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精細爆破在汕尾火車站場地平整工程中的應用

2016-09-22 責任編輯:崔瑋娜

李雷斌  肖濤   金沐

(中鐵港航局集團有限公司,廣東廣州,510660)

摘  要:本文結合工程實例,通過定量化的爆破方案選擇、定量化的爆破參數與起爆網路設計。以及對振動、飛石的精細化控制措施,介紹了精細爆破在汕尾火車站站前廣場及周邊場地土石方平整工程中的應用。采用上述精細爆破方案,不僅降低復雜環境條件下的爆破有害效應影響,而且可以根據場地條件靈活、機動地開展多點、多方位的控制爆破,確保安全施工,控制進度,保證工期。

關鍵詞:爆破方案;爆破振動;飛石;精細爆破

1工程概況

1.1項目情況

汕尾火車站是廈深鐵路在汕尾地區設立的主要車站,位于汕尾市城區東沖鎮北部S241省道汕可公路附近。汕尾火車站站前廣場及周邊場地土石方平整工程北自距火車站站房南側12m起,往南約500m;西自汕尾市良禽養殖場西側圍墻起;東自火車站站房東側向東延長約300m。平整面積約17萬平方米,主要包括汕尾火車站站前廣場,東側規劃公交樞紐用地、站前路和站前橫路城市主干道及周邊場地。場地現有地形標高約20~46.5m(黃海高程),根據豎向設計要求,本區域場平要求至20m標高,土石方總量153.6萬立方米,巖石類型為強風化花崗巖、中風化至微風化花崗巖。

1.2周邊環境

汕尾火車站已開通運行,客流量較大,其周圍環境比較復雜。

(1)站房大樓玻璃幕墻如圖1所示,爆破時應同時考慮爆破振動及飛石對站房大樓整體結構和玻璃幕墻的有害效應。由于本工程開工前,業主方為了降低后期爆破施工對站房大樓的振動影響,已經在距離火車站站房大樓正南方向12m處開挖埋設了一條15m寬、9m深的減振溝。因此爆破邊界與站房大樓和玻璃幕墻的最近距離約為27m。

(2)根據設計要求,站房大樓東側24m以外(以東)的土石方還將下挖,而距離站房大樓東側約14m處還有一個18m×10m×5m(長×寬×高)的水泵房(如圖2所示)。因此該處爆破邊界與站房大樓和玻璃幕墻的最近距離為24m并緊貼水泵房的東墻。

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(3)站房大樓東側24m以外(以東)的土石方開挖區域北面與2號站臺的最近距離為17.5m,與沿線鐵路的最近距離為43.2m(如圖3所示),且最高處比站房大樓樓頂稍低,應采取有效措施避免爆破振動及飛石對站房大樓、玻璃幕墻和沿線鐵路等產生有害效應。

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(4)爆破時間應避免客流高峰,根據動車組到站、出站的時刻表合理安排爆破時間,不能影響旅客出行。

1.3主要保護對象

根據以上周邊環境描述,本工程爆破施工過程中主要建(構)筑物保護對象為

(1)站房大樓(鋼筋混凝土結構房屋),最近的爆破點距離為24m。

(2)玻璃幕墻,最近的爆破點距離為24m。

(3)水泵房(鋼筋混凝土結構),最近的爆破點距離為14m。

(4)2號站臺(鋼筋混凝土結構),最近的爆破點距離為17.5m。

(5)沿線鐵路(鋼筋混凝土結構),最近的爆破點距離為43.2m。

2定量化的爆破方案選擇

根據山體地形、地貌特征及合同提出的技術要求,擬對本項目山體采用淺孔爆破、深孔爆破、靜態破碎、邊坡預裂爆破的綜合爆破方案。

爆破開挖時,最近的爆破點與2號站臺的距離為17.5m,考慮爆破振動對其的影響,根據計算孔徑115mm、臺階高度10m的炮孔單孔裝藥量為63kg,在單孔單響的情況下,需距離主要保護對象65.9m以上才能滿足振動安全要求(小于2.5cm/s);孔徑42mm、臺階高度4m的炮孔單孔裝藥量為4.48kg,在單孔單響的情況下,需距離主要保護對象24.0m以上才能滿足振動安全要求(小于2.5cm/s)。為確保安全,將整平場地分成三個作業區,采用不同的破碎方法施工,即對距離主要保護對象小于25m的山體(一區)采用靜態破碎方案,25~66m的山體(二區)采用淺孔爆破方案,66m以上范圍(三區)采用深孔爆破方案(如圖4所示)。

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站房大樓南側已開挖15m、9m深的減振溝,施工時先進行一區靜態破碎至設計標高,可作為東二區及東三區爆破振動的減振溝。另外,東二區頂標高+36.5m,比站房大樓頂稍低,為了確保飛石不落到樓頂、站臺及沿線鐵路,計劃+27.5m標高以上部位采用靜態破碎、液壓破碎機輔助,+27.5m標高以下部位采用與南二區相同的淺孔爆破方法,加強表面覆蓋。

3鉆爆設備選擇

深孔臺階爆破采用φ115mm履帶式潛孔鉆機,邊坡預裂爆破采用φ90mm鉆機;淺孔臺階爆破和靜態破碎采用φ42mm的手風鉆鉆孔。

4爆破器材選擇

(1)炸藥品種:根據當時民爆公司提供的炸藥品種,中深孔爆破炮孔無水時使用粉狀膨化硝銨炸藥作為主炸藥,2號巖石乳化炸藥(φ90mm)作為起爆藥包;在有水時使用2號巖石乳化炸藥(φ90mm)。邊坡預裂爆破使用2號巖石乳化炸藥(φ32mm)。

(2)起爆器材:深孔及淺孔爆破使用導爆管雷管起爆,預裂爆破采用導爆索起爆。

5定量化的爆破參數與起爆網路設計

5.1  深孔爆破

5.1.1  爆破參數

深孔爆破選用φ115mm型鉆機,標準臺階高度定為10~12m;經設計計算,深孔爆破參數見表1。

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5.1.2裝藥結構

爆破采用柱狀式連續裝藥,具體形式如圖5所示。

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5.1.3  布孔和起爆模式

選用垂直矩形或梅花形布孔,排間式和梯形起爆。布孔和起爆模式要根據爆破工作面的實際情況,以確保爆破安全和爆破效果為目的進行選取。

5.1.4起爆網路

本工程采用塑料導爆管非電毫秒雷管起爆系統,孔內延期或孔內、外延期相結合的接力式起爆網路,如圖6所示。采用孔內延期時,要求炮孔內的雷管段別根據起爆的先后順序,依次提高段別;采用孔內外相結合的起爆方式,要求孔內雷管的段別高于孔外連線用的延期雷管。根據最大一段安全藥量的控制要求,將N個炮孔內毫秒延期非電雷管的導爆管集束式綁扎于孔外傳爆毫秒延期非電雷管上,孔外傳爆毫秒延期非電雷管之間頭尾相接,是各組之間保持一個等間隔的微差起爆,最初傳爆雷管使用高能脈沖起爆器激發起爆。

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該網路的優點在于:使用較少低段別的雷管即可實現無數段的起爆,同時各段之間的間隔時間相等,誤差量小,且絕無竄段、跳段的可能,網路的連接簡單,易于掌握;非電雷管不會因雷電、雜電的作用而引起早爆。

5.1.5爆破量及爆堆分布計算

加大爆區規模,不但可減少鉆機、挖機移位時間,提高開挖強度,同時有利于降低大塊率。臺階爆破的大塊主要來自第一排炮孔,其次是炮孔頂部堵塞段、爆區兩側帶炮和后排孔爆破后沖,所以多排孔爆破的大塊率肯定比單排孔爆破大塊率低。按我公司的經驗,排數應不超過6排,4排最佳,排數過多容易造成爆堆過高,松散性不良,不利于挖運,且爆區長度要大于寬度的3倍為宜。按最佳排數4排孔計,爆區規模最小應達到:寬度為14m,長度不小于42m,最小爆破不小于 5580m3,總裝藥量約2352kg。

爆堆形態如圖7所示。

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5.2預裂爆破

5.2.1  爆破參數

采用支架式潛孔鉆機鉆孔,爆破參數主要有孔徑、孔間距、線裝藥密度和不耦合系數等,見表2。

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5.2.2裝藥結構

爆破采用不耦合間隔裝藥,具體形式如圖8所示。

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5.3淺孔爆破

5.3.1  爆破參數

淺孔爆破采用φ42mm手持式鉆機鉆孔,炮孔排列方式為矩形或梅花形,垂直鉆孔。炸藥單耗為O.5kg/m3,具體爆破參數計算見表3。

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5.3.2起爆網路

淺孔爆破采用毫秒導爆管雷管起爆網路。單排孔爆破時采用孔間微差起爆,多排孔爆破時可根據工作面狀況選擇采用V形或梯形微差起爆,相鄰炮孔微差間隔時間為50~75ms。

5.4靜態破碎

5:4.1靜態破碎參數

靜態破碎參數見表4。

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5.4.2  孔位布置

根據合同要求石方單塊直徑不得大于80cm,按圖9所示進行鉆孔布置。

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6振動及飛石的精細化控制措施

6.1振動控制

6.1.1  爆破振動安全允許標準

本工程對周邊主要保護對象的安全允許振速值見表5。

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注:為使爆破振動降低到最小,本工程爆破設計時統一將安全振速控制為2.5cm/s。

6.1.2降低爆破振動的技術措施

(1)控制一次起爆藥量。最大單響藥量按下式及表6予以控制。

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式中,v為振動速度,cm/s;Q為最大單段起爆藥量,kg;R為最大單段藥量中心距被保護物的距離,m;K、α為與地形地質條件有關的系數。

根據地質條件,本工程暫取K=180,α=1.5。在爆破實施過程中,通過實測爆破地震波,得到實際的K、α值再訓整。

(2)在爆區和保護物之間開挖減震溝。站房大樓南側已開挖15m寬、9m深的減震溝,可作為南二區及南三區爆破振動的減震溝。施工時先進行一區靜態破碎至設計標高,可作為東二區及東三區爆破振動的減震溝(如圖10所示)。

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6.2飛石控制

6.2.1爆破飛石的安全判據

按《爆破安全規程》(GB 6722—2003)規定:露天巖石爆破時,臺階深孔爆破個別飛石對人員的安全允許距離不少于200m,淺孔爆破個別飛石對人員的安全允許距離不少于300m,對設備或建(構)筑物的安全允許距離,應由設計確定。

由于本工程周圍環境比較復雜,客流量較大,警戒范圍全部按300m設置警戒點。

6.2.2個別飛石的控制措施

本工程按照不同分區爆破方法相應采取不同的控制措施,避免飛石對站房大樓、玻璃幕墻、水泵房、2號站臺及沿線鐵路等造成損毀,見表7。

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7結論

本文通過定量化的爆破設計以及對振動、飛石的精細化控制措施,介紹了精細爆破在汕尾火車站站前廣場及周邊場地土石方平整工程中的應用。得出如下結論:

(1)精細爆破設計不僅可以保證復雜地形和周圍環境條件下的爆破效果,降低復雜環境條件下的爆破有害效應影響,而且可以根據場地條件靈活、機動地開展多點、多方位的控制爆破,確保安全施工,控制進度,保證工期,取得理想的經濟效益。

(2)將精細爆破理念應用到工程實踐中,最終實現安全可靠、技術進步、綠色環保及經濟合理的爆破作業。

參考文獻

[1]汪旭光.爆破設計與施工[M].北京:冶金工業出版社,2011.

[2]謝先啟.精細爆破[M].武漢:華中科技大學出版社,2010.

[3]張正宇,等.水利水電工程精細爆破概論[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

摘自《中國爆破新進展》


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