工程爆破安全的有關技術問題研究與實踐

#3L3L壓水試驗這是水利部門用以鑒定巖石破碎程度的一種方法。由于在爆炸應力波作用下，巖體內部產生新的裂縫，并使原有的裂縫及層面擴張和錯動，使巖體的滲透性變大。根據(jù)爆破前后單位吸水量的變化，估計爆破對底部破壞深度和內部水平向破壞范圍，這種方法的缺點是不能反映軟弱夾層錯動。某水利工程的具體做法為：爆破前后在同一孔中作綜合分段壓水（爆破時，藥包底以下試段，用中細粒砂回填保護，爆后清除）。一般以一米一段。在漏水量比較大或爆破影響的部位，測出漏水量大的界限。為不使巖層抬動，測試壓力應不大于X，讀數(shù)一次，穩(wěn)定時間為h當爆前漏水，爆后超出下面相應漏水量為爆破所破壞；當漏水量小于 〃，允許誤差0? 〃，允許誤差士0大于〃，允許誤差土；爆前不漏水，爆后單位吸水量大于 〃時為爆破所破壞；小于 〃時，即使超過了上述允許誤差，亦認為無破壞。巖石物理力學性質變化的測定目前主要采用人工地震法，測量爆破前后巖石動彈性模量的變化。首先測量彈性波（縱波）在巖石中的傳播速度，按彈性波理論公式，動彈性模量為：廠 （L+Q1-^）E=PV2p1.Q （）式中：P——巖石密度；從泊松比；——縱波速度。具體做法為：在爆區(qū)內設幾條測線，每條測線設三個以上相同深度的觀測孔（一個孔內設雷管和炸藥，作為人工地震激發(fā)源，另外的孔設檢波器接收），觀測孔比炮孔或藥包最小抵抗線超深一倍以上，孔距一般大于。在藥包底以下沿孔深以為一段，由上而下作水平縱波速度測量。觀測孔在爆破時用中細砂回填，爆后清除，在原孔內與相應高程觀測對比，求出爆破前后水平向縱波傳播速度或動彈性模量隨深度的變化。巖石動彈性模量是反映巖石在沖擊荷載作用下強度性質的重要指標，但是，這種方法不能反映夾層的錯動和張開。有的資料認為，巖石彈模數(shù)值的分布規(guī)律與巖石地質情況的觀察分析是一致的，但爆破影響范圍和深度與地質構造斷裂和巖性關系較大，決定爆破影響深度的因素主要是巖石的性質和構造，而不是彈模的絕對數(shù)值，并初步認為，彈模降低10以%上，即認為爆破對巖石有影響。有的資料認為，利用這種方法在現(xiàn)場以不同的條件進行多次重復試驗，縱波速度的相對誤差均在±2以%內，因此，認為爆破前后傳播速度值變化超出儀器相對誤差±2為%爆破破壞區(qū)。國內有的單位也有利用超聲波檢查法的，其主要原理為，在爆破影響的微裂縫分界面上，超聲波能量的變化非常明顯，通過測量爆破前后超聲波能量（振幅）隨深度變化的規(guī)律，可以探索爆破的破壞深度。在某工程爆破試驗中，試驗用脈沖超聲儀的發(fā)射與接收換能器的頻率分別為 和，在現(xiàn)場以不同的條件進行多次重復試驗，測量成果的積累誤差為±0.奈5培。因此，認為爆破前后超聲波能量（振幅）的變化超過儀器觀測積累誤差±0.奈5培為爆破破壞區(qū)。有的單位，對爆破作用下巖體的應力應變作過觀測，并認為，當應變最大峰值大于 H8時為爆破破壞區(qū)。層面張開和位錯的測定為了考察爆破作用下層面張開和位錯情況，可以在大口徑孔內利用機械式位錯計進行觀測，機械式位錯計分為彼此不相連的兩部分，一部分為鋁制角鐵，另一部分為鋁制圓柱，分別通過地腳螺桿，固定在層面兩側，用精度為 的游標卡尺量測兩部分的相對變化（X、三方向），系統(tǒng)測量誤差± 1爆后比爆前大于土1認為層面受到爆破破壞，反之沒有影響。這種觀測的缺點是，在大口徑的孔內，為錯動提供了臨空面的缺陷，因此，觀測的結果一般偏于安全。

7.2爆破對巖體破壞范圍的計算室爆破產生的地表裂縫與地下裂縫，在破壞范圍及其程度上是有很大區(qū)別的。馮叔瑜和馬乃躍根據(jù)我國定向爆破筑壩的觀測資料，總結出下列不同方向的爆破破壞半徑計算公式：垂直破壞半徑R=K3Q ()V 1工(10-)上方破壞半徑R=Kg ()(10-)UP 2斜坡上左右破壞半徑R=K3：Q ()P 3'(10-)斜坡下方破壞半徑R=K3Q ()U 4V(10-)式中：、、及--基巖破壞范圍的綜合影響系數(shù)（取決于地形、地質條件，相對位置等因素。可根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)進行選擇）；——裝藥量，kg；Q—-垂直破壞半徑（即由藥包中心至藥包底下無臨空面的基巖破壞半徑，它的方向是指向垂直臨空面的方向），m；—-藥包中心至斜坡上方破壞半徑；一藥包中心至斜坡上左右方的破壞半徑，m；藥包中心至斜坡下方破壞半徑，表10-36 K、K、K、K值單位炸藥消耗量巖石破壞范圍的綜合影響系數(shù)斜坡地形爆破漏斗上方的地面坡度0=°0=°0>5444O9949-6-~-~-~注根據(jù)不同的地形質條件如沖溝、臨空面、斷層、破碎帶、軟弱夾層等選擇上限、下限或平均值我國鐵道部門，在大量觀測的基礎上提出的垂直破壞半徑 及水平破壞半徑的經驗計算公式介紹如下：設由藥包中心至徑向裂縫范圍的體積與原藥包體積成正比，其比值為從1根據(jù)爆破后實際清方結果的調查，破壞地帶范圍的大小，與巖石的極限抗壓強度成反比，亦即與巖石堅硬系數(shù)值成反比。TOC\o"1-5"\h\z對于可塑性土壤，在徑向裂縫以外，觀測表明，系壓實的土層與脹松的土層相互交錯的互層，這種情況非但不增加其滲水性，反而可起到防滲作用。爆破設計時，對這類土壤預留防滲的保護層可按4 0計算，因此，土壤的垂直破壞半徑()及水平破壞半徑()為：R=(0.42~0.52加3，'fnb ( )PRl=(0.6~0.7W3Kff^nb ( )巖石與土壤不同，在徑向裂縫以外，所產生的環(huán)向裂紋仍然可以產生漏水情況。對巖石，根據(jù)部分統(tǒng)計資料，口 ，一般假定徑向裂縫以外的破壞區(qū)與徑向裂縫區(qū)二者體積的比值a,大致有1<a<10,為保險起見，假定取10倍，這時可以推算巖石的垂直破壞半徑Rp(m)及水平破壞半徑RL(m)為：Kf(n)R=1.1W,'——— (10-28)P3fKf(n)R=1.5W —— (10-29)L3f式中： —-巖石堅硬系數(shù)；——爆破作用指數(shù)函數(shù)，——標準拋擲爆破單位用藥量， /——最小抵抗線，m經驗表明，藥包以下出現(xiàn)裂縫的破壞半徑不超過最小抵抗線。由計算的、，根據(jù)藥包位置，可以用圖解法繪出藥包以下及前后左右預計可能產生裂紋的破壞區(qū)域。對這一區(qū)域可以考慮根據(jù)需要采取防滲措施。下面介紹我國有關部門在深孔爆破對巖體破壞方面的觀測研究成果。鐵道部門曾采用聲波法對深孔爆破和光面爆破對邊坡巖體破壞進行觀測測定。觀測表明，對孔徑的深孔爆破，孔深 以下巖體的彈性波速度在爆破前后無大的變化，因此可以認為，孔深以下巖體未受爆破影響或影響輕微；而試驗區(qū)坡頂由于巖性較差，表面拉裂范圍達一，坡頂形成了多厚的裂隙區(qū)。應當指出，這里提出的爆破影響帶，系指因爆破而產生的破裂帶，即原有裂隙延深、擴張及產生新裂隙的范圍，并不危及邊坡的穩(wěn)定性。當采用光面爆破后，坡項的巖石破裂區(qū)范圍明顯減少，在以內。路塹邊坡平整光滑殘留的半個孔壁清晰可見。我國水利部門，針對水利工程的特點和要求，對深孔爆破的破壞范圍，也進行了現(xiàn)場試驗。對直徑為，裝藥直徑為 的深孔爆破，實測底部破壞深度，平地群孔爆破為 8單排梯段爆破為6多排毫秒梯段爆破為 ；地表面水平向最大破壞范圍：單排梯段爆破為6多排毫秒梯段爆破為。根據(jù)試驗結果，對該水利工程基礎的大量開挖爆破，他們提出其保護層厚度不應小于藥包直徑的40倍，并用預裂爆破技術，來控制水平方向的破壞。7.3減少爆破對巖體破壞的措施由于爆破對巖體的破壞，可能造成水工建筑物滲漏，路基翻漿冒泥；路塹及礦山邊坡不穩(wěn)定；地下工程塌方、冒頂，乃至爆破引起地下水及瓦斯突出事故，因此，應當重視爆破引起巖體的破壞，一般，可考慮采取以下措施：1爆.破前要重視對爆區(qū)地質條件(如巖性、地質構造、水文地質、地應力、滑坡等)的調查，避免

在不利于爆破的地質環(huán)境下采用不恰當?shù)谋圃O計與施工方案。爆破設計要精心。嚴格按照開挖輪廓范圍布置藥包，計算藥量，必要時，應控制一次爆破的總規(guī)模，或采取毫秒微差爆破，控制臨近開挖輪廓藥室（炮孔）的藥量。3沿爆開挖輪廓采用預裂爆破、光面爆破，或設計防震孔，均可有效地保護開挖輪廓以外的巖體；周邊孔采用低爆速炸藥或不耦合裝藥，對減輕爆破對巖體的破壞也有明顯的效果。4爆爆破后應及時調查爆破對巖體的破壞情況及引起的其他工程地質問題，提出處理意見，例如邊坡穩(wěn)定問題,基礎受破壞程度及滲漏問題，滑坡體、危巖、危坡的穩(wěn)定問題等，應當說明，并不是地表裂縫到達之處巖體就不穩(wěn)定了，只要在爆后立即將邊坡清理干凈，對遠處小裂縫用不透水粘土填實或作灌漿處理，必要時進行噴錨，仍可得到穩(wěn)定的邊坡。對于地下開挖通過不良地層時，應采取控制爆破和加強支護的措施，這是減少爆破對巖體的破壞和保障施工安全所必須的。7.4關于爆破振動液化在飽和砂（土）地基附近進行爆破作業(yè)時，應邀請專家評估爆破引起地基振動液化的可能性和危害程度；提出預防土層受爆破振動壓密、孔隙水壓力驟升的措施，評估土體由固態(tài)變至流態(tài)“液化”，產生的建筑物地基失穩(wěn)與損害。爆破振動液化在具備下列條件時才可能出現(xiàn)：飽和土層在地下水位以下，相對密度小于 6排水條件不良，塑性指數(shù)>3液性指數(shù)>2土爆類是飽和沙土、粉土和粘土粒含量大于3%的飽和砂壤土、粉質砂壤土、輕壤土、輕松質壤土等，粒徑小于 、粘土重量比不超過?的砂粘性土，粒徑大于、礫粒含量百分率不超過?70的%粗顆粒含量的砂礫料，其含水量大于液限0爆倍9；爆破用藥量與相隔距離的關系在 >范圍內。為防止出現(xiàn)爆破振動液化，實施爆破前，應查明可能產生液化土層的分布范圍，并采取相應的處理措施如：增加土體相對密度，降低浸潤線，加強排水，減小飽和程度；控制爆破規(guī)模，降低爆破振動強度，增加振動頻率、縮短振動持續(xù)時間等。8爆破對環(huán)境的保護當今，人們的環(huán)境保護意識日益強烈，而爆破技術作為一種有效的施工手段，又經常運用在人口稠密的城鎮(zhèn)地區(qū)，人們不僅關注著爆破噪聲、粉塵對環(huán)境的污染，而且也期望著爆破在完成工程目標的同時，減少對生態(tài)，對環(huán)境的破壞和影響。8.1爆破噪聲一般爆破產生的音響雖然短促，但容易給人造成恐怖的感覺。連續(xù)不斷的爆破音響，給人們心理和生理上都將造成不良影響。隨著城市建設的發(fā)展，在都市中進行爆破作業(yè)的數(shù)量顯著增長。一些國家把爆破噪聲列為公害之一。爆破噪聲通常用聲壓級強度（）表示。在聲學中，定義：聲壓級Qb聲壓級Qb)=201og10PIP0)式中，為相應于人的最低可聞的壓力，定為因此當噪聲強度為時，相應的超壓或最大壓力約為 ^圖一為人及結構對于聲壓級的反應。聯(lián)合國世界保健組織（）關于噪聲的一個資料指出，噪聲超過0對人體健康來講，為危險區(qū)；一0為過渡區(qū)；小于為安全區(qū)。表（）列舉了爆破噪聲對玻璃窗的破壞標準。日本有些資料指出，爆破噪聲不應大于 ，在城市中不應大于。并且根據(jù)爆破作業(yè)時間的長短，繪制了爆破允許噪聲強度的標準圖（10-）。9美國的杜邦公司認為：他們的經驗，是當爆炸的聲級低于 時，則只有少量的訴訟。美國礦務局公布的對人員的爆破噪聲安全標準列入表（ ）。IX ?一結構破壞一—多數(shù)窗戶破裂 爆炸引起的空氣沖擊波XX ■一若干窗戶破裂—“無損壞”界限X 疼痛閥+盤碟與窗戶作響X .打鉚XX 1^一般交談X ^^醫(yī)院房間X +2沙沙聲X ~~可聞閥圖10-人8及結構對于聲壓級的反應爆破作業(yè)時間圖10-爆9破允許的噪聲強度（日本）表10-37 爆破噪聲對玻璃窗的破壞爆破噪聲（B相應的爆炸空氣沖擊波壓力（ ）破壞現(xiàn)象玻璃窗開始破壞??大部分玻璃窗出現(xiàn)破壞

?1大部分玻璃窗木框產生破壞表10-38 美國礦務局公布的噪聲標準等級安全限警戒限最大允許值城市控爆標準噪聲標準?表10-列3舉9了我們在不同控制爆破條件下爆破噪聲的實測數(shù)據(jù)。對工地常用施工作業(yè)機具，如裝載機、推土機、鑿巖機的噪聲測試表明，在離作業(yè)點 處，噪聲一般為左右。表10-39 控制爆破噪聲若干實測資料爆破類別總藥量(g距離()噪聲(B覆蓋情況備注一般爆破破碎混凝土砌體無共個孔每孔裝藥爆破破碎廢舊水塔用膠管簾和棚布等覆蓋爆破破碎混凝土砌體無爆破切割無先用干沙堵塞再用混凝土封填爆破坍塌框架爆破坍塌框架爆破坍塌框架用膠管簾和棚布等覆蓋室外雷管爆炸雷管爆炸個個無雷管爆炸雷管爆炸個個一層草袋干遮蓋雷管爆炸雷管爆炸個個埋入地表土內后用草袋遮蓋測試表明，地面雷管及導爆索在爆炸時引起的噪聲強度很高。為了降低爆破噪聲，在控制爆破中應盡量避免地面雷管且不允許用導爆索。我國爆破安全規(guī)程規(guī)定，城鎮(zhèn)爆破作業(yè)噪聲控制在 以下。在城鎮(zhèn)拆除爆破及石方控制爆破中，宜采取以下措施減輕噪聲污染：1不.用導爆索起爆網路，在地表空間禁止有裸露導爆索；不2用裸.露爆破。非常情況下用裸露爆破時，應對藥包進行嚴密覆蓋，并計算噪聲影響的安全允許距離；.嚴格控制單位耗藥量、單孔藥量和一次起爆藥量；4實.施毫秒延期多時段爆破；.保證填塞質量和長度；.加強覆蓋。爆破工點周圍有學校、醫(yī)院、居民點時，應與各有關單位協(xié)商，實施定點、準時爆破。8.2爆破粉塵鑿巖、爆破和其他石方開挖生產工序中，都要產生粉塵。工序和防塵措施不同，粉塵的數(shù)量亦不相同。國家衛(wèi)生標準規(guī)定，工作面的粉塵濃度，不應超過 。由于粉塵中含有大量游離二氧化矽，一般可達?0而有時還可能含有砷、鉛、汞及放射性元素等有毒粉塵，因此，降低工作面的粉塵濃度，成為石方施工勞動衛(wèi)生安全保護的重要內容之一。爆破產生的粉塵，與鑿巖產生的情況相比，雖然與人接觸的時間較短,但數(shù)量大。爆破后的粉塵濃度,可高達數(shù)千,其后逐漸下降。我國某些礦山所進行的測定表明，如無有效的降塵措施，在爆破后，巷道內的粉塵濃度仍高達?g同時，爆破后所產生的粉塵的擴散范圍較大，因此，它不但可能危害工作面的工人，還可能危害正在巷道中進行其他工作的人員。爆破后浮游粉塵的分散度，高于濕式鑿巖時浮游粉塵的分散度。國外一個測定結果是：濕式鑿巖的浮游粉塵的平均直徑為 從m爆破后粉塵的平均直徑為 73影響爆破后產塵強度及粉塵分散度的因素很多，主要有：所爆1破.的巖石的物理性質對產塵強度有很大的影響。巖石硬度愈大，爆破后進入空氣中的粉塵量也愈大；爆2破.單位體積的巖石所用的炸藥量愈多，產塵強度愈大；炮孔3.深，產塵強度??；炮孔淺，產塵強度大；二次破碎的產塵強度，高于深孔和淺孔的產塵強度；連4續(xù).火花爆破和多段爆破的產塵強度較高；電氣爆破時，產塵強度低，微差爆破時，產塵強度更低；5.先前形成而附著或堆積在巷道或巖石裂縫中的粉塵數(shù)量及分散度愈高，爆破后進入空氣中的數(shù)量亦愈大；巖石6表.面、巷道周邊的潮濕程度和空氣濕度愈小，則工作面的粉塵濃度愈高。爆破前，在巷道壁大量灑水，可使爆破后的空氣含塵量下降。國外一資料指出，按重量計算可減少1/；2按顆粒計算，可減少。為了改善工人的勞動條件，必須將工作面通風與排除細粉塵及有毒氣體直接結合起來。一些爆破工程采用水封爆破、噴霧灑水等方法來降低爆破粉塵。所謂水封爆破，是在炮孔中填塞水炮泥，即裝水的塑料袋，在爆破瞬間，塑料袋中的水成為微細的水滴以撲塵和凝集爆破所產生的粉塵。裝藥重量與水袋之比常取2:。1與水封爆破相類似的方法是在工作面前懸掛裝水的水袋，盛水數(shù)十公斤和百克左右的炸藥，與巖石同時爆破，以撲獲和凝集爆破所產生的粉塵。所謂噴霧灑水，是在距工作面1—52處安裝除塵噴霧器，在爆破前一打開噴水裝置，爆破后 左右關閉。表10-列4出0了無炮煙粉塵排除措施和有噴水、水袋的條件下防塵效果的統(tǒng)計結果。表10-40 防塵措施效果防塵措施采樣數(shù)量粉塵濃度粉塵濃度防塵效率7?777全部77?777無防塵措施噴水水袋在城鎮(zhèn)居民密集地區(qū)環(huán)境中進行建（構）筑物拆除爆破,減少爆破揚塵污染,已成為爆破對環(huán)境保護的重要內容。建（構）筑物拆除爆破的揚塵，除炸藥在結構中爆破產生的粉塵及建（構）筑物在失穩(wěn)解體與墜落階段的揚塵外，其更主要的是解體構體觸地沖砸及塌落氣流對碴堆和周圍地面擾動所形成的揚塵。目前，在一些工程實踐中，常采用以下措施控制拆除爆破產生的揚塵，可取得較明顯的效果。1改.善爆破設計。對高層建筑拆除爆破，原地塌落法的塌落氣流強度與揚塵量較大，采用折疊式，定向傾倒，不僅可減緩塌落氣流強度，還可以控制塌落氣流主流方向，以減少有保護目標一側的揚塵危害。覆2蓋防.護。在爆破建（構）筑物周圍采用荊芭，草袋、塑料紡織布進行圍檔，可有效地減少爆破揚塵。其中塑料紡織布由于氣密性更好，減少爆破揚塵的效果也更明顯。噴灑3水.降塵?？稍诮ㄖ飪炔繛⑺谟械墓こ讨?，曾試用貯水袋爆破灑水控制爆破揚塵，在建筑物不同樓層分別設置水袋，使其在爆破時形成水幕；在有的工程中，曾在爆破建筑物四周設置自動搖擺高壓噴水裝置，由消防車供水，車載水泵最大供水壓力 ，在起爆前開啟消防栓起噴，對減少爆破揚塵污染也有明顯效果。除此以外，爆前應重視碴土清理。清理范圍包括樓層及建筑物周圍施工遺留碴土與垃圾，適當預拆非承重墻，清理部分致塵構件與積塵，都可以減少粉塵污染。還應注意的是：在面粉廠、亞麻廠等有粉塵爆炸危險的場所進行爆破作業(yè)時，應對粉塵濃度進行監(jiān)測，離爆破工作面范圍內的空間和表面應作噴水降塵處理。在有煤塵、硫塵、硫化物粉塵的礦井中進行爆破作業(yè)，應遵守有關規(guī)定。8.3水中爆破對生態(tài)的保護表10-列4出1了水中沖擊波超壓峰值對魚類的損害程度。表 水中沖擊波超壓峰值對魚類損害程度超壓峰值（ ）I 損害程度 死亡 重傷 安全在靠近有養(yǎng)殖業(yè)或水產資源的水域實施土巖爆破或水中爆破時，應事先評估爆破飛散物、水中沖擊波和涌浪對水中生物的影響，提出可行的安全保護措施：.應盡量減少向水域拋落爆巖總量和一次拋落量；需向水域大量拋入巖土時，應事先評估其對水中生態(tài)環(huán)境的影響，提出可行性報告，經環(huán)保和生物保護管理部門批準，方可實施；2水.下爆破應控制一次起爆藥量和采用削弱水中沖擊波的措施；3起.爆前應驅趕受影響水域內的水生物；4.受影響水域內有重點保護生物時，應與水生保護管理單位協(xié)商保護措施。8.4爆破與水土保持露天土石方爆破，特別是在降雨量大的地區(qū)和季節(jié)，對厚層巖土或土夾石地段，應特別重視爆破后的山體及爆堆可能發(fā)生的泥石流、滑坡，危害周圍的農田及其他設施。應采取措施，使爆破后的山體盡快恢復植被。爆破技術可以廣泛地應用于農田和水利基本建設，除我們所了解的定向爆破筑壩，輸水隧洞開挖爆破等外，還可采用爆破法伐樹、炸樹根，深耕松土，平整土地、植樹造林，修建水池，打井等。在農業(yè)爆破技術中，應特別重視處理好爆破與水土保持的關系。例如，在深耕松土爆破中，一般炮孔的鉆孔深度取左右，因