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        爆破技術(shù)在遼寧省某進水口工程巖坎引水渠開挖中應(yīng)用分析

        2017-03-08 05:10:58
        地下水 2017年1期
        關(guān)鍵詞:微差出渣裝藥量

        付 斌

        (遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局,遼寧 沈陽 110000)

        爆破技術(shù)在遼寧省某進水口工程巖坎引水渠開挖中應(yīng)用分析

        付 斌

        (遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局,遼寧 沈陽 110000)

        進水口工程為水庫施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,進水口巖坎引水渠與桓仁水庫相連,巖坎水下開挖量大,難度高。根據(jù)勘探地質(zhì)資料以及預(yù)留巖坎尺寸,對巖坎前引渠進行分層分區(qū)劃分,每個分區(qū)分為水上和水下兩層,分塊分層進行爆破開挖,施工中采取有效的安全爆破施工技術(shù),合理的施工順序確保巖坎引水渠的開挖,為類似工程參考借鑒。

        巖坎引水渠;水下開挖;施工安全控制

        進水口巖坎爆破工程全長140.1 m,巖坎頂高程▽300,圍堰頂高程▽305.89,渠道底寬為10 m,兩側(cè)邊坡坡比為1:1,開挖總深度18.7 m,開挖總方量約為1萬 m3。巖坎處巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r,中硬巖,節(jié)理較發(fā)育,多為高陡傾角,巖坎外側(cè)水渠段主要為第四系覆蓋層,坡積土夾石塊、粘性土,根據(jù)地勘資料,覆蓋層厚度約為2~11 m。巖坎體形成過程中,受開挖爆破重復(fù)震動影響,爆破裂隙多、原生裂隙張開、透水量增加等影響,爆破施工難度增大。根據(jù)設(shè)計圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料以及預(yù)留巖坎尺寸,對巖坎前引渠進行分層分塊劃分,預(yù)留巖坎外側(cè)引渠開挖共分3個區(qū)域進行施工,每個區(qū)分為水上和水下兩層,分別進行開挖,1區(qū)為水上鉆孔水下鉆爆開挖;2區(qū)為水上陸地開挖;3區(qū)為陸地鉆孔水下開挖。

        1 開挖及出渣施工方法

        1.1 施工程序

        回填土清除→2-1區(qū)覆蓋層開挖→2-2區(qū)石方明挖→1區(qū)開挖→3-1區(qū)開挖→3-2區(qū)開挖。

        圖1 引水渠開挖布置圖

        1.2 2區(qū)施工

        根據(jù)地勘資料得知,2-1區(qū)主要為第四系覆蓋層,坡積土夾石塊、粘性土。

        2-1區(qū)開挖采用1.6 m3液壓挖裝至自卸汽車,在開挖過程中利用開挖渣料修筑一條▽300~▽276的臨時施工道路,其余渣料由自卸汽車運至指定渣場。

        2-2區(qū)主要針對294.8~274 m高程之間的石方作業(yè),為后續(xù)3區(qū)爆破作業(yè)建立作業(yè)平臺,本部位開挖分兩層進行(▽284~▽288.5,▽288.5~▽294.8)。巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r,本區(qū)石方采用垂直深孔爆破,周邊預(yù)裂爆破,必要時輔以淺孔爆破,通過反鏟、自卸汽車裝運至棄渣場。

        1.3 1區(qū)施工

        根據(jù)地勘資料得知,1區(qū)主要為第四系覆蓋層,坡積土夾石塊、粘性土。對于水下致密的第四系覆蓋層采用松動爆破的方式進行。

        1區(qū)內(nèi)開挖部位均在水面以下,故采用水下鉆孔爆破、水下出渣方式作業(yè)。水下鉆孔采用KSZ-100型潛孔鉆機,在水下鉆孔前先在鉆孔位置豎直安裝Φ130 mm套管,鉆具通過套管下到鉆孔位置進行鉆孔,鉆機固定在組合式鉆爆作業(yè)平臺船上施工。為防止塌孔,爆破孔內(nèi)下高強度PVC套管,PVC套管內(nèi)徑為Φ100 mm。爆破后,由作業(yè)船上抓斗將水中石渣抓運至短駁船,滿載后運至岸邊(及284m作業(yè)平臺)由液壓反鏟挖裝到自卸汽車,通過道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。

        1.4 3區(qū)施工

        根據(jù)地勘資料得知,3-1區(qū)主要為第四系覆蓋層,坡積土夾石塊、粘性土,采用松動爆破;3-2區(qū)巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r,采用深孔爆破,周邊預(yù)裂爆破。

        由于水上鉆孔難度高,且影響鉆孔質(zhì)量因素較多,因此在進行2區(qū)開挖施工時應(yīng)預(yù)留部分渣料至水面高程以上,作為施工平臺以滿足陸地鉆孔要求。

        3-1區(qū)開挖部位均在水面以上,故采用陸地鉆爆、水下出渣方式作業(yè)。根據(jù)施工區(qū)塊劃分,待1區(qū)水面以下巖坎鉆爆出渣完成后,首先對3-1區(qū)進行施工。3-1區(qū)施工主要采用松動爆破,陸上鉆爆作業(yè)采用CM-351潛孔鉆機鉆孔徑115 mm孔,為防止塌孔,爆破孔內(nèi)下高強度PVC套管,PVC套管內(nèi)徑為Φ100 mm。爆破后水面以上巖渣由反鏟挖裝到自卸汽車運至渣場,水下部分石渣由作業(yè)船上抓斗抓運至短駁船,滿載后運至岸邊(及284 m作業(yè)平臺)由液壓反鏟挖裝到自卸汽車,通過道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。

        3-2區(qū)內(nèi)開挖部位均在水面以上,根據(jù)施工區(qū)塊劃分,待3-1區(qū)施工完成后,對3-2區(qū)進行施工,3-2區(qū)主要采用深孔爆破,周邊預(yù)裂爆破。陸上鉆爆作業(yè)采用CM-351潛孔鉆機鉆孔徑115 mm孔,區(qū)塊東西兩側(cè)鉆傾斜預(yù)裂孔,由導(dǎo)爆管連接非電毫秒雷管微差起爆。爆破后水面以上巖渣由反鏟挖裝到自卸汽車運至渣場。

        水面以下巖渣由配備在作業(yè)船上的1.0 m3抓斗抓運至15t短駁船,滿載后運至岸邊(及284 m作業(yè)平臺)由陸上挖掘機挖裝到自卸汽車,通過臨時施工道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。抓斗實際生產(chǎn)能力為200~300 m3/d。

        2 爆破設(shè)計

        2.1 第四系覆蓋層松動爆破

        2.1.1 布孔形式及孔深、孔徑

        由于開挖最大深度8m,鉆孔機械的鉆孔能力完全能達到一次鉆到設(shè)計開挖平面的要求,對于高出水面的陸上鉆孔作業(yè)部分,采用一次鉆孔到底,避免水下鉆孔二次爆破作業(yè),選用的孔徑D=115 mm,裝Φ90 mm乳化炸藥,采用矩型布孔方式。

        2.1.2 炸藥單耗

        爆破施工主要是為了松動水下部分致密的第四系覆蓋層,因此炸藥單耗擬選用0.4 kg/m3。

        2.1.3 孔網(wǎng)參數(shù)

        選取孔距a=2.5 m、排距b=2 m,在實際施工中要根據(jù)試爆情況進行孔排距修正。

        2.1.4 單孔裝藥量Q

        鉆孔爆破的每孔裝藥量可按體積公式計算Q=q×a×b×L

        式中:Q為炮孔計算裝藥量,kg;q為水下鉆爆單耗值,kg/m3;a為孔距,m;b為排距,m;H為設(shè)計開挖深度,2.6~8 m。

        q值擬選0.4 kg/m3,經(jīng)計算Q=5.2~16 kg。

        2.2 陸地爆破參數(shù)

        主要針對294.8~284 m高程之間的石方作業(yè),鉆爆及出渣作業(yè)均在陸上完成,采用垂直深孔爆破。

        爆破參數(shù):

        孔徑:φ=90 mm

        超深:h=0.5 m

        孔深:L=6.5 m

        鉆孔傾角:90度

        最小抵抗線:W=1 m

        孔距:a=1.5 m

        排距:b=1 m

        單孔裝藥量:Q= q×a×b×H=3.6 kg

        單耗藥量:q=0.4 kg/m3

        堵塞長度:Lc=0.5 m

        布孔型式:梅花形布孔

        裝藥結(jié)構(gòu):連續(xù)裝藥

        當局部開挖段厚度小于5 m時,采用淺孔爆破,根據(jù)本工程實際情況初步確定淺孔爆破的爆破參數(shù):

        單耗:q=0.4 kg/m3

        開挖高度:H=1~4 m

        前排抵抗線:W=0.8~1.4 m

        鉆孔直徑:Φ=42 mm

        孔距:a=1.2 W(m)

        排距:b=W=1 m

        超鉆深度:h1=0.1~0.5 m

        鉆孔深度:L=H+h1(m)

        堵塞長度:0.5 m

        每孔裝藥量:Q=qabH(kg)

        其數(shù)值如下:

        表1 淺孔爆破參數(shù)參考表

        圖2 孔內(nèi)孔間微差起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

        2.3 水下石方爆破參數(shù)

        2.3.1 布孔形式及孔徑

        主爆區(qū)基巖布豎直孔,為便于施工采用矩形布孔,垂直鉆孔,選用孔徑D=115 mm,裝Φ90 mm乳化炸藥。

        2.3.2 孔網(wǎng)參數(shù)

        孔距a:a=1.5 m;抵抗線W:W=1 m;排距b:b=1 m;

        2.3.3 鉆孔深度L和超鉆深度h0

        鉆孔深度L由炮孔所在位置至開挖底部的高度來確定,為確保水下不留根底,鉆孔需一定超深,取h0=1.85 m。

        2.3.4 炸藥單耗

        爆破完成后巖渣大部位于水面以下,只能采用水面出渣,施工難度大,為確保后續(xù)出渣效率,應(yīng)盡可能降低巖渣大塊率,此處取q=0.5 kg/m3。

        2.3.5 堵塞長度

        豎直孔堵塞0.6 m。

        2.3.6 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

        炮孔采用連續(xù)裝藥,裝藥前對每個炮孔裝藥量再次進行安全校核,若爆破振動速度超過控制標準,采用爆破施工時采用孔內(nèi)微差的方法,如孔內(nèi)分兩段,大段位在上,小段位在下;如分三段,小段位在中間,大段位在上,藥包段位差100 ms,藥包之間用粗砂間隔,間隔長度10 d(d——藥卷直徑)。

        2.3.7 單孔裝藥量Q

        鉆孔爆破的每孔裝藥量可按體積公式計算Q=q×a×b×L

        式中:Q為炮孔計算裝藥量,kg;q為水下鉆爆單耗值,kg/m3;a為孔距,m;b為排距,m;H為設(shè)計開挖深度,8 m。

        q值擬選0.5 kg/m3,經(jīng)計算最大裝藥量Q=6 kg。

        2.4 預(yù)裂爆破

        2.4.1 布孔形式及孔徑

        預(yù)裂孔孔徑取Φ90 mm,70 mm藥卷;按設(shè)計坡比進行鉆孔。

        2.4.2 炸藥單耗

        根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗,預(yù)裂孔線裝藥密度Qx取0.4 kg/m。

        2.4.3 孔網(wǎng)參數(shù)

        孔距a:a=(7~12)D,a取1 m。

        2.4.4 孔深和堵塞長度

        預(yù)裂孔最大孔深11.3 m,預(yù)裂孔爆破時堵塞1.0~1.5 m。

        2.4.5 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

        渠道兩側(cè)邊坡預(yù)裂孔底部1m連續(xù)裝藥,其余采用間斷不耦合裝藥。單孔裝藥量Q=LQx,單孔最大裝藥量4 kg。

        2.5 起爆網(wǎng)絡(luò)

        根據(jù)各部位最大允許起爆藥量要求,在距離帷幕灌漿較近時采用孔間、孔內(nèi)微差的方式進行,即以毫秒級時差順序起爆各個藥包,把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量,采取合理的裝藥結(jié)構(gòu),最佳的微差間隔時間和起爆順序,為每個藥包創(chuàng)造多面臨空條件,將最大大量藥包產(chǎn)生的地震波變成一長串小幅值的地震波,同時各藥包產(chǎn)生的地震波相互干涉,從而降低地震效應(yīng),把爆破振動控制在允許值以下。這樣通過合理的搭配導(dǎo)爆管一次爆破總的炸藥量可以提高,而由爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)卻很小。本工程孔內(nèi)微差間隔為100 ms,孔外延時間隔為42 ms。根據(jù)建筑物的自振周期確定最終微差時間。

        3 結(jié)語

        該進水口工程引水渠開挖前,制定了詳細的分層分區(qū)開挖方案,并針對不同分區(qū)的地質(zhì)情況采用垂直深孔爆破、預(yù)裂爆破、水下鉆孔爆破,必要時輔以淺孔爆破等多種爆破技術(shù)的相結(jié)合,合理規(guī)劃出渣路線布置從而保證棄渣的順利,嚴格按照既定的安全控制措施進行開挖施工,保證了施工的安全,施工工藝可靠安全,值得類似工程參考借鑒。

        [1]GB6722-2011.爆破安全規(guī)程[S].

        [2]DL/T 5135-2001.水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范[S].

        [3]薛天野,孟祥翠, 宮運 .水下爆破技術(shù)在巖坎開挖施工中的應(yīng)用[J].水利水電施工.2011, (4): 20-22.

        2016-10-31

        付斌(1988-),男,遼寧沈陽人,助理工程師,主要從事水利工程施工方面工作。

        TV554+.1

        B

        1004-1184(2017)01-0114-03

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