1 工程概况 1.1 爆区周围环境及进度要求

福建省晋江市体育中心由体育场及紧靠体育场西侧的广场(简称西广场)两大部分组成。爆区处在体育中心西广场内, 爆区周围环境十分复杂。位于爆区东侧的体育场主楼、观察台(主席台)、看台的主体结构以及田径场已经峻工, 正在紧张地进行装修等配套工程。体育场主楼高达15m, 距爆区最近点21m;爆区北侧180m内为荒山, 180m外为居民建筑楼群, 多幢4~5层居民楼群距爆区为180~190m;爆区西侧100m内为西广场范围的空地, 100m外为体育中心外围公路, 公路外侧为农田; 爆区南侧150m内属西广场范围的荒地, 150m以外为曾井小区公路, 公路外侧为农田。

晋江体育中心工程是晋江市城建工作的重点工程。为了使西广场在国庆节前能够投入使用, 要求3个月内(即9月中旬前)完成西广场的土石方开挖和平整工作。

1.2 爆区地质地形条件

爆区处在体育中心西广场东北角, 爆区范围约为5500m², 爆破总方量为8.1万m³。

爆区为平缓的小山包, 西侧未开挖地形自然坡为16~ 18°, 东侧因建体育场主楼、主席台、看台已开挖, 开挖部分的坡角为70°左右。爆区山体与整平水平的最大相对高差为22m。

爆区山体表土层厚1.5m左右, 表土层下部为新鲜致密细粒花岗岩, 节理裂隙不发育, f =10~ 12, 岩石容重2.7t/m³。

2 爆破方案的选择

爆方案直接关系到工程进度, 施工安全和技术经济效果等。由工程概况中得知, 浅孔爆破和药壶爆破显然难以满足工程进度的要求; 中深孔或深孔爆破需要中深孔或深孔钻机, 并且要用一定的时间平整工作面, 以及修筑移动钻机的道路, 方能开展中深孔或深孔凿岩。鉴于上述原因, 再根据多次从事大爆破的经验, 确定采用峒室大爆破方案。

根据爆区周围环境较为复杂的状况, 为了有效的破碎岩石, 减少大块并适当降低爆堆高度及缩小爆堆的堆积范围, 以提高装载设备的工作效率, 同时控制爆破个别飞石。爆区东侧靠近体育场的一排布设4个药包, 采用了峒室水封松动控制大爆破技术(该技术曾在晋江深沪镇城区土石方爆破中得到成功的应用)。其余11个药包采用普通峒室加强松动控制大爆破, 见图 1。

3 主要爆破参数的确定 3.1 布药方式

在峒室大爆破中, 常用布药方式可大致分为两大类:条形药包布药方式(亦称延长药包布药方式)和集中药包布药方式(亦称点药包布药方式)。理论研究和爆破实践均证明:条形药包布药方式, 炸药的有效能量利用率高, 爆破效果较好, 且爆破地震强度较低。为此, 此次爆破在布药方式设计上, 尽量采用条形药包, 个别地段无法用条形药包时, 则使用点药包。即采取条形药包为主, 点条结合的布药形态, 以确保整个爆区的良好爆破破碎效果。此次爆破共有12个条形药包, 3个点药包, 参见图 1。

3.2 最小抵抗线W的确定

根据爆区的岩性, 表土层厚度, 岩石风化程度以及对破碎程度的要求, 选定合适的高抗比系数为1.3~ 1.5。根据爆破每立方米岩石的导峒开挖延米数、炸药单价、地形参数(自然坡角、段高)、爆破块度要求、爆区平整度要求、同段允许的最大装药量等, 通过计算机优化设计, 得出最优的爆破最小抵抗线W的设计值为12.3~13.8m。各药室实际最小抵抗线W值为8.0~ 14.4m, 参见图 1。

3.3 标准炸药单耗K₀及设计装药单耗K_n的确定

炸药单耗的取值是确定药包装药量的主要参数之一, 它不但影响经济效益, 更是对爆破效果、破碎程度、爆堆堆积状况、爆破安全起决定性作用。根据爆破区的岩性, 参考类似爆破及爆区浅眼爆破实际所用单耗, 标准计算单耗K_o =1.78kg/m³。根据爆破点地形条件、周围环境、爆破块度和对爆堆范围的要求, 设计装药单耗K_n =(0.32~ 0.71) K₀, 各药室的设计装药单耗见表 1。

3.4 药包药量计算

条形药包采用下式计算:

Q=K_n W²L kg

点药包采用下式计算:

Q=K_n W³ kg

式中:K_n—设计装药单耗, kg/m³

W-最小抵抗线, m;

L—装药长度, m。

3.5 端部效应附加长度的确定

理论和工程实践均证明, 若要保证条形药包端部的爆破效果, 条形药包端部必须增加炸药量。在工程上, 端部加药量一般通过增加计算装药长度实现, 根据有关理论分析及工程经验, 用于克服端部效, 由此而获得的端部加药量一般均匀地码放在靠近条形药包端部2~3m内的装药巷道内。

3.6 爆堆主要参数计算

以整体弹道爆破堆积理论为基础, 结合工程实践编制爆堆参数计算机程序, 通过计算机计算, 爆区东侧峒室水封松动大爆破区域, 爆堆最远点预计为15m;爆区西侧普通峒室加强松动大爆破区域, 爆堆最远点预计为70m。

3.7 大爆破前爆区的预处理

由于爆区为一较平缓的小山包, 西侧未开挖的地形自然坡角仅为16~18°。为了消除岩坎, 避免出现药包最小抵抗线太小, 需预先用浅孔爆破的方式对未开挖地段的山坡坡底进行预处理, 使处理后的新地形布置的药包最小抵抗线不小于8m, 且又不出现岩坎。对已开挖的东侧岩面, 除个别地段平整度太差, 将影响爆破效果, 则用浅孔爆破的方式作适当处理外, 其余地段一般不作处理。

4 装药与充填设计 4.1 装药

普通峒室加强松动大爆破的11个药巷(药室)装2^#岩石铵梯炸药, 峒室水封松动爆破的4个药巷(药室)装乳化油炸药。药包均码放在药巷内最小抵抗线方向一侧, 装药时按设计的装药强度(即每米药巷的装药量)从最里端向外依顺序堆放, 每个药巷(室)装2个起爆体, 起爆体按近似等距离安放在药巷内。为了加强起爆能, 并使条形药室内的炸药起爆的同步性更好, 可靠性更高, 沿装药长度方向上均匀地铺设3根抗水性好的塑料导爆索, 并与从起爆体内引出的导爆索相联接。虽然乳化油炸药的密度大于1, 达1.2 t/m³, 但为了杜绝水封爆破4个药室灌水时乳化油炸药移动, 最上层的乳化油炸药上均压上大石块。

4.2 充填

平峒及药巷设计时已考虑了堵塞自锁作用, 以减少堵塞长度。根据理论分析和工程实践经验, 充填长度如下:药巷充填长度4.5~5.5m, 平峒充填长度6~ 8m。

堵塞质量的好坏, 不但对爆破效果, 对爆破安全也能造成极大的影响。非水封爆破地段的堵塞选用普通砂土封堵密实。水封爆破地段临水面采用高标号混凝土砂浆砌砖墙, 砖墙后再浇一段2m左右的混凝土, 以确保灌水后不漏水, 剩余部分用砂土充填。必须强调:无论是非水封爆破还是水封爆破, 其充填地段的巷道顶板一定要保证与充填物紧密接触。

为了保证水封爆破的4个药室能灌满水, 除用有一定压力的水灌注外, 还预装了出气管。出气管里端管口安放在药巷内的最高点, 出气管外端管口安放于导峒口上方, 当出气管外端管口出水后, 方能说明药室已灌满水。

5 起爆网路与安全技术 5.1 起爆网路

为了确保起爆的可靠性, 在爆区内采用两套独立的并串联电爆网路, 即起爆体内二发同段电雷管并联, 药巷(室)之间串联。在爆区外并联。用起爆器起爆。

为了检验起爆的可靠性, 起爆网路正式敷设之前, 进行了模拟现场条件的乳化油炸药及其起爆系统的浸水试验和整个爆区的1:1起爆网路模拟试验。

5.2 安全技术

为了确保峒室水封爆破成功, 并确保已建成的晋江体育场主楼、主席台、看台以及爆区周围建构筑物等工程的安全, 采用了微差爆破技术, 选择了合理的起爆顺序。总装药量31.3 t共分了10段, 其中最大一段起爆药量为4.0t。各药巷(室)的起爆段别可参见表 1。

为了阻止临近体育场一侧的4个水封爆破药包的爆堆可能对已建成的体育场主楼、主席台和看台的危害, 在体育场主楼、主席台及看台与爆区之间紧靠体育场一侧堆筑一条高约3.5m的土墙。

6 爆破效果及分析

起爆后, 被爆小山包完全按预计顺序:爆区西侧首先隆起、抬高、小部分土岩抛出; 爆区东侧最后隆起、抬高、塌落。爆破效果完全达到预计要求:爆破块度均匀, 大块很少, 爆堆堆积范围控制在设计范围之内。爆区西侧爆堆最远点距爆区西侧边缘80m;爆区东侧爆堆完全控制在土堆之内。对体育场的主楼、主席台未产生影响。爆区西侧爆破个别飞石最远点约为120m;爆区东侧未见爆破飞石, 主楼、主席台和主席台两侧的主看台的屋面和遮雨棚上均未有爆破飞石损坏的地方, 其上面也未看见一块爆破飞石。爆破震动等爆破危害也未对体育场已建成的设施及爆区周围的其他建、构筑物造成任何损伤。爆区周围的建构筑物安然无恙, 离爆区最近的体育场主楼门、窗的大玻璃均未受到任何损坏。爆破危害完全控制在设计范围之内。

(1) 通过对爆破效果及爆破危害的调查和测量分析表明:爆破方案设计正确; 采用的起爆网路、起爆顺序、延时时间设计合理; 采取的安全防护措施恰当; 水封爆破器材和起爆网路的防水处理措施、充填部位的封堵方法正确。

(2) 峒室水封爆破炸药的有效能量利用率高, 只要爆破参数合理, 峒室水封爆破不但可以达到很好的爆破破碎效果, 而且其爆堆堆积范围小, 不产生爆破个别飞石或爆破个别飞石飞散距离小。该工程的成功实施, 为城市大量土石方开挖提供了一个宝贵的参考资料。

(3) 此次爆破仅使用了一个月时间就完成了导峒、药巷(室)的掘进、装药、充填、起爆等施工工作。为按期完成体育中心西广场的平基工程蠃得了宝贵的时间, 确保了西广场平基工程的按期完成, 取得了很好的技术成果和经济效益。