高边坡光面爆破及控制爆破方案.docx
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高边坡光面爆破及控制爆破方案
温福线枢纽段路堑高边坡光面爆破及控制爆破方案
1、工程概况
温福线枢纽段位于福建省福州市,属于穿越山区方的高标准铁路。
其中中铁十八局一公司施工标段含路堑高边坡爆破开挖石方量大,要求边坡采用弱扰动光爆(或预裂)爆破法施工,路堑石方边坡坡内岩体以坚硬花岗岩为主,呈弱风化。
爆破开挖区环境较差、居民多,根据现场环境条件和地质条件分析,认为高边坡开挖工作工点非常适宜作深孔加预裂爆破,这种爆破技术既可加快施工进度,又可保证边坡质量,爆破开挖后边坡一次成形,最终形成的边坡整齐、美观,而且由于爆破对边坡内部的岩体扰动减弱。
我项目部承担的鼓山一号、二号和三号隧道进口段爆破工点有爆破开挖面大、周边居民密集、民用建筑多和鼓山三号隧道进口岩石较破碎等特点,环境条件极其复杂,需要采取控制爆破技术开挖,爆破过程中应配合拉网防护、震动检测,确保施工安全。
2、边坡光面爆破设计
爆破设计应根据地形和现场勘察资料,进行爆破方案选择和优化,按照拟定的方案,结合本工地地形条件、施工进度、爆破安全、施工质量和经济效益等多方面因素进行综合考虑,其设计原则如下:
选择孔深加预裂一次成型综合爆破技术方案具有较成熟的经验。
边坡坡面采用预裂(光面)爆破施工,主体石方采用孔深爆破施工。
对于2~3层的较高边坡,应台阶施工,边坡坡度陡于1:
0.5时,钻孔方便,当坡度陡于1:
0.75时,钻孔较困难。
3.1深孔、光面、预裂参数设计
3.1.1各种爆破参数设计见附表1~3
3.1.2爆破参数分析
(1)深孔爆破参数分析
①孔径D
露天爆破深孔的孔径主要取决于钻机的类型。
本工地采用D100三脚架潜孔钻机,通常孔径D=100~200mm,本次深孔爆破采用的孔径D=100mm和D=115mm。
②台阶高度H
台阶高度是深孔爆破的重要参数,当主体石方以孔深爆破开挖时,要作好台阶的选择工作。
台阶高度是否合理直接影响钻孔、爆破、挖装、运填全系统的工作。
应根据实际地形地质条件、开挖技术要求、钻孔机械的钻孔能力和挖装能力综合考虑,一般以5~10m最为经济合理,考虑设计台阶平台宽均为2.5m,顶部台阶高低不同,本设计最大台阶高度为H=12m,具体根据不同地形在施工中进行调整。
③底板抵抗线W1
底板抵抗线是影响孔深爆破效果的重要参数,底板抵抗线过大造成根坎、大块率高、后冲作用大;底板抵抗线过小则易造成飞石且增大钻孔工作量。
根据以往的爆破经验,采用以下经验公式:
a、根据台阶高度确定
W1=(0.6~0.8)H
b、根据孔径大小确定
W1=(35~40)D
对垂直孔还要根据安全作业条件确定和校验W1
W1=B+cotα
其中:
B----孔口中心至台阶坡顶线的安全距离,一般为2.5~3.0m;
α----台阶坡面角,一般在50°~70°之间。
本工地根据钻孔直径大小取:
当D=100mm时,取W1=3.5~4.0(m)
当D=115mm时,取W1=4.0~4.5(m)
③孔距a和排距b
孔距a一般按下式求得:
a=mW1
式中:
对垂直孔m=0.7~1.0
对倾斜孔m=1.0~1.4
排距b是指多排孔爆破时,相邻两排深孔之间的中心距离,实质是第一排以后各排孔的底板抵抗线值。
即b=W1
本工地为弃方,可不考虑破碎块度的均匀性和级配要求,同时对最大粒径可以适当放宽,故大块可以控制在1.0m以内,其孔、排距确定如下:
当D=100mm时,取a=3.0~3.5(m),b=3.0~3.5(m)
当D=115mm时,取a=3.5~4.0(m),b=30~3.5(m)
④超钻深度
超孔深度是控制底板超欠挖,保证底板平整的主要手段,在多台阶施工中,应通过上层平台、超钻情况,合理确定底层平台值。
本工地根据台阶高度,取:
当H≤10时,取h=1.0~1.2m,当10<H≤20时,取=1.5~2.0m。
⑤堵塞长度L
堵塞长度一般不小于地盘抵抗线的0.75倍,或取20~40倍孔径,不小于20的孔径。
本工地根据两者相结合,堵塞长度大小取
当D=100mm时,取L=2.5~3m
当D=115mm时,取L=3~3.5m
3.1.3光面爆破和预裂爆破的参数分析
(1)光面爆破和预裂爆破的设计原则
①采用D100型三脚架潜孔钻机钻孔,钻孔直径D=100mm。
②根据岩石性质和地质条件,取孔距a=(1.0~1.2)m。
③对于开挖深度较大的边坡,应采用2~3个台阶,深孔加预裂(或光爆)施工时,最大钻孔深度L≤18m。
④边坡坡度可适当进行调整,为了有利于钻孔,边坡设计坡度范围为1:
0.3~1:
0.75。
边坡平台宽度过小处应进行调整,边坡平台宽度应大于2.5m。
(2)光面和预裂爆破参数分析
①钻孔直径D的选择
光面和预裂爆破的钻孔孔径的确定是一项十分重要的工作,选择合理与否,直接关系着光面和预裂爆破效果、成本和质量。
孔径大小的决定孔距大小的依据,应综合考虑岩石的性质、机械配备及工程要求等因素合理选择,通常取D=100mm。
②台阶高度H
台阶高度应视实际边坡情况、石方施工方法的不同进行选择,以主体石方施工台阶为准。
③孔距a的确定
炮孔孔距是光面和预裂爆破的重要参数,是爆破成败及边坡质量好坏的关键。
选择合理的孔距,目的是在现有的岩石条件,装药方法起爆情况下,使边坡大道稳定平整、光滑和美观的效果,使预裂面最终形成有一定宽度的贯通裂缝。
一般取a=(7~12)D,本工程取a=(1.0~1.2)m。
④线装药密度的选择
线装药密度是光面和预裂爆破的最关键因素,合理的线装药密度不仅可以保证预裂缝的贯通,而且使边坡达到稳定、平整、光滑美观的要求。
药量太大会损坏边坡壁面,孔壁破裂;太小光面岩层较大,预裂面无法贯通,造成光面和预裂爆破的失败。
i)光面爆破
根据工程具体情况,结合以往的经验,q光可按下式计算:
q光=k光·a光·W光
式中:
q光-----光面爆破线装药密度(Kg/m);
k光-----光面爆破单位用药量(g/m3);取k光=(75~90);
a光-----光面爆破孔距(m);
W光-----光爆层厚(m)。
本设计取q光=(180~250)(g/m)
ii)预裂爆破
q裂=k裂·a裂
式中:
k裂――预裂爆破单位用药量(g/m3);
a裂――预裂爆破孔距(m);
一般取q裂=(350~500)g/m
本设计取q裂=(450~500)g/m
⑤不耦合系数E
本工程中采用的药卷d=32mm乳化炸药,钻孔直径D=100mm。
根据下列公式:
E=D/d
E=3.12
3.2孔深、光面和预裂爆破的药量计算
3.2.1孔深爆破药量计算
单排孔或多排孔的第一排炮的药量计算公式:
Q=q·a·W1·H
多排孔第二排以后炮孔药量计算公式:
Q=k·q·a·b·H
式中:
Q――孔深爆破单位装药量(Kg);
q――单位用药量(Kg/m3);
a――孔深爆破孔距(m)
b――孔深爆破排距(m)
W1――孔深爆破底板抵抗线(m)
H――孔深爆破台阶高度(m)
k――受岩石夹制增大的系数,一般取k=(1.1~1.2)。
3.2.2光面爆破药量计算
Q光=q裂l+Q加
式中:
Q光――光面爆破单孔装药量(Kg);
q裂――光面爆破线装药密度(Kg/m);
l――光面爆破孔深(m);
Q加――光面爆破底部增加药量,取=Q加(2~3)q裂。
3.2.3预裂爆破单孔装药量计算
Q光=q裂l+Q加
式中:
Q光――预裂爆破单孔装药量(Kg);
q裂――预裂爆破线装药密度(Kg/m);
l――孔深(m);
Q加――预裂爆破炮孔底部增加药量,取=Q加(5~8)q裂。
3.2.4预裂(光面)爆破炮孔堵塞长度
实践证明,孔口的堵塞长度对水平预裂的效果有一定的影响,堵塞长度过短,则爆破是空气逸出,不易形成预裂缝或预裂缝宽度不够;堵塞长度过长,则在孔口附近部位易残留水平炮孔。
根据爆破的经验公式计算:
(1~1.2)a
式中:
L1――孔口堵塞长度;
a――炮孔孔距;
4、孔深、光面和预裂爆破施工工艺
4.1施工准备
(1)钻机平台修建
钻机平台是钻机作业的场地,在钻机位移和架设过程中,保证钻机精度和作业安全是相当重要的工作,钻机平台技术要求是相对平整,保证钻机自由移动,其宽度:
三脚架钻机不小于2.0m,自行式钻机不小于6.0m。
(2)边坡测量放线
路堑边坡测量放线工作,不允许出现任何错误,否则准会造成巨大损失。
边坡定位线加宽会增大石方开挖量,偏窄会造成路基面宽度达不到设计标准,因此必须保证边坡的准确性,边坡测量一般分量测进行,第一次为了修建平台,第二次为了钻孔定位。
(3)便道修建
施工便道是石方施工的运输道路,应根据实际情况进行修建。
其原则是便于和开挖台阶相联接,工程量少,宽度能保证挖、运机械的运行任务。
4.2钻孔
(1)布孔
深孔、光面和预裂综合爆破的布孔方式
单壁路堑旁山开挖段,采用纵向台阶布孔,钻孔排向均平行于边坡。
对于双壁石方路堑,两端采用横向台阶布孔。
(2)钻孔
边坡光爆(或预裂)孔可采用三脚架潜孔钻机进行钻凿,钻孔必须按设计位置、方向和角度进行作业,以保证爆破效果和安全。
钻孔完成后,应吹尽孔内残渣,并作好炮孔保护工作,防止雨水流入孔内。
其他钻孔可采取自行式钻机钻凿。
(3)钻孔排水
当孔内有水时应作好排水工作,排水是保证爆破效果的一项重要措施,排水可用Φ50胶管进行孔内吹水。
4.3装药结构
主炮孔采用集中装药结构和不耦合装药。
边坡预裂孔采用不耦合装药,药卷绑扎在导火索上。
间装药结构图。
预裂(光爆)孔不同孔深的装药结构表,见附表2、3。
4.4堵塞
堵塞材料,使用粘土和砂加粘土,严禁用石块堵塞。
为保证堵塞质量,每填入0.3m时用木棍或竹竿捣实一次,做到逐层捣实。
堵塞长度必须满足L2≥30D。
5.5起爆网路
主炮孔为导爆管毫秒雷管,边坡孔为导爆索接力传递,采用复式交叉网络,导爆索下到孔底,主炮孔下部雷管反向安置在底部,避免瞎炮和残留药。
起爆网路联接示意见下图。
图:
炮孔装药结构与起炮网路示意图
5、控制爆破药方案
局部挖深5.0m以内的工点,采用浅孔爆破实施开挖;挖深5m以上路堑主体石方,采用孔内非电毫秒微差深孔松动爆破,分次施爆,以减小震动,控制飞石。
临空面均设置在背向或侧向铁路、民房的方向,同时加用柔性炮被覆盖,弱化爆破飞石的影响。
5.1爆破参数及单孔装药结构布置
炸药:
初步选取乳化炸药和铵油站药,根据钻孔情况及孔内含水量大小进行调整,如孔内无水或较少水,在装药前吹孔后可使用铵油炸药或下部2m采用乳化炸药,上部采用铵油炸药,线密度4.5Kg/m。
雷管:
爆破孔内雷管乃采用非毫秒雷管,为了保证安全,孔内各段非电毫秒雷管限制在15段以内,逐排微差起爆的网络,微差时间取Δt=50~100ms。
这样既可以减小一次起爆药量达到降震的目的,同时,每一排先爆孔又能为后排空提供较理想的临空面,避免群炮作用引起上冲。
群炮梯段划分:
根据边坡挖深的情况,拟分上下多个梯段开槽,每个爆破梯段12m左右,先根据爆破梯段内地形条件,分多个临空进行上梯段拉槽爆破,先进行上梯段施工爆破,上梯段爆破施工完成后,分两个工作面进行下层爆破梯段爆破施工。
炮孔布置:
炮孔采用Φ76mm直径,采用潜孔钻垂直成孔,布孔孔距2.5m,排距2.0m,采用矩形方格布孔,钻孔深度0.5~0.8m。
爆破防护:
在主爆孔孔底均加设直径Φ60mm长30mm的柔性垫层,垫层材料采用竹筒或PVC管材制作,这样可以避免炸轰波直接冲击岩体,降低峰值压力,从而达到降震的目的。
当孔深小于8.0m时,每段每排起爆3个孔;当孔深大于10m时,每段每排起爆2个孔。
故最大单响起爆药量为50Kg以内,加之上述的减震措施,所以更容易做到