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硐室加预裂一次爆破成型技术

2013-08-05 责任编辑:朱亮亮

 
 

完成时间:2002

工程地点:贵新高速公路白岩立交联络线

完成单位:贵州省公路工程总公司、中国铁道第三集团公司

项目主持人及参加人员:张林、肖以杰、刘宏刚、杨庭林、吴承辉

撰稿人:肖以杰

 

在石方路堑施工中,采用硐室加预裂一次爆破成型综合爆破技术,能有效地改善主体石方爆破效果,降低工程成本,解决以往硐室爆破难以解决的边坡稳定和边坡质量问题,同时达到不清底、不刷坡、一次成型的目的。本工程提供的设计方法和施工工艺,具有推广应用的价值。

在公路、铁路石方路堑施工中,首先要解决主体石方的爆破效果和边坡质量问题。硐室加预裂一次成型综合爆破技术是解决上述问题的重要手段和方法。

 

1   工程概况

贵新高速公路白岩立交联络线K4+060K4+240段全长180m,石方开挖量34m3,上边坡开挖面积约为2835m2,下边坡开挖较低且高低不等,最大挖深小于6.0m,边坡处理较为容易。中段属于傍山开挖,开挖宽度14.0m,中心开挖最大深度94m。开挖岩石为白云质灰岩,表面岩石较完整坚硬,地表覆盖层厚0104m,植被较茂盛。该段周围环境较为复杂,路线左侧50m处有8000V高压线平行通过,左前方60m处有民房,低于开挖面约10m,右前方lOOm处有民房小楼数座,高于开挖面16m

 

2   爆破设计方案

21设计原则

211  选择硐室加预裂一次爆破成型的施工方案

该工程属于浅路堑傍山开挖,一般可采用深孔爆破和硐室爆破两种方式。采用深孔爆破具有边坡稳定性好、破碎块度较小的优点,但施工准备工作量较大,成本较高。采用硐室爆破具有施工简单、工期短且成本较低的特点,但大块较多,同时易损坏边坡,边坡稳定性较差。为了改善爆破效果,保证边坡质量,决定采用硐室加预裂一次爆破成型综合爆破技术进行路堑石方施工。

212采用深孔爆破技术作为辅助爆破

由于地面坡度较陡,上下边坡高差较大,下边坡挖深一般小于6m,且边坡外岩体较薄,保留和处理边坡困难较大,故采用深孔处理,由于药室埋置深度较大,WH<06,且岩体为整体性好的白云质灰岩,爆破易产生大块,为了改善爆破效果,降低大块率,设计时在药室顶部增加一部分深孔。

213  主药包的装药形式

主药包对预裂爆破的影响是本次爆破设计的关键,为了保证药包爆破后不损坏预裂面,并能取得良好的爆破效果,设计采用了分集装药结构。

214起爆网路采用毫秒延时接力网路

起爆是成败的关键,必须按设计顺序时间保证网路安全准爆,预裂爆破采用导爆索网路,且先于深孔、硐室起爆。

综合应用预裂、深孔和硐室进行路堑石方工程一次爆破成型施工,是当前石方路堑施工的一项新技术,本次爆破研究和应用成功,为工程爆破技术的运用开辟了新途径。

 

22爆破参数的选择

221预裂爆破参数确定

预裂爆破采用QZ-100型钻机钻孔,钻孔直径D=100mm,根据地质构造和岩石性质,

取孔距a=10m(见表1)

222硐室爆破参数确定

硐室爆破是本段主体石方施工的主要方法,按所测实际断面进行药包综合布置,最小抵抗线72109m,故竖井间距按10m布设,硐室爆破参数见表2

223深孔爆破参数确定

由于本工程深孔作辅助爆破作业,只在硐室不能完成的爆破部位进行,下边坡深孔必须一钻到底,上边坡依据硐室药包埋置深度及最小抵抗线确定,具体依实际地形而定,总原则按表1实施。

224  药量计算

(1)预裂爆破的线装药密度的选择。预裂爆破线装药密度是预裂爆破成败的关键,合理的线装药密度不仅能保证预裂缝的贯通,而且可以形成平整光滑的预裂面。药量太大,将损坏预裂面,药量太小,则无法使预裂面贯通,造成预裂爆破失败。

不同深度预裂孔装药情况见表3

(2)硐室药包计算。采用公式:

Q = Kƒ(nW3

式中 K——单位用药量,取K=15kgm3

n——爆破作用指数,取,n =05,ƒ(n=(04+06 n3)

W——硐室药包最小抵抗线,m

(3)深孔爆破药量计算:

前排                       Q=9·a·W1·H

Q=K·q·a·b·H

式中 Q——单孔装药量,kg

q——炸药单耗,kgm3

W1ab——符号意义同表1

H——台阶高度,m

K——阻力作用增加系数,一般取1.11.2,本工地取1.1

225预裂加硐室一次爆破成型的相关参数选取

(1)硐室药包中心到预裂面距离W的确定。硐室加预裂一次爆破成型技术的关键参数是两者之间的水平距离W的确定。W太大,则硐室爆破后对预裂孔前面岩石破碎效果差,不仅无法挖装,且处理困难,还需小炮处理,无法实现一次成型目的。W大小,则硐室爆破将从预裂缝冲出,损坏预裂面岩体,导致边坡不稳定。W的取值目前暂按经验法选定,待试验后再确定最后数值。

本次试验采用:

W= (225)Ry

   Ry =(03204)W

式中 Ry——压缩半径;

W——硐室药包的最小抵抗线,大抵抗线取小值。

(2)硐室药包埋置深度的确定。为了保证硐室加预裂一次爆破成型的实现,还必须考虑药包埋置深度,以保证爆破后路基面不留根坎。试验将药包放置在开挖面上。

 

3   爆破的实施

在完成设计的基础上,硐室加预裂一次爆破成型综合爆破技术实施全面开展。实施分两个阶段:一是试验爆破;二是整体爆破。试验药包横断面如图1所示。

31爆破试验

爆破试验是硐室加预裂一次爆破成型综合爆破技术实施的关键步骤,是确定设计参数的重要手段,它不仅可以验证总体设计成果的好坏,而且为硐室加预裂一次爆破成型综合爆破技术实施提供修正参数的科学依据。

311试验炮情况简介

试验炮选择1号药室及其相关的23个预裂孔,预裂孔孔深176208m,药包最小抵抗线11m

312试验方法

第一步进行预裂爆破,硐室内不装药,爆破后检查硐室壁面是否出现裂纹、塌方、击穿等现象。经进硐内检查,药室左侧靖头因石质较软有零星垮塌石块,右侧无垮塌现象,后壁有细小裂纹。这说明预裂爆破对硐室没有影响,边坡顶部预裂边坡后部岩体无拉伸裂纹,预裂缝较明显,其中有一处宽达20cm的裂缝,且用手电照射看到已经形成光滑预裂面,残孔完整。K4+222K4+247已经裂开形成预裂缝。

第二步按硐室设计装药量进行硐室爆破,爆破后预裂壁上部部分孔面出露,岩石下落1Om左右,预裂面前出现1Om左右裂缝,顶部有较大岩块产生。

第三步挖装清渣,预裂面平整壁面岩石没有扰动,预裂孔半孔率达100%,预裂孔无裂纹,效果很好。

313试验爆破小结

通过对试验爆破的宏观检查,证明了爆破设计参数基本合理,但因上边坡挖深较大,硐室药包埋置太深,WH<06,顶部大块较多,因此决定在硐室顶部,根据不同药室,不同抵抗线,不同埋深增加一些破碎深孔,以降低大块率,改善爆破破碎效果,同时根据硐室实际情况,Kƒ(n)取值0607kgm3

通过参数调整,进行硐室加预裂一次爆破成型爆破施工的实施。

 

32实际爆破情况

硐室加预裂爆破一次完成,共钻孔161个,钻孔总延米22144m,开挖边2500m2,总方量31106m3

 

33硐室加预裂一次爆破成型综合技术效果分析

331爆破效果

(1)贵新高速公路白岩立交路线K4+060K4+240段石方路堑爆破,采用硐室加预裂一次爆破成型综合技术,获得成功,达到了边坡和路基一次成型的目的;

(2)合理应用深孔加硐室爆破技术进行主体石方爆破,有效地降低了大块率,该大块率小于5%,加快了挖运施工速度;

(3)减少爆破次数,一次试验爆破和一次整体爆破,完成了试验段的工程任务,增加了爆破安全性;

(4)采用毫秒延时起爆网路,有效地控制了起爆时间和起爆顺序,做到了安全准爆。

332爆破成果

(1)由于选择了合理的孔网参数(预裂爆破参数、硐室爆破参数、硐室加预裂相关参数),确保了一次爆破成型的完成,在开挖过程中,一次挖运成功,没有进行清底和刷坡;   

(2)用硐室加深孔综合爆破技术,改善了硐室爆破效果,降低了大块率,加快了清运:

(3)完成了课题研究任务,通过爆破设计和施工,达到一次成型的目标,边坡质量符合稳定、平整、光滑、美观的要求;

(4)预裂面半孔率达96%以上,孔壁无裂纹;

(5)积累了在溶岩地区硐室石方爆破的经验,以及有关溶洞对爆破影响及对策方面的资料,为发展复杂地质条件下的爆破技术创造了有利条件。

摘自《中国典型爆破工程与技术》