖孔能夠同時起爆，但為了實現振動情況的有效管控，工作人員可采用間隔的方式，控制孔距=孔徑數+1，或控制抵抗=1.5×孔距。

2.6 爆破振動

爆破工作時炸藥產生的爆炸應力波會在巖石中傳播，并且隨著傳播距離的增加，其強度會逐漸減弱。需要注意的是，這種彈性波向外傳播時會導致地面建筑物隨著波的傳播而出現振動情況，這一振動現象可以被稱作爆破地震，當爆破地震的強度達到一定程度時，地表建筑物可能會被損壞。為降低爆破工作對周邊的影響，工作人員需要利用式（5）對爆破時產生的振動情況加以計算。

式中：K——與爆破場地相關的系數；a——與地質條件相關的系數；Q——最大起爆炸藥量；V安——允許的安全振動速度。

通過在后續爆破工作中，保證爆破區域與建筑之間間距符合《爆破安全規程》要求的方式，避免爆破施工對地標建筑安全造成不利影響。

2.7 主頻率

為保證爆破施工活動的安全性，在爆破施工時，可以參照式（6）求得爆破排間距地震波的傳播時間。

式中：s——爆破排間距；t——微差時間；V——瑞利波波速，其值為700m/s。

式中：t+——應力波的正相位作用時間；R——距離；Kt——決定爆破條件的系數，若爆破區域為巖石，那么Kt的取值范圍為0.01～0.03，若爆破區域為中硬土，那么其取值范圍為0.03～0.06[4]。

2.8 爆破飛石

爆破飛石是爆破工作中對周邊群眾安全威脅較大的因素之一，復雜環境爆破工作中，為實現爆破飛石距離的有效管控，工作人員需結合爆破方法、爆破參數、堵塞長度、堵塞質量、地形地質條件、氣象條件等因素，開展綜合性的爆破飛石評估工作。

3 復雜環境下爆破施工安全技術的應用策略

巖質邊坡爆破施工是城市復雜環境下爆破施工活動中難度偏大的施工項目，在爆破施工過程中，受強烈爆破震動的影響，邊坡原有的平衡遭到了破壞，其應力場重新分布，極有可能發生次生地質災害，在耽誤施工進程的同時對周圍居民人身安全造成威脅，現階段為提升邊坡爆破施工的安全性，施工單位可以采用合理的方式與安全防護技術加強爆破施工的管理。

3.1 項目概況

某高速公路位于南方某地區，為滿足高速公路擴建的需要，開展了附近長邊坡爆破施工活動。擴大高速公路可建設范圍，對待爆破區域進行分析，可以了解到高速公路附近的邊坡施工需沿山體走向進行，該山體有著左右較高，中間偏低的地形條件，并且左右地質巖性差別較大，坡面較為陡峭，同時施工坡面破碎程度較為嚴重。具體來說，該邊坡灰巖帶的坡面傾角在70°～80°，泥巖坡面的傾角在50°～70°。在爆破坡面的北側為市政道路，該區域車流量偏大，在邊坡K0+20m—K0+250m 東側處有著正常運行的工業廠區、磚木結構的住宅樓，建筑與開挖爆破區域的最近距離為7m，在K0+299m—K0+510m 處的西側有正在建設的工業廠房，此處人流量較大，車流量較為密集。在爆破邊坡的南側，有著依山而建的廠房、生活區，爆破區域與生活區域之間的最近距離為3m。該邊坡高差在10～23m，邊坡落差最大，處分三級放坡工程釋放爆破開發量約為26×104m3。

3.2 分析爆破施工難點

此次施工活動中爆破難度較大，具體如下：①該工程項目的邊坡總長度達到了550m，若全段同時施工，那么需要的施工人員數量較多，在工程工期較緊的情況下，無法在爆破后與后續施工前預留足夠的時間，對爆破面的安全情況加以檢測。②爆破施工時形成的淺層裂隙發育與原始節理裂隙會相互交錯，增大陡坡處巖體破碎程度的同時，使得陡坡處出現危石崩落現象的概率大幅度增加。③考慮到坡面施工后期需要對空余區域進行綠化景觀施工活動，因此為保證綠化施工活動能夠有序進行，在開展邊鋪包施工時，施工人員需要開展分級爆破施工活動，且在爆破面開挖時，應保證開挖輪廓線符合設計斷面尺寸，并嚴禁出現邊坡的現象，這在一定程度上增大了爆破施工質量控制的難度。④在爆破施工中，為避免飛石、噪聲等問題對周邊群眾的正常生活造成不利影響，施工人員需要采用全封閉施工方式，在控制爆破飛石的同時，降低鉆爆施工產生的干擾。

3.3 明確爆破施工中重點防范的不安全因素

在開展邊坡爆破施工時，需要對爆破震動產生的巖體穩定性影響因素加以分析，以便為后續針對性防護方案的制定提供參照。對工程項目進行分析，可以發現，邊坡跨度較大，若南北段同時爆破施工，那么施工單位需要重點控制邊坡因爆破所產生的震動、塌方、飛石、坡頂滾石、噪音等危害。在明確本次施工活動中需要重點防范不安全因素后，首先，施工單位可以通過優化爆破設計，控制能量源釋放與作用過程的方式，實現爆破施工活動的主動防護。其次，可以通過采用針對性安全防護措施，對已發生或將要發生的危害效應加以控制的方式，降低危害所產生的區域時間與程度。最后，施工單位可以通過加強爆破震動監測，對周圍建筑進行振動響應分析的方式實現爆破施工的輔助防護，進一步提升施工方案的安全性。

3.4 制定安全控制措施

在本次爆破施工活動中，為提升爆破施工活動的安全性。

（1）為降低內因對施工安全性造成的不利影響，施工單位結合現有施工設計方案與施工設備應用了大小鉆孔間隔布孔、不耦合裝藥等施工方式，避免因巖層不均衡所造成的爆炸效果不平衡現象，同時，避免了爆破施工活動對正面建筑所造成的威脅。

（2）為避免飛石出現給周邊群眾、廠房、建筑所造成的安全威脅，在開展危害程度較大區域的爆破施工時，施工單位在藥孔及掩體上部覆蓋了柔性防護層，這種爆破區域的安全防護方式的應用，提升了被防護工作的可靠性。

（3）面對爆破區域與鄰近建筑之間距離較近，容易產生滾石、飛石等問題的情況，施工單位在臨近區域搭設了立架防護體系，實現了邊區分級爆破區域以及臨近爆破區域周邊構筑物的有效防護。

（4）邊坡坡腳區域為本次爆破施工活動的重要通道，為避免爆破時滾石這類問題的出現，影響區域的正常通行，施工單位通過在不利于搭建立架的區域，架設邊坡鋼結構預制件的方式，提升了邊坡滾石防護效果。

（5）為實現爆破污染情況的有效管控，施工單位通過將爆破作業時間與周邊群眾作息時間交錯開來，并合理安排爆破清渣等作業活動的方式，提升了爆破施工活動的人性化水平[5]。

4 結語

對上述邊坡爆破施工活動進行分析后可以發現，首先，本次工程爆破實際施工時間較預期時間縮短了20d，且爆破效果較為理想，爆破最小巖石塊徑為0.65m，爆破參數優化后取得了良好的效果。其次，對監測數據進行分析，可以發現本次爆破施工活動中，臨近職工生活區的最大震速為0.46cm/s，其他建筑爆破點最近處的最大震數均比較小。再次，對整個工程施工階段的邊坡穩定性進行分析，可以發現爆破施工活動中安全防護技術取得了良好的效果，施工活動并未對周邊交通人員安全造成不利影響。最后，本次爆破施工活動中，施工單位使用了不耦合裝藥方式、大小間隔布孔等技術，并在施工現場布點檢測，實現了最小抵抗線方向的優化，在確保爆破施工活動正常展開的同時，提升了安全防護工作的有效性。