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        路基石方爆破方案及安全防護(hù)技術(shù)研究

        2016-11-15 11:53:35張正月
        甘肅科技 2016年19期
        關(guān)鍵詞:防護(hù)欄石方炮孔

        張正月

        (北京高鐵工務(wù)段,北京 100071)

        路基石方爆破方案及安全防護(hù)技術(shù)研究

        張正月

        (北京高鐵工務(wù)段,北京 100071)

        由于爆破施工能夠有效提高路基工程的施工效率,降低施工成本,保證施工進(jìn)度,但是爆破施工需要嚴(yán)格控制以保證施工安全。本文通過對(duì)一高速鐵路路基的爆破施工方案進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)爆破的參數(shù)和爆破安全允許距離進(jìn)行計(jì)算控制,并對(duì)爆破周邊的防護(hù)欄架進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的防護(hù)欄架具有較高的承載能力,能夠抵抗爆破飛石對(duì)周邊環(huán)境的危害,有效保證了路基爆破的安全施工。

        路基石方;爆破;防護(hù)欄架;設(shè)計(jì)

        目前,我國(guó)的高速鐵路事業(yè)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的崛起而快速發(fā)展,而路基工程由于其造價(jià)低、運(yùn)營(yíng)舒適等特點(diǎn)在高速鐵路的建設(shè)項(xiàng)目中占有較大比例,而在路基的施工過程中,由于地形條件的限制,必須克服高差較大、溝谷起伏的不利地形,然而深挖高填的地形結(jié)構(gòu)由于工程量大,傳統(tǒng)的挖掘方式施工效率低下,不利于工程施工進(jìn)度的有效控制,特別是在遇到挖掘機(jī)無(wú)法施工的特殊地質(zhì)、地形狀況時(shí),為了降低施工成本、保證施工進(jìn)度,就需要使用爆破技術(shù)進(jìn)行施工。

        為了保證爆破施工的安全,在爆破前必須對(duì)爆破方案進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì),精細(xì)控制爆破技術(shù),使得爆破后按要求形成設(shè)計(jì)的開挖輪廓且?guī)r體的破碎均勻,同時(shí)需要外界環(huán)境不受影響,不損壞開挖界外的巖土性能,保證施工質(zhì)量。同時(shí)必須采取必要的技術(shù)措施和安全防護(hù)措施,保護(hù)周圍的建筑物及居民正常生活不受影響。

        本文通過對(duì)路基爆破方案進(jìn)行優(yōu)化選擇和爆破技術(shù)合理設(shè)計(jì),為保證爆破安全,設(shè)計(jì)合理適用的防護(hù)欄架,并通過有限元軟件模擬計(jì)算,對(duì)防護(hù)欄架的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        1 爆破方案的設(shè)計(jì)

        本文對(duì)一爆破施工區(qū)緊鄰居民區(qū)、工業(yè)園、高速路、鐵路的高速鐵路路基爆破施工進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。路基處于干旱地帶,地下水軟發(fā)育,環(huán)境無(wú)化學(xué)侵蝕,要求爆破后的碴土能形成平順的施工平臺(tái),考慮爆破振動(dòng)和個(gè)別飛散物對(duì)行人車輛的影響。通過分析考擦,依據(jù)環(huán)境因素的影響,為確保安全和爆破質(zhì)量,減少爆破隊(duì)周邊環(huán)境的影響,對(duì)距爆破邊緣區(qū)50m范圍內(nèi)有保護(hù)對(duì)象的,采用淺孔毫秒微差松動(dòng)控制爆破,并且分臺(tái)階施工,采用打密孔,多分臺(tái)階,減少單孔裝藥量,間隔微差的爆破方式。

        1.1爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

        依據(jù)具體情況,合理靈活選取爆破各參數(shù),盡量使得爆破多打孔少裝藥,對(duì)控制爆破振動(dòng)、爆破飛石等較有利。

        (1)孔徑d:d=42(mm)。

        (2)臺(tái)階高度H:H=3.0m。

        (3)最小抵抗線w:w=(0.4~1.0)H=1.2~3.0m,取w(b)=1.2m。

        (4)炮孔間距a:a=(1.0~2.0)w=1.2~2.4m取a =1.5m。

        (5)超深h:h=(0.10~0.15)H=0.3m。

        (6)單孔裝藥量Q:前排:Q=qWaH=0.35×1.2× 1.5×3.0=1.9kg;后排:Q=(1.1~1.2)qabH=1.1×0.35× 1.5×1.2×3=2kg。

        (7)每m炮孔裝藥量每P:P=1.0kg/m;

        (8)裝藥長(zhǎng)度L1:前排L1=Q/P=1.9/1.0=1.9m;填塞長(zhǎng)度L2:L2=L-L1=3.3-1.9=1.4m;后排:Q=(1.1~1.2)qabH=1.1×0.32×1.5×1.2×3=2kg;裝藥長(zhǎng)度L1:L1=Q/P=1.87/1=2m;填塞長(zhǎng)度L2:L2=L-L1=3.3-2= 1.3m。

        由于路基地段巖層厚度不均勻,所以鉆孔深度也不可能一致,故不同地段,鉆孔爆破參數(shù)存在差異。

        1.2裝藥填塞及起爆網(wǎng)絡(luò)

        在裝藥前認(rèn)真做好炮孔的檢查驗(yàn)收工作,對(duì)炮眼進(jìn)行清渣和排水。裝藥時(shí)對(duì)每個(gè)炮孔按預(yù)先計(jì)算的藥量進(jìn)行裝填,保證裝藥密度。炮孔裝藥后,剩余段均應(yīng)用炮泥進(jìn)行堵塞。臺(tái)階炮孔起爆有許多順序,如排間起爆、斜線起爆、V形起爆、梯形起爆和波浪形起爆等。根據(jù)安全段起爆孔數(shù),起爆順序可參照?qǐng)D1,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活改變和應(yīng)用,盡量使炮孔爆破抵抗線與被保護(hù)對(duì)象的軸線斜交,對(duì)減震和減少飛石較為有利。

        圖1 安全起爆順序圖

        1.3爆破安全允許距離計(jì)算

        爆破工程風(fēng)險(xiǎn)較高,在施工作業(yè)過程中應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施預(yù)防危害的發(fā)生,將有害效應(yīng)減小到最低程度,對(duì)爆破的安全允許距離進(jìn)行計(jì)算:

        1)爆破振動(dòng)波計(jì)算。爆破振動(dòng)波作用時(shí)間很短,從開始到結(jié)束僅大概有0.6~2s的時(shí)間,根據(jù)《爆破安全規(guī)程》,計(jì)算公式如下:

        式中:Qmax——炸藥量 (kg);V——保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度 (cm/s);R——距離爆破點(diǎn)最近處需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物的距離(m)。

        通過計(jì)算,距保護(hù)對(duì)象50m以內(nèi)采用淺孔毫秒微差松動(dòng)控制爆破分臺(tái)階施工不會(huì)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生影響。

        2)爆破沖擊波安全允許距離。炸藥爆炸所產(chǎn)生的空氣沖擊波是一種空氣中傳播的壓縮波,在爆破施工中應(yīng)合理優(yōu)化爆破參數(shù),盡量避免采用最小抵抗線,避免產(chǎn)生沖天炮,選擇合理的微差間隔時(shí)間,保證填塞質(zhì)量和填塞長(zhǎng)度。有效提高爆破能量的利用,減少形成的空氣沖擊波。

        3)爆破飛散物的安全允許距離。依據(jù)巖體特性,嚴(yán)格控制最小抵抗線,防止飛散物對(duì)周圍環(huán)境的危害。飛散物的最大飛散距離進(jìn)行計(jì)算,飛散物的最大飛散半徑為52m,安全起見,實(shí)際警戒時(shí)按距爆破點(diǎn)100~200m進(jìn)行警戒。

        2 爆破周邊防護(hù)欄架設(shè)計(jì)計(jì)算

        為防止個(gè)別飛石濺出造成危害,在距爆區(qū)邊15m外,3個(gè)方向架設(shè)高6~8m、總長(zhǎng)達(dá)150m雙層防護(hù)欄架,防護(hù)欄架上捆綁鐵絲網(wǎng)和沙袋加固,防護(hù)欄上部鋼絲繩拉緊加固。在爆點(diǎn)再采用鐵絲網(wǎng)和沙袋等進(jìn)行覆蓋防護(hù)。安全防護(hù)欄架設(shè)計(jì)布置圖如圖2所示。

        圖2 安全防護(hù)欄架示意圖

        采用有限元程序ANSYS進(jìn)行建模,采用平面梁?jiǎn)卧?jì)算荷載按施工期間頻率出現(xiàn)最高的荷載進(jìn)行防護(hù)欄架結(jié)構(gòu)控制計(jì)算。

        1)恒荷載:按照其實(shí)際長(zhǎng)度在程序中自動(dòng)計(jì)入。

        2)沖擊荷載:安全起見,按10cm×10cm×10cm石塊,自重2.2kg從15m高空墜落對(duì)欄架造成的沖擊檢算,沖擊時(shí)間按0.10s計(jì)算。沖擊力為17.5×2.2/ 0.10=385N。在計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)的荷載計(jì)算分項(xiàng)系數(shù)均取1.0。荷載作用在防護(hù)欄架的頂部為最不利工況。防護(hù)欄架分析模型如圖3所示。

        圖3 防護(hù)欄架分析模型

        防護(hù)欄架的有限元控制計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

        圖4 有限元模型計(jì)算結(jié)果

        防護(hù)棚架強(qiáng)度滿足要求。

        防護(hù)鋼絲網(wǎng)鋼絲按照4根直徑2mm的鋼絲承擔(dān)沖擊荷載,則鋼絲應(yīng)力:

        防護(hù)鋼絲網(wǎng)的強(qiáng)度滿足要求。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本文通過對(duì)高速鐵路路局爆破施工的施工技術(shù)進(jìn)行分析,對(duì)一高速鐵路路局爆破工程進(jìn)行爆破方案的設(shè)計(jì),控制器爆破參數(shù),對(duì)爆破裝藥填塞及起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)論述,并對(duì)爆破的安全允許距離進(jìn)行計(jì)算,防止爆破隊(duì)周圍環(huán)境造成危害。

        設(shè)計(jì)合理的邊的防護(hù)欄架,控制爆破飛石危害周邊環(huán)境,并通過有限元ANSYS軟件對(duì)防護(hù)欄架建模計(jì)算,確保防護(hù)欄架的承載能力滿足爆破要求。為路基工程全爆破提供了有利的技術(shù)支持。

        [1] 郭志軍.淺談鐵路路基爆破施工的安全管理[J].建筑安全,2009,(12):10-12.

        [2] 朱朝輝.淺談高速鐵路路基爆破施工技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30(22):150-151.

        [3] 陳旭東.路基石方爆破技術(shù)應(yīng)用研究[J].施工技術(shù),2014,43(23):105-108.

        [4]彭錦紅.公路路基石方爆破方案設(shè)計(jì)[J].交通科技,2016,(1):101-103.

        [5] 李夏初.路基石方露天爆破炮孔布置有關(guān)問題研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2013,(7):85-89.

        U215.2

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