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        城市軌交隧道豎井快速爆破技術(shù)的應(yīng)用研究

        2020-07-07 06:07:26
        山東煤炭科技 2020年6期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)爆管裝藥量網(wǎng)路

        田 磊

        (江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司,江蘇 徐州 221000)

        隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展,土地的開(kāi)發(fā)已由地表逐漸轉(zhuǎn)向地下。在巖石層較淺城市地鐵建設(shè)施工中都會(huì)遇到巖石爆破,為了加快隧道貫通,通常在預(yù)設(shè)地鐵站之間加設(shè)施工用豎井來(lái)完成隧道雙向掘進(jìn)施工。本文通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)展豎井控制爆破施工技術(shù)研究,制定中心區(qū)域預(yù)處理微差爆破優(yōu)化方案。

        1 工程概況

        徐州市軌道交通2 號(hào)線(xiàn)一期工程中心醫(yī)院站~淮塔東路站區(qū)間, 起止里程右K10+834.237~K11+729.773,區(qū) 間 長(zhǎng) 約896m。在右K11+392 設(shè)置一座臨時(shí)施工豎井,豎井內(nèi)徑6m×8m,深36.8m。

        豎井位于解放南路奎山公園東南部,與淮塔烈士陵園北門(mén)斜相望約110m,其間的解放南路位于兩景區(qū)之間,距豎井口約60m,車(chē)流量、人流量較大。井口東側(cè)與在建的別墅區(qū)相距約40m、圍墻30m,井口北側(cè)、西側(cè)為奎山公園空曠地帶,整體爆破環(huán)境較為復(fù)雜。周?chē)h(huán)境見(jiàn)圖1。

        圖1 豎井周?chē)h(huán)境圖

        根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示:豎井從上至下依次為雜填土(2m)、黏土(6.5m)、中風(fēng)化灰?guī)r(28.5m)。中心醫(yī)院站~淮塔東路站區(qū)間主要涉及⑿1-3、⑿4-3 中風(fēng)化灰?guī)r。區(qū)域巖體總體強(qiáng)度較高,等級(jí)Ⅲ~Ⅳ級(jí)。地質(zhì)條件情況見(jiàn)表1。

        表1 豎井地質(zhì)條件情況

        2 爆破方案選擇及其機(jī)理

        目前行業(yè)內(nèi)井巷(含豎井)掘進(jìn)一般是用炮孔深度小于5m、炮孔直徑小于50mm 的淺孔爆破,其爆破作業(yè)最大的特點(diǎn)是只有一個(gè)自由面,因此炮孔深度受到一定限制。由于巖石夾制作用限制,每次爆破炮孔利用率較低,而且爆破產(chǎn)生裂縫對(duì)下一工作面鉆孔和爆破作業(yè)施工帶來(lái)不安全因素。

        本項(xiàng)目采取中心區(qū)域預(yù)處理微差爆破法。其原理是在爆破作業(yè)工作面中心鉆一空孔,空孔直徑Φ105mm,深度1.2m,中心1m2區(qū)域布置4 個(gè)Φ40mm 炮孔,深度1.5m。對(duì)這4 個(gè)炮孔裝藥預(yù)先爆破、清理爆破石方,形成臺(tái)階爆破需要的自由面,同時(shí)對(duì)剩余工作面區(qū)域進(jìn)行鉆孔,采用毫秒延期雷管微差起爆逐排爆破方法,最終取得較低的爆破危害效應(yīng)和較好的炮孔利用率。

        在中心區(qū)域4 個(gè)炮孔裝藥爆破時(shí),預(yù)先在炮孔底部鋪設(shè)10cm 空氣墊,對(duì)空氣沖擊波起阻滯作用,降低爆炸對(duì)孔底下部巖石的破壞作用。

        3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

        擬選用淺孔弱松動(dòng)控制爆破方法,同時(shí)加強(qiáng)炮孔覆蓋防護(hù)。主要鉆爆參數(shù)有孔徑、孔間距、緩沖長(zhǎng)度、超深等。

        3.1 鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

        在井巷掘進(jìn)爆破工作面上的炮孔,中間部位的炮孔稱(chēng)為掏槽孔。由于Ⅲ-Ⅳ級(jí)圍巖整體性較好,選取分層爆破臺(tái)階1.2m,孔距1m,排距1m。布孔共7 排,每排9 個(gè)孔,每作業(yè)面上共計(jì)63 孔。圖中,中間5 個(gè)孔為預(yù)處理炮孔,包括1 個(gè)中心空孔及4 個(gè)楔形孔。5 個(gè)掏槽孔除中心孔垂直鉆孔外,其周邊4 個(gè)孔向中心方向傾斜,傾斜角度為80 度。為不損傷圍巖和護(hù)壁,周邊孔多用垂直孔[1],所以其余58 個(gè)孔均為垂直鉆孔,超深10cm。布孔示意圖和預(yù)處理炮孔斷面圖分別見(jiàn)圖2 和圖3。

        3.2 單孔裝藥量的確定

        每孔裝藥量按下式計(jì)算:

        式中:

        q-單位炸藥消耗量,與深孔臺(tái)階爆破單位炸藥消耗量相比,淺孔臺(tái)階爆破的炸藥單耗值應(yīng)大些,巖石堅(jiān)固性系數(shù)f 為6~8 時(shí),q=0.65~0.73kg/m3;

        a-孔距,m;

        H-臺(tái)階高度,m;

        W-最小抵抗線(xiàn),m。

        其中, 中心區(qū)域掏槽孔: 單孔裝藥量Q1=0.53kg。

        輔助孔:?jiǎn)慰籽b藥量Q2=0.43kg。

        周邊孔:為了降低周邊孔對(duì)井壁的擾動(dòng),裝藥量按照輔助孔的0.8 倍計(jì)算,單孔裝藥量Q3=0.8×Q2=0.34kg。

        圖2 豎井爆破作業(yè)布孔圖(單位:cm)

        圖3 豎井開(kāi)挖單層臺(tái)階高度及預(yù)處理炮孔斷面圖(cm)

        3.3 起爆網(wǎng)路的設(shè)計(jì)和原理

        豎井掘進(jìn)爆破,多采用電雷管起爆網(wǎng)路和導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路。

        在電雷管起爆網(wǎng)路中,串聯(lián)網(wǎng)路由于工作條件差易發(fā)生拒爆現(xiàn)象,在豎井掘進(jìn)中極少采用。在并聯(lián)網(wǎng)路中,隨著雷管并聯(lián)組數(shù)目的增加,起爆電流也增大,必須采用高能量起爆電源。

        導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路多采用接力式簇聯(lián)網(wǎng)路,即用一發(fā)或兩發(fā)電雷管,也可用電激發(fā)針激發(fā)一發(fā)或兩發(fā)導(dǎo)爆管雷管引爆若干發(fā)捆綁孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管。由于導(dǎo)爆管雷管具有良好的抗雜散電流性能,因此在捆綁連線(xiàn)工作時(shí),可以同步進(jìn)行吊放爬梯和覆蓋防護(hù)用炮被,有利于提高施工速度。

        綜合考慮選用導(dǎo)爆管雷管微差起爆網(wǎng)路,具體為同一圈炮孔內(nèi)每4 ~5 個(gè)連續(xù)炮孔依次裝填MS1段、MS3 段、MS5 段、MS7 段導(dǎo)爆管雷管,每10個(gè)孔內(nèi)雷管使用兩發(fā)導(dǎo)爆管雷管綁扎,最后用高能脈沖起爆器激發(fā)起爆針起爆。

        3.4 爆破有害效應(yīng)控制優(yōu)化

        本工程中爆破容易產(chǎn)生的危害效應(yīng)包括爆破振動(dòng)、爆破空氣沖擊波及噪聲、爆破個(gè)別飛散物和爆破粉塵等。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中的規(guī)定,對(duì)爆破振動(dòng)、爆破飛石等爆破危害進(jìn)行安全校核、優(yōu)化設(shè)計(jì),盡可能減少爆破危害效應(yīng)[2]。

        3.4.1 爆破振動(dòng)的控制

        根據(jù)《爆破安全規(guī)程》推薦采用爆破振動(dòng)的計(jì)算公式:

        式中:

        v-地面質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度,cm/s;

        Q-炸藥量(齊爆時(shí)為總裝藥量,延遲爆破時(shí)為最大一段裝藥量),kg;

        R-觀測(cè)(計(jì)算)點(diǎn)到爆源的距離,m;

        K、α-與爆破點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù),根據(jù)本工程的實(shí)際情況,中等堅(jiān)硬巖石K取值200,α取1.6。

        根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn),本項(xiàng)目振動(dòng)速度控制值為2.5cm/s,本項(xiàng)目最近需保護(hù)建筑物距離爆源中心30m。由上述已知參數(shù),通過(guò)振動(dòng)速度計(jì)算公式可推算出一次爆破最大用藥量,即:

        由計(jì)算結(jié)果可知,一次齊爆允許最大裝藥量為7.30kg。而設(shè)計(jì)每段延期炮孔最多5 個(gè),單孔裝藥量0.43kg,總裝藥量為2.15kg,僅為允許最大裝藥量的29%,爆破振動(dòng)速度遠(yuǎn)小于安全規(guī)程控制值。

        實(shí)測(cè)顯示,采用毫秒延期微差爆破,限制一次爆破的最大起爆藥量,是降低爆破振動(dòng)效應(yīng)的有效手段。

        3.4.2 爆破空氣沖擊波及噪聲的控制

        炸藥在巖石中爆炸,高溫高壓的爆炸產(chǎn)物就從巖石破裂瞬間沖入周?chē)諝庵校瑥?qiáng)烈地壓縮臨近的空氣,使其壓力、密度、溫度突然升高,形成空氣沖擊波[3]。除產(chǎn)生空氣沖擊波外,還會(huì)發(fā)出聲響形成噪聲。本項(xiàng)目采取防護(hù)措施如下:

        (1)采用毫秒延期技術(shù),來(lái)削弱空氣沖擊波的強(qiáng)度,降低爆破噪聲的初始能量。

        (2)避免在地面敷設(shè)雷管等爆炸物,將裸露地面的雷管用沙、土掩蓋。

        (3)加強(qiáng)孔口填塞質(zhì)量和炮被覆蓋措施。

        (4)采用水封爆破。爆破時(shí)在覆蓋物上再放置水袋。

        3.4.3 爆破個(gè)別飛散物的控制

        爆破時(shí),個(gè)別飛石的飛散距離受地形、風(fēng)向和風(fēng)力、堵塞質(zhì)量、爆破參數(shù)等的影響,一般按如下公式計(jì)算:

        式中:

        Rf-爆破飛石的安全距離,m;

        n-爆破作用指數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破n=1.0,加強(qiáng)拋擲爆破n>1.0,減弱拋擲爆破或加強(qiáng)松動(dòng)爆破1>n>0.75,松動(dòng)爆破n≤0.75),本工程n取0.75;

        W-最小抵抗線(xiàn),本工程為1.0m;

        Kf-安全系數(shù),一般為1~1.5。

        經(jīng)計(jì)算Rf=20×1×0.752×1=11.25m。從計(jì)算結(jié)果可以看出,個(gè)別飛石影響較小,但考慮到地處鬧市區(qū)域和巖石存在斷層情況,本項(xiàng)目實(shí)際采取的措施有:

        (1)適當(dāng)調(diào)整裝藥位置,通過(guò)間隔裝藥用炮泥填塞軟弱層防止弱面形成飛石。

        (2)裝藥前有水孔采用高風(fēng)壓吹水,防止炸藥上浮,造成填塞長(zhǎng)度過(guò)小,導(dǎo)致沖炮產(chǎn)生飛石。

        (3)采用強(qiáng)度高、質(zhì)量大、韌性好的橡膠炮被,交叉放置將爆區(qū)覆蓋嚴(yán)密。

        4 應(yīng)用效果

        每次爆破后,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)清運(yùn)碎石整理,實(shí)際測(cè)量爆破深度,除少數(shù)臺(tái)階爆破深度小于1m 外,炮孔利用率基本達(dá)到85%以上,已完全達(dá)到預(yù)期爆破效果。每次爆破測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

        從測(cè)得的爆破深度數(shù)據(jù)可以看出,每次爆破開(kāi)挖炮孔利用率接近80%,前三次主要由于表層巖石風(fēng)化程度高,節(jié)理發(fā)育所致。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        工程施工技術(shù)直接影響工程的質(zhì)量和進(jìn)度,選擇工期短、投資少、安全可靠、綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)、施工方案具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本工程采用中心空孔及預(yù)處理措施,形成新的爆破自由面,減少待爆巖石的夾制作用,使炮孔的利用率提高,縮短了施工周期,實(shí)現(xiàn)了降噪降振。此種爆破技術(shù)在城市中心類(lèi)似工程爆破對(duì)提高工程進(jìn)度和施工安全具有參考借鑒意義。

        表2 爆破深度監(jiān)測(cè)結(jié)果

        炮孔利用率9 1.02 1.30 78.5%10 1.02 1.30 78.5%11 1.03 1.30 79.2%12 1.02 1.30 78.5%13 1.04 1.30 80.0%14 1.03 1.30 79.2%序號(hào) 單次臺(tái)階爆后開(kāi)挖深度/m炮孔深度/m

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