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水下硐室與中深孔爆破相結合在工程中的應用

2010-01-29 12

 

The Application of the Combination of Chamber Blasting and

Medium-deep Hole Blasting Underwater

申文勝1  劉少帥1  施國平2

(1.上海消防技術工程有限公司,上海200060;

2.中海航道疏浚工程有限公司,寧波315040)

 

摘自《中國爆破新技術II

 

摘 要: 由于本工程巖坎坡度較大,周邊地形和水文環境復雜,巖坎拆除采用水下硐室爆破與中深孔爆破相結合的方法,確保巖坎一次爆破成功,本文對爆破施工設計做了介紹。

關鍵詞:巖坎爆破;水下硐室爆破

 

1  概述

本工程在近海處附近開挖水下洞庫,洞庫閘門外側筑一道防護壩,壩外側為預留擋水巖坎,巖坎延伸通至水底。四周環境較好,巖坎周圍三面環山,東側一面為海域,周圍無任何構建物及海底設施,整個巖坎斷面呈三角形,一部分在水中,一部分露在空氣中,F洞庫已基本完成,要求將預留擋水巖坎爆破拆除,同時確保水下洞庫結構的完好,周邊山體結構的基本完好。整個待爆巖坎呈不規則的梯形錐體,其坡度較陡約為50°(具體數據見圖1、圖2)。

l   AA截面示意總圖

Fig.1  AA section

本工程的地質自上而下由中;◢弾r組成,巖體等級Ⅱ級,巖石整體性好,節理的發育好導致可鉆性差。巖坎表面基本無任何覆蓋層,水流很急,水流一般為34節,大潮時達到56節,東北方向為強風向。

 

2  爆破方案設計及實施

在水下部分采用硐室爆破,水上部分采用中深孔爆破,巖坎周邊采用預裂爆破,確保周邊

2  總平面示意圖

Fig.2   General layout

山體和洞庫受到的震動減到最小,隨后采用中深孔斜孔爆破,整個斜坡爆破后可以將I區的硐室爆破的集中藥包抵抗線減小至4m,最后采用中深孔垂直孔爆破,前期的I區的爆破給Ⅱ區提供了較大的自由面,確保整個爆破方案能按照設計順利實施。

2.1  主要設備的選擇

選擇兩種型號液壓鑿巖機,分別用于中深孔、斜孔的鉆孔(直徑為100105mm)、小硐室巷道的鉆孔(直徑為25mm)、預裂孔(直徑為50mm)等。

2.2  爆破參數

爆破范圍見圖1,以海平面臨界點分為I、Ⅱ區。

I區在水底,則采用水下硐室爆破法,集中藥包設計參數:

(1)集中藥包最小抵抗線W≈47m,藥包距坡底距離約10m,在I區內放置兩個藥包即A、B藥包(2)。根據巖坎斜面巖石層理,集中藥包間距:

aA、B=0.5( 1+n() )W() =10m  (1)

式中,W()、n()為相鄰藥包的參數平均值。

(2)集中藥包藥量計算:

式中,K2=0.10.6kgm3,堅硬巖石取大值;γ=2616kgm3,為巖石容重。經計算QA=

1200kg,QB=2000kg。

Ⅱ區基本露在水面上,由于采用中深孔爆破(見圖2),所以:

(1)斜孔鉆孔采用單排布孔,設計參數:

孔徑d=110mm,孔距a=3m,主要保證斜孔在I區部分的孔距在3m左右。排距b=3m,斜孔為單排孔?咨h=33m,超深Δh=0.5m,堵塞長度L=3m。

(2)垂直孔鉆孔采用梅花孔布孔,主要分布在斜孔間隙中,確保不能破壞斜孔,設計參數:

孔距a垂直=3m,排距b垂直=3m,孔徑d垂直=100mm,孔深h垂直=ll~25m(總共5)。超深Δh垂直=1m,堵塞長度L垂直=3m。

(3)藥量計算:

Q中深孔=qabh    (3)

式中,Q中深孔為炮孔裝藥量,kg;q為炸藥單耗,kgm3;a、b、h分別為孔距、排距、孔深,m。經計算,Q中深孔深孔為:30.892.4kg。

2.3  炸藥與起爆網路

根據工程特點選用TNT炸藥,并根據不同孔徑選用相應的PVC(ф100mm、ф20mm、ф14mm)裝藥,同時使用瀝青封口,確保炸藥防水。

采用電雷管網路,選用防水的毫秒延期電雷管共分瞬發、17段四個段別,每個起爆體內裝2發并聯雷管,中深孔內再加入相應長度的導爆索以保證傳爆。其中預裂孔裝瞬發電雷管,斜孔用2段,集中硐室藥包用3段,垂直孔裝48段,用瞬發電雷管同時起爆。

 

3   爆破震動及其防護

3.1  爆破荷載分析

本工程被爆巖坎一面是空氣自由面,-一面是接觸水體并受數十米水深靜壓作用,實施時要求一次將巖坎爆通,不留根底,一般單耗藥量較大,但又不得破壞洞內已建的閘門設施、襯砌等。通過對有關資料的分析,當實施爆破時,由于巖坎有自由面(即鉆孔、裝藥的作業面),所以炸藥能量沖入水中以水中沖擊波形式耗散的所占份額較小,一般僅占水中爆炸時的10%~20%左右,因此水中沖擊波的影響不是主要的。本工程在確定水下硐室與中深孔爆破方案時,其主要爆破荷載是地震波,綜合考慮其爆源、傳播介質、巖坎的巖石性質、地形及水文條件等因素,通過技術論證采用預裂孔爆破和微差爆破減震措施。

3.2  預裂孔爆破設計

 爆破預裂孔主要設置在巖坎兩側山體、防護壩、水下洞庫閘門前,設計參數:

孔距a預裂=0.5m,孔徑d預裂=50mm,孔深h預裂=33m、2m、2m(山體、防護壩、閘門前)。本工程預裂孔爆破的孔徑孔距已確定,故預裂孔裝藥將采用不耦合裝藥,不耦合系數為m=d預裂d裝藥=4,所以將炸藥裝在ф14mm PVC用瀝青封口后放入預裂孔中。

33采用微差爆破降低地震波

微差爆破的先爆孔可為后爆孔增加新的自由面,爆炸產生應力波的相互作用和巖塊之問的碰撞作用,使被爆巖體獲得良好的破碎,并使地震波在時間和空間上分散,可有效地降低地震波。

微差間隔時間按經驗公式:

t=KpW (24-f)

式中,△t為微差間隔時間,ms;Kp為巖石裂隙系數,對于裂隙少的巖石Kp=0.5,對于中等裂隙巖石Kp=O.75,對于裂隙發育的巖石Kp=0.9;W為臺階底盤抵抗線,m;f為巖石堅固系數,次巖石堅固系數為410。

本工程中采用了硐室、斜孔和垂直孔爆破工藝,取W=3.5m,Kp=0.5,f=9,按上式計算得△t =26.5ms。本工程微差間隔時間取25ms。

 

4  爆破安全防護設計

4.1  震動控制

進口巖坎爆破前,在巖坎與水下洞庫、防護壩問,巖坎兩側與山體相連處,在巖坎爆破的同期采用預裂爆破、微差爆破,這些措施可以起到一定的減震和止裂作用。

4.2  爆破飛石

飛石問題在巖坎爆破時顯得最為突出,因此,必須對水下洞庫閘門槽、閘門表面混凝土等采取防護措施。閘門槽的防護采用草袋充填堆壘方法,其他部位的表面混凝土和設施采用懸掛廢舊皮帶簾和鋪蓋砂袋、木板等的方法。

5  結語

施工過程中,由于設計技術人員與施工技術人員相互緊密配合,嚴格執行爆破規程和防護措施,爆破效果良好。巖坎完全破碎,無根底且爆破塊度較小,防護壩和水下洞庫未受損傷,周邊山體壁面較為完好,整個工程的爆破施工是安全成功的。

 

參考文獻

[1]  陸遐齡.水域內爆破時沖擊波特性與結構安全防護[A].見:第三屆全國工程結構防護學術會議論文集[C].北京,2000

[2]  伊左林,等.近距離水下鉆孔爆破的防護技術[J].中國港灣建設,2005,(6)1719

 


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