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        高陡拱壩邊坡采用數(shù)碼雷管全斷面梯級(jí)爆破快速施工技術(shù)綜述

        2021-04-12 02:25:44
        陜西水利 2021年1期
        關(guān)鍵詞:梯段拱壩雷管

        張 鵬

        (新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 833000)

        1 概述

        1.1 拱壩邊坡特性

        工程為新疆進(jìn)入21世紀(jì)修筑的首座200 m級(jí)特高混凝土雙曲拱壩,邊坡最大開挖高度257 m,每隔15 m~20 m設(shè)一層馬道,馬道寬度2 m,邊坡設(shè)計(jì)坡度介于1∶0.5~1∶0.25之間,邊坡支護(hù)以系統(tǒng)錨桿(樁)+掛網(wǎng)+噴混凝土+系統(tǒng)100 t~150 t錨索為主。

        1.2 地址及地形特點(diǎn)

        工程區(qū)為大陸性氣候,具有長冬夏,短春秋的特點(diǎn),壩趾區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育,位于地震Ⅷ度烈度區(qū),壩軸線附近河谷為橫向谷,河谷狹窄,邊坡高陡,河谷寬高比1.26,左右自然坡度均多在65°以上,壩區(qū)巖層呈單斜構(gòu)造,以石炭系巨厚層、厚層、中厚層灰?guī)r為主,巖體表現(xiàn)為鑲嵌結(jié)構(gòu),巖層層面呈波狀起伏,具擠壓錯(cuò)動(dòng)痕跡,局部有泥化現(xiàn)象。

        2 施工總體布置

        水利工程施工總體布置在施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分,主要目的就是對(duì)施工場(chǎng)地制定合理科學(xué)的規(guī)劃,確保整個(gè)工程順利的完工[1]。符合工程現(xiàn)場(chǎng)情況的施工總體布置將對(duì)施工作業(yè)提供極大保障,風(fēng)、水、電及攬機(jī)系統(tǒng)布置見圖1。同時(shí)該工程在壩頂以下壩肩開挖過程中,攬機(jī)系統(tǒng)已具備運(yùn)行條件,為拱肩槽及上下游邊坡全斷面梯段爆破快速施工奠定了基礎(chǔ)。

        圖1 施工布置示意圖

        爆破警報(bào)系統(tǒng)警報(bào)擴(kuò)音設(shè)計(jì)范圍3 km,采取遠(yuǎn)距離遙感播放控制。爆破警報(bào)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)成立的爆破指揮中心負(fù)責(zé)運(yùn)行,并履行提前預(yù)定時(shí)間爆破前書面告知流程。未發(fā)出解除信號(hào)前,崗哨堅(jiān)持崗位,不準(zhǔn)任何人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū),經(jīng)檢查確認(rèn)安全后,方可發(fā)出解除警戒信號(hào)[2]。工程樞紐設(shè)計(jì)布置有2臺(tái)30 t平移式纜機(jī),主要負(fù)責(zé)設(shè)備、材料吊運(yùn)等工作。供卸料平臺(tái)位于左岸,高程947.50 m,寬度18 m,為單向無轉(zhuǎn)車平臺(tái)設(shè)置。30 t纜索跨度640 m,主索最大垂度31.5 m,最大提升高度245 m,工作范圍左右岸方向512 m,上下游方向106 m。

        3 數(shù)碼雷管全斷面梯段爆破施工

        3.1 數(shù)碼雷管的特點(diǎn)及優(yōu)越性

        本工程采用XF型系列數(shù)碼雷管。XF型系列數(shù)碼雷管是一種數(shù)字化、可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置延時(shí)時(shí)間和接受系統(tǒng)管理的高精度延期雷管。XF型系列數(shù)碼雷管采用國內(nèi)首創(chuàng)膜類嵌入式電子專業(yè)橋絲代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬發(fā)火橋絲,可靠性和穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)橋絲,保證了產(chǎn)品質(zhì)量和精度。雷管腳線通過快速接線夾與母線連接,快速接線夾提高了連線的效率,保證了連接的質(zhì)量,具有如下特點(diǎn)及優(yōu)越性。

        (1)延期時(shí)間可以任意設(shè)定且延期精度高

        數(shù)碼雷管延期時(shí)間0~16000 ms,且可任意調(diào)整,延時(shí)精度<500 ms,誤差為±2 ms;500 ms~16000 ms誤差不大于名義延時(shí)的±1%。較常用普通M2~M15段別非電雷管優(yōu)勢(shì)明顯。

        (2)起爆設(shè)備操作簡便

        操作界面簡單,單臺(tái)控制器帶載量為350發(fā)。

        (3)良好的聯(lián)網(wǎng)可檢測(cè)性

        在大型網(wǎng)絡(luò)連接中,傳統(tǒng)雷管無法通過通斷檢測(cè)來判斷每發(fā)雷管連接是否可靠。數(shù)碼雷管可對(duì)聯(lián)網(wǎng)雷管進(jìn)行檢測(cè),獲知網(wǎng)絡(luò)中每一發(fā)雷管的地址、延期時(shí)間值、通訊是否正常等,確??煽科鸨琜3]。

        (4)具有數(shù)碼雷管信息流向跟蹤管控系統(tǒng)

        實(shí)現(xiàn)雷管的完整閉環(huán)管理,彌補(bǔ)了雷管使用環(huán)節(jié)的管理缺失。將傳統(tǒng)的事后追溯的管理模式改變?yōu)槭虑翱刂频墓芾?,是?duì)“現(xiàn)民爆系統(tǒng)”所實(shí)現(xiàn)管理功能的補(bǔ)充和完善。

        (5)具有良好的使用安全性和公共安全性

        數(shù)碼雷管采用傳統(tǒng)的電池、發(fā)爆器以及220 V交直流電不能起爆,只能使用專用起爆器,在規(guī)定的區(qū)域內(nèi),在合法密碼的控制下才能被起爆,即可保證使用過程的安全性,也可有效杜絕非法使用。

        (6)數(shù)碼雷管實(shí)現(xiàn)高精度起爆時(shí)序控制,為精確爆破設(shè)計(jì)、爆破效果控制、爆破機(jī)理與過程模擬研究,提供了新的技術(shù)支持[4]。

        3.2 數(shù)碼雷管全斷面爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

        (1)爆破參數(shù)

        為保證高邊坡在開挖過程中的穩(wěn)定,通常在高邊坡大規(guī)模開挖前先進(jìn)行預(yù)裂爆破[5]。工程上下游邊坡采取20 m梯段一次預(yù)裂成型,10 m梯段分層爆破的施工工藝,爆破安全距離450 m控制。通過現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)及巖石質(zhì)量爆前、爆后檢查,拱壩邊坡全斷面一次梯段爆破型爆破參數(shù)見表1。

        表1 爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        (2)爆破網(wǎng)絡(luò)

        數(shù)碼雷管起爆系統(tǒng)主要由控制器、爆破組網(wǎng)采集器、通訊線、爆破母線及其他設(shè)備通訊線纜組成。工程爆破網(wǎng)絡(luò)采取排間及孔間微差起爆網(wǎng)絡(luò),排間間隔110 ms控制,孔間延時(shí)35 ms控制,典型梯段爆破聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖2。

        注:爆破采用電子雷管,排間延時(shí)110 ms,孔間延時(shí)為35 ms。預(yù)裂孔導(dǎo)爆索間隔不耦合裝藥;主爆及緩沖孔連續(xù)裝藥。

        4 高陡邊坡快速施工工藝及方法

        4.1 深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型技術(shù)

        工程所在區(qū)域非電雷管段別供貨限制,前期僅供應(yīng)常規(guī)M2~M15段別雷管,最大延時(shí)880 ms,為了控制爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度及爆破前后巖石聲波衰減率,最大單響控制聯(lián)網(wǎng)壩肩邊坡及壩基同梯段高程劃分為多個(gè)區(qū)域爆破作業(yè),不利于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化作業(yè)及支護(hù)開挖作業(yè)循壞,施工工效低,施工成本高,施工進(jìn)度難以控制,同時(shí)經(jīng)監(jiān)測(cè)同區(qū)域受多次爆破振動(dòng)影響,巖石聲波衰減率逐漸變大趨勢(shì)明顯。

        采取數(shù)碼雷管后利用強(qiáng)大的延時(shí)功能,優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù),拱壩邊坡及壩基實(shí)現(xiàn)了全斷面梯段預(yù)裂爆破一次成型控制爆破,即拱壩上下游邊坡采取20 m梯段一次預(yù)裂成型,緩沖孔、爆破孔分10 m梯段兩層開挖(見圖3),拱壩壩基上超下欠30 cm控制爆破的施工工藝。實(shí)現(xiàn)了主爆孔單孔單響,有效控制最大單響藥量,降低地震波對(duì)周圍建筑物及巖石質(zhì)量的影響,提高預(yù)裂爆破效果,增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性,減少飛石、噪聲等環(huán)境有害因素,更好的保護(hù)了爆破現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境以及人員安全,同時(shí)為增大了作業(yè)面,利于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化作業(yè)及支護(hù)開挖作業(yè)循壞,提高施工工效,降低施工成本,促進(jìn)了施工進(jìn)度。

        圖3 深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型示意圖

        4.2 登渣循環(huán)滾動(dòng)快速支護(hù)技術(shù)

        工程采取登渣循環(huán)滾動(dòng)快速支護(hù)技術(shù),即通過采用數(shù)碼雷管增大同層作業(yè)區(qū)域,按照4 m~5 m分層控制出渣,邊坡分區(qū)按照流水作業(yè)模式組織,實(shí)現(xiàn)液壓鉆機(jī)登渣鉆孔,邊坡掛網(wǎng)鋼筋支撐點(diǎn)緊隨出渣提前設(shè)置,邊坡錨索登渣利用出渣時(shí)段提前部分成孔穿索,錨索墩頭混凝土采取高強(qiáng)度早強(qiáng)混凝土澆筑的登渣循環(huán)滾動(dòng)作業(yè)方式。每層馬道形成后及時(shí)搭設(shè)腳手架排架,剩余邊坡支護(hù)利用排架實(shí)施,做到邊坡淺層支護(hù)緊隨作業(yè)面不超1個(gè)設(shè)計(jì)梯段,深層支護(hù)不超2個(gè)設(shè)計(jì)梯段,有效提高了邊坡支護(hù)的及時(shí)性。

        5 工程應(yīng)用效果

        本工程拱壩左右岸邊坡及壩基自2019年5月中旬開始,截至2019年12月底,累計(jì)開挖高度140 m,平均開挖指標(biāo)20 m/月,高峰期30 m/月,拱壩壩基及邊坡開挖半孔率平均達(dá)87%,平均平整度12 cm,通過爆破參數(shù)的調(diào)整,建基面巖體質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果顯著提升,同時(shí)形成了高邊坡開挖、淺層支護(hù)、深層支護(hù)三層滾動(dòng)作業(yè)循環(huán)形象,確保了邊坡支護(hù)的及時(shí)性,保障了施工安全、進(jìn)度。

        6 結(jié)語

        在完善的施工總體布置和攬機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下,數(shù)碼雷管的應(yīng)用為工程全斷面梯段爆破和爆破參數(shù)的優(yōu)化提供了有利的技術(shù)保障,結(jié)合深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型技術(shù)和登渣循環(huán)滾動(dòng)快速支護(hù)技術(shù),該工程較好的解決了“鑲嵌結(jié)構(gòu)”高陡邊坡開挖進(jìn)度慢、壩基巖體爆破振動(dòng)控制難和邊坡快速支護(hù)及時(shí)性的問題。

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