位置:中爆网 > 基础理论 > 正文

工程爆破技术与设备的研究与应用

2017-04-18 09:35:38.0 责任编辑:崔玮娜

高菊茹  李  林  涂文轩  刘正雄  张博

(中铁西南科学研究院有限公司,四川成都,611731)

摘要:本文首先介绍了中铁西南院的业务范围,然后介绍了中铁西南院20年来在工程爆破技术发展中所取得的科技成果以及这些成果在工程中的应用情况。

关键词:工程爆破;隧道;设备;应用

 

1引言

中铁西南院是从事隧道及地下工程、桥梁工程、地质灾害防治工程等专业方面的科研、设计、咨询、施工及配套产品开发的高新技术企业,20年来在工程爆破技术与设备研究方面做了大量结合重难点工程的关键技术研究,包括硬岩特长隧道平导钻爆法快速施工技术、炮泥制作设备、铁路隧道散装炸药自动装药技术与设备、石方控制爆破技术及城市区岩石路堑与浅埋隧道安全控爆技术等,并编著出版著作《隧道爆破现代技术》,承办工程爆破学术会议并编辑出版会议论文集等。取得的研究成果对提高工程爆破施工技术水平,保障爆破工程质量与安全,推动爆破技术的发展发挥了重要作用。

2硬岩特长隧道平导钻爆法快速施工技术

西康线秦岭隧道是我国当时修建的最长铁路隧道,它由相距30m的两座单线隧道组成,I线长18459m,首次采用TBM施工,Ⅱ线长18456m,采用钻爆法施工。为了确保工期,探明地质和水文地质条件,为TBM施工提供条件,并为今后特长隧道钻爆法施工提供经验,决定在Ⅱ线中心位置预先用大断面平导(26~30m2)贯通后扩挖成型,因此平导必须采用快速施工。秦岭隧道埋深大(最大埋深1600m);地质情况总体较好,基本为花岗岩、混合片麻岩,其干抗压强度为100~300MPa(除软弱围岩地带);累积出现中等以上的岩爆地段长670m,断层12处,总延长1200m,最大断层为F4,长400m;导坑中部最高岩温35℃,洞内作业温度28℃。针对秦岭隧道Ⅱ线平导埋深大、硬岩、独头掘进里程长和工期紧等特点,中铁西南院等单位共同主持完成了铁道部重点科研项目“秦岭硬岩特长隧道平导钻爆法快速施丁技术(95G48-M)”的研究。

通过研究取得了以下研究成果:(1)轨行式机械配套模式;(2)“四轨三线制”轨道布置形式;(3)坚硬岩爆破参数,(掏糟:五大空孔直眼深孔或四大空孔圆形直眼深孔,大孔直径102mm。钻眼深度:4.5~5.0m。钻眼密度:2.8~3.0个/m2,最小2.54个/m2。炮眼利用率:>90%。炮眼堵塞长度:炮眼深度的10%左右。炸药单耗:3k/m3左右,最小2.6kg/m3。硬岩光爆:孔间距70~80cm,最小抵抗线70~80cm。);(4)硬岩合理掘进速度:大断而(26~30m2)平导每月开挖250m;(5)炮泥机研制;(6)施工管理模式——网络信息化管理模式(NIMM)。1999年10月,研究成果通过了铁道部组织的技术鉴定,整个项目的研究成果达到国内领先水平,其中独头掘进长度和掘进速度达到国际先进水平,,研究成果在秦岭特长隧道Ⅱ线平导以及其后的大量长大单线隧道采用,加快了工程进度,保证了平导快速、安全地建设,产生了显著的经济效益和社会效益。秦岭特长隧道Ⅱ线平导的贯通显示了我国在当时已完全具有采用钻爆法修建长大隧道的能力。研究成果获2002年度中国铁道学会科学技术一等奖。

3炮泥制作设备研制

在铁路隧道钻爆法施工中,普遍存在着炮孔装药后不堵塞炮泥或堵塞其他代用炮泥造成堵塞不足的现象,从而使炸药单耗严重超标,增大爆破成本,并严重影响爆破效果。原因主要有二,一是施工单位对炮孔堵塞的重要性认识不足,二是因为没有适用于现场的炮泥。炮孔装药后充分堵塞炮泥具有十分重要的意义,因此,研制能在现场生产优质炮泥的专用机械设备——炮泥机就显得尤为重要。另外,由于当时秦岭隧道Ⅱ线平导岩石特别坚硬,造成炸药单耗超标严重,急需采用炮泥制作设备快速制作机制炮泥堵塞炮孔。鉴于以上情况,中铁西南院主持完成了铁道部重点科研项目“秦岭特长隧道修建技术——炮泥制作设备的研制(95G48-M2)”的研究,提出了炮孔堵塞工艺和方法以及炮泥制作工艺,研制出了PNJ系列炮泥机(如图l所示)。

302093521.jpg302093522.jpg 

该机于1997年7月获得国家专利(专利号:ZL98228991.X)(如图2所示),1999年8月通过四川省产品质量监督检验所组织的质量检验,2000年8月通过了铁道部组织的技术鉴定,填补了我国爆破工程施工配套机械的空白,具有广阔的推广应用前景。PNJ系列炮泥机结构简单、体积小、重量轻、能耗低;操作维修方便、生产效率高;生产的炮泥柔软性好,密实度高,堵塞效果好。PNJ系列炮泥机已广泛应用于铁路、公路、水利水电、军事、金属矿山和煤炭矿山等爆破工程以及城市拆除爆破工程中,为施工用户创造了良好的社会效益、经济效益和环境效益,得到一致好评。2003年,该机荣获中国铁道学会颁发的科学技术三等奖。 

4铁路隧道散装炸药自动装药技术与设备研究

为改变铁路隧道爆破施工装药工序仍停留在手工装填药卷的落后状态,从而实现装药工序的机械化乃至隧道施工的全面机械化,中铁西南院主持完成了铁道部重点课题“铁路隧道散装炸药自动装药技术与设备方案研究(97G35)”和“铁路隧道散装炸药自动装药设备的研制(99G49)”,提出了防水散装重铵油炸药配制方案和合理配比,研制了散装炸药自动装药机样机并进行了样机工业性试验(如图3所示)。

302093523.jpg 302093524.jpg

研究成果解决了防水散装炸药的装填难题,能实现装药自动化,且装药速度快、装药质量高、钻爆成本低,适用面广,具有广阔的应用前景。1999年10月研究成果通过了铁道部组织的技术评审,本课题研究在国内尚属首次,具有国内领先水平。成果之一“气动式炸药装填机”获实用新型专利(专利号:ZL02221664.2)(如图4所示)。 

5石方控制爆破技术

铁路电气化扩建二线大量石方控制爆破工程,是控制爆破条件最为苛刻的工程。它不仅要确保爆破施工自身的安全,还要保证铁路线路、接触网、通讯电路以及其他铁路设施的完好,保证铁路大动脉的畅通。中铁西南院参加完成了铁道部重点课题“宝成电气化铁路增建第二线石方控制爆破技术研究”的研究,该课题是结合国内第一条电气化铁路并肩修建第二线的应用科研项目。

课题在保证既有线安全畅通的前提下,通过研究电气化铁路复线控制爆破技术、安全防护措施、爆破振动监测与评估、石方控制爆破定额单价分析、爆破技术软件优化、控制爆破施工组织及经济分析,提出了有突破性应用价值的科研成果。提出的“电气化既有复线钻孔台阶非电微差松动控制爆破技术”在宝成电气化复线施工中得到应用,在保证铁路行车安全运营和施工安全方面,取得了显著的经济和社会效益,其研究成果总体上居于国内领先水平,可作为类似工程设计施工借鉴和经济分析参考,也是制定电气化复线控制爆破施工工法的科学依据;课题首次提出应用的SNS柔性金属网防护技术及金属防护排架的电安全性研究,对电气化铁路石方控制爆破防护及安全技术有重要的实用和科学价值;课题提出的“电气化复线不同控制爆破等级的石方施工定额”,有所创新,填补了铁路电气化复线石方控制爆破空白,为类似施工工况投资预算提供了科学的经济分析依据。研究成果在我国铁路电气化扩建二线工程中已经得到了广泛的应用,于2001年通过了铁道部组织的技术鉴定,获2002年度四川省科技进步三等奖。

6城市区岩石路堑与浅埋隧道安全控爆技术

为解决重庆铁路枢纽区成渝客专等新建线路有关路堑及浅埋隧道施工的难题,尽量减少建筑物的拆迁,实现环境友好、安全快速的城区铁路爆破施工目标,中铁西南院参加完成了铁道部重大课题“城市区岩石路堑与浅埋隧道安全控爆技术研究(2010G016-L)”。

课题开展了城市石方爆破安全环保精细技术、浅埋及临近建(构)筑物隧道安全快速爆破技术、铁路建设典型建(构)筑物爆破拆除安全技术、重庆枢纽区域常见建筑物爆破振动施工安全控制标准、电子雷管爆破降振综合技术、城区铁路隧道减振施工新技术的研究工作,取得了丰硕的研究成果,申请发明专利4项,形成了《城市区路堑及浅埋隧道安全控爆技术指南》,编写专著l部,发表科技论文10篇。2014年2月,研究成果通过了中国铁路总公司验收。研究成果在新红岩隧道、火风山隧道、人和场隧道、重庆北站站场开挖、渝涪二线扩堑开挖、既有挡墙和桥墩爆破拆除等工程中得到了成功应用。

7出版著作《隧道爆破现代技术》

中铁西南院编写的《隧道爆破现代技术》一书于1995年由中国铁道出版社出版,该书从理论和实践角度全面论述了当时隧道爆破新技术,内容包括概论、爆破工程地质、隧道爆破器材及起爆方法、隧道掏槽爆破技术、隧道光面爆破技术、隧道爆破的设计、特殊条件下的隧道爆破技术、隧道爆破质量评价及隧道爆破量测技术几个方面,可为爆破工程技术人员提供很好的参考与借鉴。

8承办工程爆破学术会议并编辑出版会议论文集

2011年10月,由中国铁道学会铁道工程分会爆破专业委员会主办、中铁西南院承办的第八届三次铁道爆破专业委员会学术会议在成都召开。中国工程院院士冯叔瑜,中国中铁科技设计部副部长、中国铁道工程分会秘书长何宁参加会议,与会代表来自铁道部、铁道学会爆破专业委员会、中国铁道科学研究院及相关企业、研究机构、高等院校的爆破专家、学者共60余人。中铁西南院《现代隧道技术》编辑部编辑出版了会议论文集。

9结语

20年来,中铁西南院结合我国重难点工程进行工程爆破技术与设备研究,取得了包括硬岩特长隧道平导钻爆法快速施工技术、炮泥制作设备、铁路隧道散装炸药自动装药技术与设备、石方控制爆破技术及城市区岩石路堑与浅埋隧道安全控爆技术等方面的研究成果并成功应用,取得了良好的经济和社会效益,通过编著出版相关著作和举办学术会议为爆破工程技术人员提供了学习和技术交流的平台。在新的历史时期。中铁西南院将继续努力提升科技创新能力,为推动我国爆破技术的发展做出新的更大的贡献。

参考文献

[1]高菊茹·提高铁路隧道装药技术水平的对策[C]//第六届全国工程爆破学术会议论文集.深圳:海天出版社,1997:513~518.

[2]高菊茹,涂文轩,杨年华.铁路隧道施工长药卷装药的试验研究[J].铁道工程学报.1998,(Z):166~170.

[3]高菊茹,等.秦岭隧道Ⅱ线平导快速装药技术研究[J].世界隧道,2000(4):39~43.

[4]高菊茹,杨年华,涂文轩.PNJ—l型炮泥的研制与应用前景[C]//铁道工程爆破文集.北京:中国铁道出版社,2000:343~346.

[5]高菊茹,涂文轩隧道散装炸药自动装药设备的研制[C]//第七届全国工程爆破学术会议论文集.

乌鲁木齐:新疆青少年出版社,2001:660~663.

[6]高菊茹,涂文轩.隧道散装炸药自动装药设备的应用前景[J].现代隧道技术,2002,(Z):254~257.

[7]高菊茹,涂文轩.隧道开挖炮孔填塞技术试验研究[J].铁道建筑,2005,(Z):47~50.

[8]梅志荣,李林.中铁西南科学研究院成立50周年科技成果集.2009.

摘自《中国爆破新进展》


返回顶部

返回顶部