复杂环境下爆破施工安全控制措施

中交第三航务工程局有限公司宁波分公司   赖朝晖

 

1 工程概况

本工程区域舟山外钓岛隶属舟山市定海区岑港镇，地貌以低丘为主，岛呈南北走向，处于多岛屿环抱的海域，西有册子岛、金塘岛，西南至东南有穿山半岛，北有富翅岛、里钓等岛屿，东为舟山本岛，距离舟山市定海区约18km，西南距宁波北仓港约17km，距离上海港约128km。外钓岛港址水域开阔，工程段岸坡稳定，泊稳条件良好。光汇油库场平及护岸工程项目一期南岛开山工程项目已实施完成，本次为二期北岛开山项目工程。根据相关设计，本次北岛开山工程项目开挖和回填场平初平设计标高分别为15m、11m、7m。

本工程规模土石方开挖工程数量186万m³，施工总工期420天，其中第一阶段为高压电线及铁塔迁移后完成工程数量约50万m³，暂定工期为4个月；第二阶段为中石化石油管道迁移后，完成剩余的工程数量约136万m³，暂定工期为10个月。

2 爆区周边环境

经现场踏勘，矿山施工区域位于海岛丘陵，山坡低缓，切割深度不大，山上植被发育，山体大部保持原始山坡状态，仅西侧进行过施工痕迹；施工区域范围内有中石化原油输油管线（第二阶段施工前拆除）。具体周边环境及现状如下：

开山区域东侧是回填区，一期南岛施工已进行了部分回填处理，区域内有一自南向北的中石化原油输油管线（岙山油库至镇海炼化），爆破开采分两期进行，前期开采范围距中石化输油管线50米范围以外的区域，约50万立方米，剩余山体待中石化输油管线移除后再行开采。距离开采山体东南侧有钢筋混凝土高桩平台约15米。距开山山体东侧约600m是舟山本岛的老塘山港。

因此爆破施工时需考虑对中石化石油管道、南北岛所有相关单位施工临建设施、过往船舶以及北半岛所有相关施工人员的保护。

综上所述，根据《爆破安全规程》（GB6722-2011)，该矿区爆破作业环境复杂。

3 爆破施工方案选择

由于本工程是露天台阶爆破，在空气中形成的空气冲击波破坏能量微乎其微，可忽略不计；爆破有害气体在瞬间被大气所稀释，也不会对周围造成危害。故在本工程中主要安全隐患是爆破飞石和爆破振动，尤其应防止和控制爆破振动的强度、防控爆破飞石的方向和距离。

根据本工程特点、周边环境、地质情况、工程进度等因素，本工程爆破区域分为：50m~100m范围内和100m以外范围。

在距输油管道设施100米以外范围内爆破施工，选择的爆破方法为深孔爆破，深孔爆破可采用“松动爆破”的原则。

在距输油管道设施50m~100m范围内采用“复杂环境深孔毫秒延时爆破和城镇浅孔控制爆破技术”。

4  爆破有害因素分析与安全控制

在一般岩土爆破施工中，其爆破危害主要包括：爆破地震、爆破飞石、空气冲击波、噪声、粉尘、有毒气体等。由于本工程是露天台阶爆破，全部采用炮孔法爆破，爆破冲击波影响甚微，可忽略不计。爆破毒气和噪音对周边影响也非常小。因此本工程的爆破有害效应主要包括爆破飞石和爆破震动。

 

4.1 爆破管理要素

表4-1 爆破管理主要因素表

爆破周边环境	开山区域东侧是回填区，距中石化输油管线约50米，距舟山本岛老塘山港约600米，东南侧钢筋混凝土高桩平台距离约15米；开山区域南侧为一期工程南岛场平、海堤、高桩平台以及后续罐基等施工场地，距离在再建油库基础距离最近约为50米；开山区域西侧是一期南岛施工已回填的区域；开山区域北侧是山体。
爆破开挖工程量	186万方	爆破开挖方式		中、深孔台阶爆破方法为主，浅孔控制爆破方法为辅
炸药计划用量	600吨	起爆器材计划用量		导爆管雷管25000发
单响药量（kg）	中深孔爆破<120		最近保护点振动速度（cm/s）		石油管道<3.0 油罐基础<5.0 高桩平台<7.0
一次总药量（kg）	<10000		飞石（m）		<8

4.2  爆破安全控制

由于本工程附近有石油管道，并且东南侧有在建的油库和高桩平台，因此在爆破施工中必须严格控制爆破所引起的各种危害，如地表振动速度、飞石、滚石及冲击波等。

 

4.2.1  爆破震速安全控制

炸药爆炸后，炸药的部分能量转化为弹性波，在岩土中传播并引起大地的震动，形成地震波。和天然地震相比，爆破引起的振幅要小震动频率相对要大，中深孔爆破的震动频率一般在10-50HZ之间，对建(构)筑物的影响相对要小。《爆破安全规程》（GB6722-2011）中的振动安全允许标准如下表：

表 4-2 爆破振动安全允许标准

序号	保护对象类别	安全允许质点振动速度V,cm/s
		f≤10Hz	10Hz≤f≤50Hz	f＞50Hz
1	土窑洞、土坯房、毛石房屋	0.15～0.45	0.45～0.9	0.9～1.5
2	一般民用建筑物	1.5～2.0	2.0～2.5	2.5～3.0
3	工业和商业建筑物	2.5～3.5	3.5～4.5	4.2～5.0
4	一般古建筑与古迹	0.1～0.2	0.2～0.3	0.3～0.5
5	运行中的水电站及发电厂中心控制室设备	0.5～0.6	0.6～0.7	0.7～0.9
6	水工隧洞	7～8	8～10	10～15
7	交通隧道	10～12	12～15	15～20
8	矿山巷道	15～18	18～25	20～30
9	永久性岩石高边坡	5～9	8～12	10～15
10	新浇大体积混凝土（C20）： 龄 期:初凝～3d 龄 期:3 d～7 d 龄 期:7d～28d	1.5～ 2.0 3.0～4.0 7.0～8.0	2.0～2.5 4.0～5.0 8.0～10.0	2.5～3.0 5.0～7.0 10.0～12
注1:表中质点振动速度为三分量中的最大值；振动频率为主振频率。 注2：频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取:硐室爆破f<20 Hz；露天深孔爆破f=10～60 Hz；露天浅孔爆破f=40～100 Hz；地下深孔爆破f=30～100 Hz；地下浅孔爆破f=60～300 Hz。 注3：爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。

（1）安全控制标准

 

根据爆破安全规程，据以往设计施工经验，中国地震烈度表以及工程规定文件要求，制定了地下管线（供水管道、天然气管线）安全抗振标准：按V度地震烈度的参考指标，振动速度为3.0 cm/s的标准控制。

根据永跃船厂围堰爆破拆除、中远船厂围堰爆破拆除施工经验，油罐基础控制在5.0 cm/s，高桩平台震速控制在7.0 cm/s。

（2）安全校核

 

本设计采用的安全震速和最大单响药量计算公式：

 

 ；        。

式中：Q—最大单响药量，kg；

      v—计算地震波速度，cm/s；

      [v]—安全允许震速，cm/s；

      R—控制点至爆源的距离，m；

      K、α—与爆区地形地质有关的系数和衰减系数。

根据爆破安全规程及六横中远围堰爆破拆除时对衰减规律测试，本工程取k=150，α=1.9。外钓岛北岛石方爆破开挖钻孔直径115mm，最大单孔药量不超过120kg。

①对石油管道

石方爆破开挖控制最大齐次起爆药量120kg，石油管道距主炮孔爆区最近距离50m，最大震速为：

＝1.84cm<3cm/s ，安 全；

②对在建油库基础

外钓岛北岛爆破开挖控制最大齐次起爆药量120kg，在建油库距爆区最近距离50m，最大震速为：

＝1.84cm<5cm/s ，安 全；

上述计算结果表明，爆破振动速度均小于安全允许震速，爆破振动不会对对码头造成危害。

 

③对高桩平台

外钓岛北岛爆破开挖控制最大齐次起爆药量120kg，高桩平台最近距离15米，最大震速为：

＝18cm>5cm/s ，不安全，因此距离桩基平台50米范围内采用浅孔爆破的施工方法，并减少最大齐次起爆药量。

（3）安全控制措施

 

爆破振动安全校核表明，采用上述开挖方式爆破振动不会对在建油库设施造成危害，为确保爆破安全我公司再采取以下安全控制措施降低爆破振动：

 

①控制最大齐次起爆药量及爆破规模。外钓岛北岛爆破开挖过程中爆破全部采用单孔起爆，严禁采用大爆破，在邻近石油管道50-100米时炮孔采用孔内间隔装药微差起爆、手风枪浅孔爆破及镐头机机械破碎，降低爆破危险效应。

②钻减震孔。在进行爆破开挖前，在石油管道外30米处平行石油管道打一排预裂减震孔，孔径115mm，孔距1m，在爆破区域与保护对象之间形成一条裂缝，将爆破区域与爆破保护对象分开。工程实践证明，采用减震孔爆破，爆破振动可降低50%。

③创造良好临空面。在爆破前临空面的堆渣全部清理完毕，爆破时有利于爆渣移动及爆破能量的释放，进而降低爆破振动。

④进行爆破振动实时监测。爆破过程中聘请有资质单位对石油管道进行爆破振动监测，根据测试结果对爆破参数及爆破规模进行调整，确保爆破振动不对保护设施造成危害。

 

4.2.2 爆破飞石、滚石安全控制

（1）爆破飞石、滚石安全校核

 

露天深孔台阶爆破，个别爆破飞石采用下式进行校核：

 

R_飞=15～16D

式中：R_飞---个别飞石的飞散距离m

D---深孔直径cm

经计算得  R=184m

上述计算结果表明，爆破个别飞石会对石油管道和在建油库造成危害，爆破飞石还应采取相应控制措施。

在进行外钓岛北岛石方爆破开挖时，由于地形高差的影响，飞石落地后会弹跳一段距离，产生爆破滚石，爆破滚石有可能对石油管道和在建油库设施造成危害。爆破滚石按下式进行校核：

X=Kh[2cos²α（tgα+tgβ-1]

式中：h——山坡高差，m，取

35m

α——最小抗线与水平角交角；（°），取60

β——山坡坡角；（°），取35

K——系数，一般取0.5~1。

计算得：X=8m。

计算结果表明，爆破滚石对在建油库影响不大，对石油管道影响较大，要采取严格控制措施，尽量不产生滚石，严禁爆破产生大滚石。

（2）爆破飞石、滚石控制措施

爆破飞石、滚石安全校核表明，爆破飞石及滚石均有可能对石油管道和在建油库以及高桩平台造成危害，因此爆破时必须采取措施对爆破飞石和滚石进行严格控制，确保爆破安全。可采用以下措施控制爆破飞石：

①控制爆破方向。石方爆破开挖，爆破方向为西北侧和东侧，使在建油库和高桩平台始终处于爆破方向的侧方，在临空面上即使产生飞石，也是远离在建油库和高桩平台方向。

②控制堵塞质量及长度。炮孔堵塞一律采用钻孔的排渣堵塞，堵塞中决不允许含石块；堵塞过程中有管理人员控制，边堵塞边捣实，防止卡孔；装药完毕后，每个炮孔必须经过技术人员验收合格后才允许堵塞。

③构筑挡土墙。在待开挖山体和油罐基础以及高桩平台之间有塘渣构筑2米高挡土墙，防止山体上的滚石对油罐基础和高桩平台的破坏。

④镐头机二次破碎。在装运过程中对大石块采用分裂机和镐头机进行二次破碎，即提高装运效率，又不会产生飞石。

 

4.2.3 爆破冲击波安全控制

本工程爆破全部采用钻孔爆破，爆破方向无重要设施，根据爆破安全规程爆破冲击波可不进行安全校核，为确保爆破安全采用以下措施控制爆破冲击波：

（1）爆破方向始终朝无重要设施一侧，石方爆破开挖为西南侧和东北侧；

（2）严禁采用大规模爆破及裸露爆破；

（3）始终采用预留保护层进行爆破，爆破冲击波将有效得到控制；

（4）搭设防护屏障降低爆破冲击波的效果也十分明显。

（5）炮孔孔口覆盖土袋也能有效降低空气冲击波。

 

5 爆破安全警戒及应急救援措施

 

5.1 安全警戒措施

（1）爆破作业前必须通过公安部门审批，取得允许爆破的批复；

（2）在上报爆破审批资料前详细踏勘现场，划定警戒范围，并经公安部门同意，同各方协调好爆破的具体时间，并得到公安部门的批准；

（3）警戒地点设立标识牌和爆破通告，施工现场设置“爆破区域，闲人免入”安全警告标志；警戒范围定位：爆破方向300m、其他方向150m。爆破时根据爆破部位的不同及时调整爆破警戒点的位置根据需要增减爆破警戒点。每个爆破警戒点配备不少于两个警戒人员。

（4）在主要交通道口设立警戒点和醒目标志，确保各警戒点的定岗定员，每一警戒点不少于两人，配备一部对讲机。警戒人员应佩戴袖标、口哨、手执小红旗。

（5）爆破前张贴安民告示，明确警戒范围、警戒标志和音响信号的意义，以及发出信号的时间和方法。

（6）成立爆破指挥部，由指挥长在确认警戒安全的情况下下达起爆命令。

（7）爆破前，必须同时发出音响和视觉信号。

——爆破警报信号分三次：

第一次信号，预备信号，在规定的起爆时间前30分钟发出，并同时派出安全警戒人员，通知爆破警戒区内所有人员和施工机械开始撤离，对固定生产、生活设施避炮防护进行检查后，警戒人员在安全警戒岗位置进入警戒。

第二次信号，起爆信号。各地点警戒人员警戒完毕，确认人员、设备全部撤离危险区域后，向指挥部报告，指挥部在确认具备安全起爆条件后，发出起爆信号。

第三次信号，警戒解除信号，起爆后，爆破飞石已经全部落地，爆破员和安全员间隔5分钟进入爆破现场检查，经检查确认安全后，发出警戒解除信息。在没有发出警戒解除信号前，各警戒人员应坚守岗位，禁止其他人员进入现场。

 

5.2  应急救援措施

    为快速应对在工程施工中可能发生的爆破意外伤害安全事故，高效、有序的组织事故抢救工作，最大限度的减少人员伤亡和财产损失，成立重大事故应急处理指挥部，总指挥由项目经理担任，副总指挥分别由分管安全副经理、技术负责人担任，成员由项目部各部门人员组成。

本工程属于常规山体爆破，主要存在事故危险有：

（1）因爆破有害效应导致中石化输油管道的损害；

（2）由于孤岛作业，发生工伤事故不能及时送医院救治。

应急预案

为确保爆破施工作业人员的安全和中石化财产免受损失，在爆破前按以下措施落实，随时能够启动紧急救援预案。

（1）在距离中石化油管距离较近的山体爆破时，预先通知中石化油管的负责人，做好相关的救护措施。

（2）爆破前由施工单位皮卡车一辆，在现场待命；落实交通船在外钓岛自备码头待命；落实越野车一辆在对岸码头待命。指挥部与车、船驾驶员用手机、高频对讲机联络，统一协调指挥。

（3）爆破前现场施工由爆破指挥部落实两名救护人员。

（4）一旦发生爆破安全事故，现场指挥人员应及时向指挥部报告并组织人员进行抢救，采取有效措施防止事故的扩大。爆破指挥部启动应急救援系统，进行事故救援工作。

应急预案的实施：

（1）在接到现场事故报告后，根据事故大小迅速启动事故应急处理程序，开展各项应急抢救处理工作；

（2）按照应急处理预案迅速开展抢救工作，防止事故的进一步扩大，力争事故损失降到最低限度；

（3）应急处理指挥部及主要负责人因故缺位时，由副职替补到位，防止出现指挥中断、秩序混乱的现象；

（4）根据事故发生的状态，统一布置应急预案的实施工作，并对应急处理工作中发生的争议，果断地采取紧急处理措施；

（5）根据预案实施过程中发生的变化和问题，及时对预案进行修改和完善；

（6）当事故险情有危及周边单位和人员时，应立即疏散周边单位人员和物资；

（7）及时向上级有关部门报告情况，配合上级部门进行事故调查处理工作；
    （8）维护现场秩序，做好伤员人员的善后和伤员人员家属的安抚工作。