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1、爆破技术在复杂条件下高边坡岩墙开挖中的实践第16卷20】0第2期年6月工程爆破ENGINEERINGBLASTINGVoI_16.NO.2June2010文章编号:10067051(2010)02003104爆破技术在复杂条件下高边坡岩墙开挖中的实践汪竹平,宋志伟,那树刚,蒋跃飞(浙江省高能爆破工程有限公司,杭州310014)摘要:厂区内山体爆破开挖工程,周边环境复杂,边坡高陡,地质情况多变,岩墙爆破开挖时面临着滚石,飞石等技术难题.根据本工程南北两侧边坡地质,破碎带分布,马道防护条件的不同特点,将山体分成南北两区,并分别采用不同的爆破施工方法.南区采用主爆区,岩墙爆区的中深孔开挖方式,北区采
2、用主爆区,控制爆区,岩墙小炮爆区的开挖方式.爆破实践不仅满足了安全生产要求,而且取得较好的爆破效果和经济效益.关键词:岩墙爆破;控制爆破;滚石;安全防护中图分类号:TD235.37文献标识码:AAPPLICATIONOFBLASTINGTECHNIQUEINHIGHSLOPEDYKEEXCAVATIONUNDERCOMPLICATEDSITUATIONSWANGZhuping,SONGZhiwei,(ZhejiangGaonengCorporationofBlastingNAShugang,JIANGYuefeiEngineering,Hangzhou310014,China)ABSTRACT
3、:Mountainblastingexcavationworkswereintheplantareaandthesurroundingswereverycomplicated.Theslopewasveryhighandsteep,andthegeologywascomplex.Therewouldberollingstonesandflyingstoneswhendykewasexcavated.Accordingtothegeologyofbothsidesoftheslope,distributionoffragmentationzoneandridingtrackprotectionc
4、onditions,themountainwasdividedintosouthareaandnortharea,anddifferentblastingmethodswereused.Longandmediumholeexcavationpatternofmainblastareaanddykeblastareawasusedinthesoutharea.Theexcavationpatternofmainblastarea.contro1blastareaanddykeblastareawasusedinthenortharea.Theblastingprojectnotonlysatis
5、fiedtherequirementsofsafeproductionbutalsogotmuchbetterblastingeffectsandeconomicalbenefits.KEYWORDS:Dykeblasting;Controlblasting;Rollingstone;Safetyprotection1工程概况山体爆破工程位于舟山中远船务工程有限公司厂区2坞与3坞之间,山体最高处+79m,南北底长380m,东西底宽230m,需爆破至+3m高程,总工程量为207万m.山体东,西两侧经过前期爆破开挖,形成1:1至1:0.6的边坡,局部最大坡度为收稿日期:20091016作者简介:汪
6、竹平,助理工程师.65.,东侧边坡最高处为+79m,西侧边坡最高处为+65m.其中西侧边坡表层有破碎带,曾经发生过两次小规模的滑坡掉块现象,为了保证山坡下两侧船坞的生产安全,现已经对西侧山坡全部进行了系统锚固及喷射混凝土支护;东侧山坡也进行了挂铁丝网及覆盖草皮的防护措施.山体岩质主要为结晶凝灰岩,中风化但岩石较硬,节理裂隙较发育.爆破区域内环境十分复杂:山体东侧边坡紧邻3坞通道,该通道车辆,人员来往非常繁忙,通道另一侧为3船坞,距山体20m,坞内昼夜进行造,修船?32?工程爆破作业,3坞水泵房位于东北侧的通道下;西侧为2船坞,坡底距300t龙门吊轨道5m,距船坞28m,边坡附近放满了修船所需的
7、设备,物资,该船坞的变电房修建在山坡上;北面临海,120m处有一正在使用中的码头,东北侧25m处有下坞通道等地下设施;南侧40m处为分段堆场.周围环境如图1所示.图1山体周围环境图Fig.1Surroundingsofthemountain2施工方案山体周边环境十分复杂,地质情况多变.其中,南侧山体岩石较完整,整体性较好,岩层节理面逆向边坡面,爆破后岩石较破碎,南侧边坡上马道较宽,通过防护栅能有效阻挡滚石.北侧山体边坡岩石破碎,岩层节理面与坡面同向,边坡上有破碎带通过,并夹有大块,孤石,爆破后形成沿节理面破碎的大块和孤石,北侧山体边坡上马道很狭窄,防护栅无法阻挡下落的滚石,易对船坞内人员设备造
8、成危害.根据上述特点,将山体分成南北两区,使用不同的爆破方案.南区分为主爆区和岩墙爆区,均使用中深孔爆破技术;北区分为主爆区,控制爆区,岩墙小炮爆区n,控制爆区采用89mm炮孔进行深孔爆破,岩墙小炮爆区采用5m台阶小炮分层开挖.南北两区的主爆区为中深孔常规爆破,采用95115mm孔径,台阶高度为lOm,孔距5m,排距3.5m,单耗药量0.4kg/m.,梅花形交错布孔,连续耦合装药.爆破网路使用V形孔内延时起爆方法,保证每个炮孔在有充分自由面的情况下起爆,根据爆破经验确定延时间隔控制在2550ms.,既能使先响炮孑L有足够的时间从岩体中爆下所担负的岩石,同时也能使后爆孔获得较好的自由面及更好的破
9、碎块度,并防止后排孔在爆破方向上产生飞石.3南区控制爆破3.1岩墙爆区爆破技术根据山体南区地质特点,岩墙采用+76mm中深孔弱松动控制爆破.主爆区爆破后,控制预留的岩墙顶部宽在46m范围内,能保证钻机在岩墙上安全造孔,炮孔排数以23排最佳.当钻孔为3排时,第1排孔按加强松动爆破设计,孔距3.5m,排距2.5m,炸药单耗0.4kg/m.,填塞长度2.8m.第2排孔按弱松动爆破设计,同时应该保证装药上部到边坡的最小距离不小于2.0倍底盘抵抗线即不小于2.OW,填塞长度3.55.Om,如果该排炮孔离边坡较近时应增加填塞长度,并减小孔网参数.靠边坡一排孔按照坡角的变化对炮孔位置,装药高度进行适当调整,
10、即该排孔与坡顶线的距离要保证炮孔孔底与坡面的最小距离大于2.5W,填塞长度要保证装药顶部与坡面的最小距离不小于2.OW.最后一排孑L应尽量靠近边坡,爆破后能够最大限度地降低边坡的高度.岩墙爆破设计如图2所示.图2岩墙爆破设计图3.2南区岩墙爆破实例南区经过主爆区多次爆破后,在靠近2号坞的-t-47m高程留有长18m,宽4.5m(局部5m)的岩墙,边坡倾角为55.,坡面上喷射素混凝土,边坡底部正对着配电房,此处岩墙爆破必须保证没有滚石落到底部,否则将会造成严重的安全事故.根据岩墙爆区爆破参数设计并结合该岩墙的特点,爆破网路采用V形延时爆破法.爆破后边坡面上有个别石块剥落,全部被4-34m高程的防
11、护栅顺利拦截,岩墙经过机械开挖后下降到4-37m高程,未爆破的边坡整体下降到4-40m高程.4北区控制爆破4.1控制爆区爆破技术.汪竹平等:爆破技术在复杂条件下高边坡岩墙开挖中的实践控制爆区不仅关系到边坡滚石的安全,同时关系到预留岩墙工程量和施工进度,因此控制爆区应尽量接近兼顾安全和经济的临界状态.通过多次爆破实践与反复调整,控制爆区离坡顶线的距离控制在45m时,能够保证边坡不发生滚石且取得较好的爆破效果.由于边坡自由面的存在,控制爆区炮孔对后侧破坏作用比主爆区大很多,能够影响到后部0.54.0m的范围(上部范围大并逐步向下部减小),合理的控制爆区炮孔位置布置和装药量能使小炮开挖的岩墙工程量减
12、少很多.控制爆区基本爆破参数:孔径q,89mm,台阶高度10m,孔距4m,排距3m,单耗药量0.38kg/m.,填塞长度3.0m,梅花形交错布孔,连续耦合装药,一次最多不超过4排.4.2岩墙小炮控制爆破技术岩墙采用小炮分层开挖的方式.孔径38mm,台阶高度5m,孔距1.5m,排距1.2m,梅花形交错布孔,连续装药.为控制爆破对岩墙边坡的影响,每次爆破排数不超过3排.边坡岩石破碎处,通过降低钻孑L深度,减小爆破排数,增加炮孔和边坡间距的方法来防止边坡滚石的发生.4.3北区岩墙爆破实例北区靠近2坞侧+62m高程经过主爆区爆破后留有长35m,宽15m控制爆区,需开挖至+55m高程,爆区边坡倾角为50
13、.,坡面为钢筋喷射素混凝土支护.控制爆区最后一排距离边坡面为4m,共布置4排炮孔,钻孔深度8m,孑L距3.4m,排距2.8m,前3排填塞长度为3m,后排填塞长度为3.5m.爆破后,控制爆区高程顺利下降至+55m,其后侧边坡面未发生滚石现象,边坡上部2.5m高度混凝土层破裂,预留小炮岩墙顶部岩石已经破碎,经机械开挖后大部分岩墙降低至+59m高程,不仅防止了滚石事故发生,同时有效地减小了岩墙小炮的爆破工程量,加快了施工进度.控制爆区破坏范围见图3.l自由+/.U./A图3控制爆区爆破后破坏范围图Fig.3Thebrokenrangeofcontrolblastingareaafterblastin
14、g5爆破安全校核与防护措施5.1爆破振动本工程中爆破中心距离建(构)筑物非常近,因此每次爆破前都需要根据被保护建筑物和爆破中心的距离计算最大单响药量,并通过延时分段起爆的方法控制爆破振动.爆破时对每次爆破都进行振动监测,爆破后将振动数据进行归纳和总结.到2008年11月为止对各保护对象共进行了38次振动监测,得到有效数据76组.测得船坞,下坞通道,水泵房,坞门的最大振动速度见表1,均符合业主对振动速度的要求.5.2爆破飞石露天深孔台阶爆破,个别爆破飞石采用瑞典经验公式j进行校核:RF一K?D式中:R为露天深孔爆破飞石安全距离,m;K为安全系数,取15;D为孔直径,取最大11.5cm.经过计算得
15、R一172m.爆破时个别飞石的最大飞行距离对船坞周边建筑物会造成危害,必须采取相应控制措施:(1)精确钻孔施工,确保每个炮孔都有足够的抵抗线,不出现薄弱面.(2)精细装药施工,对于地质夹层和软弱岩层采取调整装药量或不装药等措施.(3)增加填塞长度,有薄弱面的炮孔采用分段装药的方法.(4)爆破时,加大安全警戒距离.5.3爆破滚石在进行山体爆破开挖时,由于地形高差的影响,飞石落地后会弹跳一段距离,产生爆破滚石,爆破滚石有可能对船坞及设备造成危害.爆破滚石按下式进行验算:XKh-2cos(tga+tgf1)一13式中:h为山坡高差,取75m;a为最小抵抗线与水平线交角取30.;为山坡坡角,取65.;
16、K为系数,一般取0.5;计算得x一115m.赇蛀度m攀一一耋l工程爆破计算结果表明,爆破滚石对船坞影响较大,本工程中必须采取防护措施,尽量避免产生滚石.5.4安全防护措施根据上述爆破飞石,爆破滚石安全验算结果可以看出,由于周围环境十分复杂,除采用控制爆破的技术外还需要进行其它有效的安全防护措施,防止爆破危害的发生.对于岩墙爆破个别飞石的控制,主要采取调整爆破方向,严格控制最小抵抗线,增加填塞长度,个别部位覆盖沙包等方法有效地控制个别飞石的发生.对于岩墙爆破滚石的控制,除采用科学的爆破设计方案外,还在边坡现有的4个马道上分别设置防护栅.防护栅使用钢管搭设,插入基岩内,底部放置柔性砂包来缓冲较大滚
17、石对防护栅的冲击,上部使用竹笆拦截飞石或跳石.在山体两侧坡底通道边搭设12m高的双层钢管防护屏障.双层钢管架根部深入基岩,底部堆放一定高度和宽度的砂包柔性垫层,既能缓冲大的滚石对屏障的冲击,又能增加防护屏障本身的稳定性,柔性垫层上部使用竹笆进行防护.实践证明马道防护栅及钢管架防护屏障能有效地阻挡个别滚石.在爆破施工实践中,监测到的船坞边的爆破振动不超过1.5cm/s,爆破滚石也未进入船坞,爆破飞石控制在60m范围之内.6总结及体会南北分区采用不同的控制爆破施工方法,能够在防止边坡滚石的情况下,较快,较好地处理边坡岩墙,加快施工进度同时取得较好的经济效益,现在该山体大部分已经开挖至+50m高程.
18、通过岩墙爆破的实践有以下体会:(1)岩墙中深孔爆破成功实施的前提是合理的爆破设计.必须根据现场边坡的地形,地质条件进行布孔,一旦发现有地质夹层,破碎带,孤石等情况一定要及时调整炮孔位置.(2)必须合理地控制最后一排炮孔的位置和装药量,使控制爆破区爆破时既能保证不发生滚石,又能使岩墙部分破碎,同时减少小炮爆破的工程量.(3)必须及时清理自由面和根底,减小夹制作用,减小控制爆破区爆破对后侧边坡的影响.(4)小炮爆破最主要是控制小炮的排数和装药量,保证每排炮孔的自由爆破,减小对边坡的作用.参考文献:13肖力群.控制爆破在安托山地质灾害整治中的应用EJ3.爆破,2008,25(1):3637.2库特乌
19、佐夫BH.爆破工程师手册EM3.北京:煤炭工业出版杜.1992.33张正宇,张文煊.现代水利水电工程爆破EM3.jE京:中国水利水电出版社.2003.43郑炳旭,王永庆,李萍丰.建设工程台阶爆破M.北京:冶金工业出版社,2005.5刘世永,郦东东,朱振江,等.控制振动速度条件下高边坡爆破的施工方法与验收标准EJ.工程爆破,2006,12(2):4042.6史雅语,金骥良,顾毅成.工程爆破实践EM.合肥:中国科技大学出版社,2002.73刘美山,余强,张正宇,等.小湾水电站高陡边坡开挖爆破试验J.工程爆破,2004,10(3):6871.(上接第62页J(3)选用优质炮泥,对炮孔加以严密填塞.5
20、爆破效果(1)桥墩立柱爆破高度,梁拱爆破位置对称,起爆顺序及延时时间基本一致,起爆后,桥墩和梁拱垂直塌落,未发生偏移,充分解体,各项指标均达到爆破设计的要求.(2)水下爆破产生的冲击波对新桥桥墩基础没有影响,爆破引起振动速度和飞石距离均控制在允许范围内.(3)本次爆破值得提倡的控制技术就是对桥墩水面以下部分(158高程至148高程)采用Atalas液压钻进行钻孔,沿河床纵向进行双向钻斜孔,用罗盘控制钻孔角度,双向对打孔,确保了桥墩水下部分与水面以上部分同时起爆,效果十分理想.参考文献:13刘殿中.工程爆破实用手册EM3.北京:冶金工业出版社,1999.23中华人民共和国标准.爆破安全规程(GB672220O3)Es3.北京:中国标准出版社,2004.33吴继全,尹成祥.控制爆破拆除双曲拱桥EJ3.西部探矿工程,1996,8(2):4951.43李宗文,李绍衡.拱桥拆除爆破技术EJ3.工程爆破,2006,12(3):7173.