水工隧洞爆破进洞施工中爆破飞石的防护

宋彧

【期刊名称】《《黑龙江水利科技》》 【年(卷),期】2019(047)008 【总页数】3页(P150-152)

【关键词】水工隧洞; 飞石; 原因; 防护 【作 者】宋彧

【作者单位】辽宁省水资源集团 沈阳110000 【正文语种】中 文 【中图分类】TV52

1 工程概况

辽宁省某重点隧洞输水工程第1支洞位于辽西低山丘陵地区，支洞断面为圆拱直墙型，锁口段开挖断面尺寸为5m×5m。根据前期地质勘查，支洞洞脸处岩性主要为坡洪积碎石土，呈稍密-中密状态，原计划采用挖掘机明挖进洞，施工中洞脸开挖揭露地质为侏罗系髫髻山组玄武岩、安山质角砾熔岩和白垩系义县组玄武岩，均属中硬岩，与设计不符，原进洞方案无法实施，经参建各方会商，决定采用爆破方式进洞。

施工地区属低山丘陵区，由于地形制约，支洞洞口选址距某县级公路较近，直线距离约为100m，该公路为当地主要公路，车流量较大，且公路对侧即为施工营地，

爆破施工产生的噪声、飞石、粉尘都会对现场人员、设施及来往车辆造成影响甚至危害，其中飞石打击危害最为直接，后果最为严重，故进洞爆破施工中的飞石防护成为施工安全管理的重要目标[1-2]。 2 飞石产生原因

经检测，进洞爆破施工中产生飞石的主要原因如下：

1)经开挖揭露处的岩性为玄武岩及安山质角砾熔岩，经取样检测，其单轴饱和抗压强度>50MPa，属Ⅲ类围岩，硬度较高，此类围岩硬度大且脆性大，在装药量、孔径等其他参数均一致的情况下，出现飞石的频率大于凝灰质砂岩或风化岩，且围岩破碎程度大、飞石块径大、飞行距离远[3]。

2)明挖掘进不足5m即遭遇坚硬岩层，临空面不规则且弧度、崩落条件均不佳，易造成中部抵抗线小于上部和下部，产生飞石，且其飞行距离较远。

3)该输水隧洞属于小断面隧洞，且洞口所依山体坡度不便架设台车，设备很难施展，致使钻孔施工受到限制，工人使用YT28手持风钻施工，在边顶拱、仰拱位置钻孔需要2名工人协同配合方可正常施工，边顶拱、仰拱钻孔基本无法达到设计角度要求，爆破效果难以控制。

4)洞脸开挖初始，上层压土较薄，爆破施工过程中如装药量过大，易发生冒顶，飞石方向难以控制[4]。 3 防护措施

通过上述分析可知，飞石产生的主要因素包括围岩特性、临空面形状、爆破参数3个方面，针对以上因素，辽宁省该输水工程根据其实际施工情况，分别从施工前地质勘测、施工技术措施以及安全管理措施等3个方面采取了相应防护措施，取得较好效果。 3.1 做好地质预报

做好地质预报是控制爆破飞石的第1步，地质预报的目的在于通过勘测仪器对掌

子面以后一定距离的围岩性质进行了解，本工程针对进洞爆破露天施工的特点，重点对爆区露出的地层和岩性、覆盖层厚度、主要断层及破碎带的产状、规模、延伸情况进行预报，并将预报距离由10m扩大至30m，利于提前掌握掌子面前方地质情况，随时修改爆破参数，不仅可以控制爆破飞石的产生，还有利于提高爆破质量，更可以根据预报结果适时变更支护形式，确保施工安全[5-8]。 3.2 小型机械施工

由于挖掘机等大型开挖设备开挖效果欠佳，为保证爆破施工初始的临空面条件，掏槽区采用风镐等小型设备施工，由于本工程地处山区，爆破飞石形成后会沿最小抵抗线方向飞行，故掏槽区面积越大、掏槽效果越好，崩落孔的临空条件越好，飞石控制效果越佳，待进洞距离稍远，光面爆破效果基本成型，临空面条件好转，即可使用钻爆法开挖掏槽区，但仍需控制装药量。 3.3 合理确定设计参数

此措施属于主动防护[9]，由于洞脸距公路约100m，为控制飞石飞行距离，减少飞石伤害产生的几率，隧洞锁口段20m范围内采用小爆破，每此爆破前均进行精细测量，并对每炮炮孔装药量、装药形式、最小抵抗线等爆破参数都进行严密计算，确保每炮都达到最佳爆破效果，并产生最小的飞石影响。

工程光爆孔采用不耦合间断装药，其他孔采用连续装药，合理控制装药量，光爆孔装药结构，见图1，可降低飞石初速度，减小飞石飞行距离，也能有效降低飞石伤害程度，而通过起爆顺序及时差设计可以起到控制最小抵抗线方向的作用，满足最小抵抗线要求则是有效控制飞石的有力保障[10]。

爆破装药量是小爆破的关键参数，可根据飞石初速度与其抛射距离的经验公式： R=(V02sin2α)/g (1)

式中：R为飞石抛射距离，m；V0为飞石初速度，m/s；V0=20(Q1/3/W)2，Q

为装药量，kg；W为最小抵抗线，中硬岩W参考取值为0.45-0.6，m；α为飞石抛射角度，°；g为重力加速度。

由于sin2ɑ≤1，该公式可进行简化计算，故Rmax=V02/g。计算结果详见表1。 图1 间断装药结构图表1 计算结果表 最大抛射距离/m单孔装药量/kg最小抵抗线/m76.10.350.6106.40.450.6139.10.550.6

按照小爆破、短进尺的施工原则，通过合理科学布孔、将单孔最大装药量控制在0.4-0.45kg，同时选用密度大、与孔壁摩擦系数大的堵塞材料堵孔，堵塞长度不足或堵塞质量差会直接导致飞石沿炮孔轴线向炮孔方向飞行，对营地及公路造成威胁，故炮孔堵塞要满足与最小抵抗线的相对长度，本工程经爆破试验和理论计算综合推算，确定堵塞长度为最小抵抗线的0.7-1.0倍，既可防止岩体表面破碎形成大块飞石，又可以防止飞石沿炮孔方向飞向营地和公路，结合上文计算得出的最小装药量，可在理论上将爆破飞石的影响控制在安全范围内，按此设计方案进行爆破施工，项经济技术指标及布孔示意图见表2、图2，可知此设计方案在技术、经济上均可行。

表2 Ⅲ围岩条件下主要爆破参数项目数量开挖断面积/m224.55预计每循环进尺/m0.5每循环爆破石方m312.28炮眼总数/个75炸药用量/kg33.7

图2 Ⅲ类围岩条件下布孔示意图 3.3 加强覆盖与遮挡

优化爆破参数可在理论上减小飞石危害，但在实际施工过程时，为防止意外发生，根据安全生产管理中“冗余安全度”的原则，在爆破过程中对爆区进行覆盖可以有效防止飞石飞散，本工程在爆区周围树立铁丝网进行整体覆盖，由于铁丝网强度高、韧性好、重量大，且易于固定，配合帆布、毡垫等织物起到了很好的覆盖效果。

对场区内不便撤离的大型设备，使用橡胶软垫、棉垫或者厚重树枝等起到缓冲作用的防护用品对其进行遮挡覆盖，用于减小飞石动能，并有效防护飞石弹射，可以有效降低设备损坏率。 3.4 设立安全警戒区

由于附近公路车流量较大，为保证施工场区安全及车辆行驶安全，本工程进洞施工中以爆区为中心设立警戒区，在警戒区内设防护棚，用于为来不及撤离的人员和设备提供庇护，并在与路政部门沟通后，决定在施工厂区出口左右两侧150m处设立安全标识，并在爆破前15-30 min按预定位置进行安全警戒，防止车辆误入爆破飞石影响区域，故待爆破作业15min，确认无其它意外情况发生后可解除警戒。 4 结 语

根据已有工程事故经验，爆破飞石打击伤害致死率相当高，但并非不可避免，除上述措施之外，加强安全生产制度及体系建设，增强施工人员安全防范意识等管理手段在安全生产中也都可起到积极主动的预防作用。文章结合工程实例分析爆破飞石产生的主要原因，并从技术手段和管理手段两个方面论述、总结其防护措施，对于其他靠近公路、居住区等人员、车辆较多的类似工程项目中爆破飞石打击的防护，具有一定借鉴意义。 参考文献：

【相关文献】

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