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硐室加預裂一次爆破成型技術

2013-08-05 責任編輯:朱亮亮

 
 

完成時間:2002

工程地點:貴新高速公路白巖立交聯絡線

完成單位:貴州省公路工程總公司、中國鐵道第三集團公司

項目主持人及參加人員:張林、肖以杰、劉宏剛、楊庭林、吳承輝

撰稿人:肖以杰

 

在石方路塹施工中,采用硐室加預裂一次爆破成型綜合爆破技術,能有效地改善主體石方爆破效果,降低工程成本,解決以往硐室爆破難以解決的邊坡穩定和邊坡質量問題,同時達到不清底、不刷坡、一次成型的目的。本工程提供的設計方法和施工工藝,具有推廣應用的價值。

在公路、鐵路石方路塹施工中,首先要解決主體石方的爆破效果和邊坡質量問題。硐室加預裂一次成型綜合爆破技術是解決上述問題的重要手段和方法。

 

1   工程概況

貴新高速公路白巖立交聯絡線K4+060K4+240段全長180m,石方開挖量34m3,上邊坡開挖面積約為2835m2,下邊坡開挖較低且高低不等,最大挖深小于6.0m,邊坡處理較為容易。中段屬于傍山開挖,開挖寬度14.0m,中心開挖最大深度94m。開挖巖石為白云質灰巖,表面巖石較完整堅硬,地表覆蓋層厚0104m,植被較茂盛。該段周圍環境較為復雜,路線左側50m處有8000V高壓線平行通過,左前方60m處有民房,低于開挖面約10m,右前方lOOm處有民房小樓數座,高于開挖面16m

 

2   爆破設計方案

21設計原則

211  選擇硐室加預裂一次爆破成型的施工方案

該工程屬于淺路塹傍山開挖,一般可采用深孔爆破和硐室爆破兩種方式。采用深孔爆破具有邊坡穩定性好、破碎塊度較小的優點,但施工準備工作量較大,成本較高。采用硐室爆破具有施工簡單、工期短且成本較低的特點,但大塊較多,同時易損壞邊坡,邊坡穩定性較差。為了改善爆破效果,保證邊坡質量,決定采用硐室加預裂一次爆破成型綜合爆破技術進行路塹石方施工。

212采用深孔爆破技術作為輔助爆破

由于地面坡度較陡,上下邊坡高差較大,下邊坡挖深一般小于6m,且邊坡外巖體較薄,保留和處理邊坡困難較大,故采用深孔處理,由于藥室埋置深度較大,WH<06,且巖體為整體性好的白云質灰巖,爆破易產生大塊,為了改善爆破效果,降低大塊率,設計時在藥室頂部增加一部分深孔。

213  主藥包的裝藥形式

主藥包對預裂爆破的影響是本次爆破設計的關鍵,為了保證藥包爆破后不損壞預裂面,并能取得良好的爆破效果,設計采用了分集裝藥結構。

214起爆網路采用毫秒延時接力網路

起爆是成敗的關鍵,必須按設計順序時間保證網路安全準爆,預裂爆破采用導爆索網路,且先于深孔、硐室起爆。

綜合應用預裂、深孔和硐室進行路塹石方工程一次爆破成型施工,是當前石方路塹施工的一項新技術,本次爆破研究和應用成功,為工程爆破技術的運用開辟了新途徑。

 

22爆破參數的選擇

221預裂爆破參數確定

預裂爆破采用QZ-100型鉆機鉆孔,鉆孔直徑D=100mm,根據地質構造和巖石性質,

取孔距a=10m(見表1)

222硐室爆破參數確定

硐室爆破是本段主體石方施工的主要方法,按所測實際斷面進行藥包綜合布置,最小抵抗線72109m,故豎井間距按10m布設,硐室爆破參數見表2

223深孔爆破參數確定

由于本工程深孔作輔助爆破作業,只在硐室不能完成的爆破部位進行,下邊坡深孔必須一鉆到底,上邊坡依據硐室藥包埋置深度及最小抵抗線確定,具體依實際地形而定,總原則按表1實施。

224  藥量計算

(1)預裂爆破的線裝藥密度的選擇。預裂爆破線裝藥密度是預裂爆破成敗的關鍵,合理的線裝藥密度不僅能保證預裂縫的貫通,而且可以形成平整光滑的預裂面。藥量太大,將損壞預裂面,藥量太小,則無法使預裂面貫通,造成預裂爆破失敗。

不同深度預裂孔裝藥情況見表3

(2)硐室藥包計算。采用公式:

Q = Kƒ(nW3

式中 K——單位用藥量,取K=15kgm3

n——爆破作用指數,取,n =05,ƒ(n=(04+06 n3)

W——硐室藥包最小抵抗線,m

(3)深孔爆破藥量計算:

前排                       Q=9·a·W1·H

Q=K·q·a·b·H

式中 Q——單孔裝藥量,kg

q——炸藥單耗,kgm3

W1ab——符號意義同表1

H——臺階高度,m

K——阻力作用增加系數,一般取1.11.2,本工地取1.1

225預裂加硐室一次爆破成型的相關參數選取

(1)硐室藥包中心到預裂面距離W的確定。硐室加預裂一次爆破成型技術的關鍵參數是兩者之間的水平距離W的確定。W太大,則硐室爆破后對預裂孔前面巖石破碎效果差,不僅無法挖裝,且處理困難,還需小炮處理,無法實現一次成型目的。W大小,則硐室爆破將從預裂縫沖出,損壞預裂面巖體,導致邊坡不穩定。W的取值目前暫按經驗法選定,待試驗后再確定最后數值。

本次試驗采用:

W= (225)Ry

   Ry =(03204)W

式中 Ry——壓縮半徑;

W——硐室藥包的最小抵抗線,大抵抗線取小值。

(2)硐室藥包埋置深度的確定。為了保證硐室加預裂一次爆破成型的實現,還必須考慮藥包埋置深度,以保證爆破后路基面不留根坎。試驗將藥包放置在開挖面上。

 

3   爆破的實施

在完成設計的基礎上,硐室加預裂一次爆破成型綜合爆破技術實施全面開展。實施分兩個階段:一是試驗爆破;二是整體爆破。試驗藥包橫斷面如圖1所示。

31爆破試驗

爆破試驗是硐室加預裂一次爆破成型綜合爆破技術實施的關鍵步驟,是確定設計參數的重要手段,它不僅可以驗證總體設計成果的好壞,而且為硐室加預裂一次爆破成型綜合爆破技術實施提供修正參數的科學依據。

311試驗炮情況簡介

試驗炮選擇1號藥室及其相關的23個預裂孔,預裂孔孔深176208m,藥包最小抵抗線11m

312試驗方法

第一步進行預裂爆破,硐室內不裝藥,爆破后檢查硐室壁面是否出現裂紋、塌方、擊穿等現象。經進硐內檢查,藥室左側靖頭因石質較軟有零星垮塌石塊,右側無垮塌現象,后壁有細小裂紋。這說明預裂爆破對硐室沒有影響,邊坡頂部預裂邊坡后部巖體無拉伸裂紋,預裂縫較明顯,其中有一處寬達20cm的裂縫,且用手電照射看到已經形成光滑預裂面,殘孔完整。K4+222K4+247已經裂開形成預裂縫。

第二步按硐室設計裝藥量進行硐室爆破,爆破后預裂壁上部部分孔面出露,巖石下落1Om左右,預裂面前出現1Om左右裂縫,頂部有較大巖塊產生。

第三步挖裝清渣,預裂面平整壁面巖石沒有擾動,預裂孔半孔率達100%,預裂孔無裂紋,效果很好。

313試驗爆破小結

通過對試驗爆破的宏觀檢查,證明了爆破設計參數基本合理,但因上邊坡挖深較大,硐室藥包埋置太深,WH<06,頂部大塊較多,因此決定在硐室頂部,根據不同藥室,不同抵抗線,不同埋深增加一些破碎深孔,以降低大塊率,改善爆破破碎效果,同時根據硐室實際情況,Kƒ(n)取值0607kgm3

通過參數調整,進行硐室加預裂一次爆破成型爆破施工的實施。

 

32實際爆破情況

硐室加預裂爆破一次完成,共鉆孔161個,鉆孔總延米22144m,開挖邊2500m2,總方量31106m3

 

33硐室加預裂一次爆破成型綜合技術效果分析

331爆破效果

(1)貴新高速公路白巖立交路線K4+060K4+240段石方路塹爆破,采用硐室加預裂一次爆破成型綜合技術,獲得成功,達到了邊坡和路基一次成型的目的;

(2)合理應用深孔加硐室爆破技術進行主體石方爆破,有效地降低了大塊率,該大塊率小于5%,加快了挖運施工速度;

(3)減少爆破次數,一次試驗爆破和一次整體爆破,完成了試驗段的工程任務,增加了爆破安全性;

(4)采用毫秒延時起爆網路,有效地控制了起爆時間和起爆順序,做到了安全準爆。

332爆破成果

(1)由于選擇了合理的孔網參數(預裂爆破參數、硐室爆破參數、硐室加預裂相關參數),確保了一次爆破成型的完成,在開挖過程中,一次挖運成功,沒有進行清底和刷坡;   

(2)用硐室加深孔綜合爆破技術,改善了硐室爆破效果,降低了大塊率,加快了清運:

(3)完成了課題研究任務,通過爆破設計和施工,達到一次成型的目標,邊坡質量符合穩定、平整、光滑、美觀的要求;

(4)預裂面半孔率達96%以上,孔壁無裂紋;

(5)積累了在溶巖地區硐室石方爆破的經驗,以及有關溶洞對爆破影響及對策方面的資料,為發展復雜地質條件下的爆破技術創造了有利條件。

摘自《中國典型爆破工程與技術》