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        臨近化學(xué)品聚集區(qū)淺埋隧道爆破控制與安全防護(hù)技術(shù)研究

        2018-05-22 08:11:40
        西部探礦工程 2018年5期
        關(guān)鍵詞:儲(chǔ)存罐飛石化工廠

        程 鋒

        (中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司,陜西渭南714000)

        1 概述

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,基礎(chǔ)建設(shè)的步伐也得到了大力發(fā)展。同時(shí),也涌現(xiàn)出了許多長(zhǎng)大隧道穿越山區(qū)城鎮(zhèn)的建設(shè)項(xiàng)目。為確保山區(qū)城鎮(zhèn)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的萬(wàn)無(wú)一失,隧道的爆破施工面臨著多項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn),為此,國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者早已開始從事這方面的研究。對(duì)于微差爆破李宏男等[1]通過理論研究及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得出了減震效果最好的間隔時(shí)間。爆破飛石主要體現(xiàn)在對(duì)既有建(構(gòu))筑物損壞、人員傷亡和機(jī)械設(shè)備損毀等方面[2]。當(dāng)山區(qū)城鎮(zhèn)隧道穿越化工廠等易燃易爆區(qū)域,明挖爆破產(chǎn)生的飛石和沖擊波將嚴(yán)重威脅著對(duì)化工廠人員和設(shè)備的安全,防明火、防震、防爆等要求將是必不可少。因此,本文以理論計(jì)算為基礎(chǔ),并結(jié)合實(shí)際工程采取將露天爆破改為隧道上臺(tái)階增設(shè)套拱封閉,再進(jìn)行下臺(tái)階爆破作業(yè),有效地防止了爆破飛石,減弱爆破噪音和沖擊波以及爆破振動(dòng)的影響。這些研究保證了本次工程安全順利完成,也為今后類似工程有著重要的借鑒意義。

        2 工程概況與方案

        2.1 工程概況

        新建某鐵路隧道工程,全長(zhǎng)728m,其中Ⅲ級(jí)圍巖335m,Ⅳ級(jí)圍巖265m,Ⅴ級(jí)圍巖66m,明洞62m。隧道DK95+156~DK95+308段從某化工有限公司左側(cè)邊緣穿過。其中,DK95+156~DK95+197段和DK95+287~DK95+308段地面低于隧道拱頂采用明挖法施工,DK95+197~DK95+287段采用暗挖法施工。DK95+193處隧道線路右線與該廠氧氟沙星生產(chǎn)車間最近距離為16.95m,該車間是制藥中間車間有大量的制藥設(shè)備、儀器、蒸汽管道、地下管線和小型易燃易爆儲(chǔ)存罐。DK15+288處化工廠一側(cè)有11個(gè)大型甲醇、甲苯、丙酮、硫酸、亞鹽酸等化工原料儲(chǔ)存罐和3個(gè)小型儲(chǔ)存罐。

        2.2 特點(diǎn)與總體方案

        2.2.1 工程特點(diǎn)

        施工爆破點(diǎn)距離化工廠非常近,明挖爆破產(chǎn)生的飛石和沖擊波對(duì)化工廠生產(chǎn)影響較大,化工廠氧氟沙星車間晝夜生產(chǎn)要求防明火、防震,化工原料儲(chǔ)存罐要求防震、防爆。因此,對(duì)本段爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)、飛石、沖擊波的控制提出了很高的要求。

        2.2.2 總體方案

        根據(jù)施工環(huán)境特點(diǎn),明挖段采取將露天爆破改為隧道上臺(tái)階增設(shè)套拱封閉,再進(jìn)行下臺(tái)階爆破作業(yè),以有效地防止爆破飛石,減弱爆破噪音和沖擊波;爆破作業(yè)采取控制爆破,通過控制單響炸藥量以有效控制爆破振動(dòng)。

        3 控制爆破設(shè)計(jì)

        3.1 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度(V)確定

        保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度(V)是爆破振動(dòng)的主要判據(jù)。對(duì)于浙江正明化工有限公司氧氟沙星高危生產(chǎn)場(chǎng)所和甲醇、丙酮等儲(chǔ)存罐區(qū),質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度在《爆破安全規(guī)程》中無(wú)明確規(guī)定。若確定的速度值偏高,單響炸藥量偏大,爆破振動(dòng)對(duì)氧氟沙星生產(chǎn)場(chǎng)所和甲醇、丙酮等儲(chǔ)存罐區(qū)造成危害,后果將不堪設(shè)想;若確定的速度值偏低,假設(shè)按發(fā)電廠控制室設(shè)備V=0.5cm/s,單響炸藥量過小,爆破施工將很難進(jìn)行。經(jīng)過征詢浙江省爆破協(xié)會(huì)有關(guān)專家,并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn),提出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度按1.5cm/s進(jìn)行控制。

        3.2 爆破允許藥量計(jì)算

        依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2011)[3]中的相關(guān)規(guī)定,爆破允許藥量按下式(1)計(jì)算。

        式中:Q——炸藥量,齊發(fā)爆破為總藥量,延時(shí)爆破為最大一段藥量,kg;

        R——爆破振動(dòng)安全允許距離,m;

        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,在此取V=1.5cm/s;

        K、α——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形,地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù),本工程地質(zhì)為Ⅲ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖,屬于中硬巖和軟巖,在此取K=250,a=1.8。

        代入上式(1)計(jì)算成果見表1。

        3.3 爆破飛石和爆破沖擊波安全距離

        表1 允許藥量計(jì)算成果

        通過將露天爆破改為隧道上臺(tái)階增設(shè)套拱封閉后,爆破飛石和爆破沖擊波均被有效控制在隧道內(nèi),不再對(duì)化工廠造成影響。

        4 開挖爆破設(shè)計(jì)與振動(dòng)監(jiān)測(cè)

        4.1 暗洞爆破設(shè)計(jì)

        (1)暗洞部分首先在軌面以上超前2m,開挖一個(gè)寬4.5m,高4.25m的導(dǎo)洞。循環(huán)進(jìn)尺2.0m(按距保護(hù)目標(biāo)35m計(jì)),最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制,炸藥平均單耗1.33kg/m3;若距保護(hù)目標(biāo)小于35m,通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計(jì)[4],以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

        表2 暗洞開挖導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

        (2)導(dǎo)洞開挖后再分兩部依次開挖至設(shè)計(jì)輪廓線。循環(huán)進(jìn)尺2.0m(按距保護(hù)目標(biāo)35m計(jì)),最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制,炸藥平均單耗1.33kg/m3;若距保護(hù)目標(biāo)小于35m,通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深、單孔裝藥量和增加分部開挖以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計(jì),以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

        4.2 明轉(zhuǎn)暗爆破設(shè)計(jì)

        明挖段首先采用機(jī)械挖除隧道上臺(tái)階土方,施工明洞套拱,再分兩臺(tái)階進(jìn)行爆破作業(yè)。由于明挖段距離化工廠很近,每個(gè)臺(tái)階均采取垂直孔掏中槽、水平孔挖馬口的方式進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。循環(huán)進(jìn)尺2.0m(按距保護(hù)目標(biāo)20m計(jì)),最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制,炸藥平均單耗1.33kg/m3,馬口左右兩側(cè)分別起爆。若距保護(hù)目標(biāo)小于20m,通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計(jì),以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計(jì) 參數(shù)見表4。

        表3 暗洞擴(kuò)挖爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

        表4 明拱暗挖爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

        4.3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

        采用TC-4850型爆破振動(dòng)記錄儀,分別于化工原料儲(chǔ)存罐北端設(shè)置1#監(jiān)測(cè)點(diǎn),化工原料儲(chǔ)存罐南端設(shè)置2#監(jiān)測(cè)點(diǎn),氧氟沙星車間門口設(shè)置3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖1。

        圖1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

        經(jīng)過8次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè),實(shí)測(cè)數(shù)值均在爆破設(shè)計(jì)的爆破振動(dòng)安全限值以內(nèi),未對(duì)化工廠產(chǎn)生不利影響。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表5。

        5 結(jié)論

        實(shí)踐證明,本文提出的明轉(zhuǎn)暗的隧道爆破施工完全能夠滿足本項(xiàng)工程的實(shí)際需要,未對(duì)化工廠造成不利影響,具體結(jié)論如下:

        (1)利用控制爆破原理,暗洞采取先開挖導(dǎo)坑后擴(kuò)挖爆破、人為形成臨空面、周邊眼間隔裝藥、分段分次起爆等方法,明洞采取垂直孔掏中槽、水平孔挖馬口、改變臨空面方向、分部開挖的方式,減小了隧道施工對(duì)化工廠的影響,保證了周邊建筑物的安全。

        (2)在化工廠生產(chǎn)車間等安全要求較高的建筑物附近進(jìn)行爆破作業(yè),采用1.5cm/s的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度,嚴(yán)格按單響炸藥量要求進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),有效地控制了爆破振動(dòng),保證了化工廠的安全。

        表5 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄

        (3)本段爆破設(shè)計(jì)確定的爆破振動(dòng)速度為1.5cm/s,實(shí)測(cè)最大爆破振動(dòng)速度為1.278cm/s,符合設(shè)計(jì)要求,化工廠正常生產(chǎn)未受影響。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 李宏男.爆破地震效應(yīng)若干問題的探討[J].爆炸與沖擊,1996.

        [2] 熊炎飛,董正才,等.爆破飛石飛散距離計(jì)算公式淺析[J].工程爆破,2009.

        [3]GB6722-2011爆破安全規(guī)程[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

        [4] 單旭輝,姚孟發(fā).控制性爆破安全施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].南水北調(diào)與水利科技,2007.

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