小型洞室爆破施工技术的具体应用

2017-04-10 03:14
水利规划与设计 2017年2期
关键词:导爆管导洞洞室

刘 娟

(河北省南运河河务管理处,河北 沧州 061001)

小型洞室爆破施工技术的具体应用

刘 娟

(河北省南运河河务管理处,河北 沧州 061001)

随着我国水利工程建设量的迅速增加,水利工程施工中需要经常面对小型洞室开挖。本文针对小型洞室开挖中常用的钻爆施工技术进行了探讨,对促进施工技术的应用,提高施工质量和施工安全具有重要意义。

小型洞室;爆破施工;施工举措

随着我国水利施工技术的不断进步,爆破开挖技术在水利工程施工中获得了广泛应用。但就国内水利工程的实际施工方式来看,钻爆法仍然是洞室开挖施工的主要方式,而爆破效果则直接影响到隧洞施工的进度、质量和安全[1]。针对某水利工程中小型洞室开挖的爆破施工方式进行研究,有利于水电施工技术的发展和进步。

1 洞室控制爆破设计

1.1 药包间距

式中W1、W2为相邻两个药包的最小抵抗线。最小抵抗线W取值范围为8~20m之间。

1.2 爆破作用指数n

n的取值受自然坡和非自然坡的影响有所不同,若上式中的W为自然坡时,爆破作用指数 n取0.5,否则n取0.55。

1.3 标准抛掷爆破的单位用药量K

在具体工程施工中,爆破单位用药量受导洞岩性的影响,若爆破部位的基岩属于板岩或石英砂岩,取K=1.2~1.5kg/m3,若岩石存在严重风化,则单位用药量K取最小值。当然,K值的确定主要基于导洞岩性的观察和分析,同时还需根据小规模爆破试验结果综合确定,并根据现场因素的变化进行调整。

1.4 装药量计算

式中,

W—药包的最小抵抗线,m;

K—单位用药量,一般可取K=1.32~1.5kg/m3;n—爆破作用指数;

e—炸药换算系数,通常情况下硝铵炸药取1.0,铵油炸药取1.10;

α—地面坡角的自然坡度。

1.5 上破裂半径

式中,β—自然坡度修正系数,β=1+0.016(0.1α)3;

α、W的意义同前。

1.6 压缩圈半径R1

式中,R1—药包压缩圈半径,m;

μ—介质的压缩系数;

Q—爆破药包的装药量,kg;

Δ—炸药的密度,g/cm3。

1.7 边坡保护层厚度ρ

式中,R1—压缩圈半径,m;

B=边坡侧药室宽度的一半,m。

在具体工程中,对场坪部分,边坡全部采用小孔径深孔预裂爆破,并且预留厚度为15~20m的保护层,远远大于常规设计的边坡保护层厚度ρ值[2]。

1.8 装药结构

为了保证爆破效果,在具体工程使用中一般选用混合装药结构,可选取8%~10%的2#岩石铵梯炸药起爆药,装在中间,选用90% ~92%铵油炸药位列起爆药的四周,如图1所示。

2 起爆方法和网路设计

2.1 起爆方法

为保证爆破效果,在施工中采用复式起爆网路,起爆采用爆破作业通用的非电毫秒雷管,利用塑料导爆管进行起爆网路联接。为便于采用电力起爆器起爆,在起爆网络的最后需要设置两发电雷管。

图1 洞室爆破装药结构示意图

2.2 洞室爆破网路设计

每个药室作为起爆网络的基本构成单元,其中包括4发非电毫秒雷管,其中每2发构成一个起爆体,共两组起爆体,确保起爆效果[3]。4根导爆管引出洞外,在洞外用联接成大间隔等微差复式网路,起爆间隔设计为110~200ms。起爆网路如图2所示。

图2 洞室爆破起爆网路示意图

3 洞室爆破钻爆施工设计

3.1 平洞开挖断面设计

平洞断面设计成梯形,主洞顶宽0.8m,底宽1.4m,高1.8m;支洞顶宽0.8m,底宽1.2m,高1.4m。平洞底面设计成0.5%~1.0%的斜坡,洞口低,以利于洞内排水。

药室为长方体,药室体积计算公式为:

其中:KV—药室扩大系数,取1.4~1.5;

Q—药室总装药量,t;

Δ—炸药密度,t/m3。

3.2 平洞开挖钻爆设计

根据实际开挖断面的大小,在整个开挖断面上共布置10~14个炮眼,其中掏槽眼5~7个,顶眼2~3个,底眼3~4个,钻眼斜率为15%,见图3与表 1[4]。

图3 平洞断面钻爆设计图

表1 平洞开挖炮眼布置表

3.3 平洞堵塞设计

平洞堵塞是爆破施工过程中的重要步骤[5],平洞堵塞的基本原则是:每一个药室口要堵3m左右,如果遇到丁字或十字口堵则需要堵4m,在各导洞口处要加大堵塞长度,以保证堵塞效果,因此堵塞长度应当加大到6~7m。一般来说,爆破设计中总堵塞量应该达到导洞总长度的25% ~30%左右。对于堵塞材料的选择一般可以选用碎石渣或粘土,这类材料一般容易获得,降低施工成本。

在堵塞过程中需要特别注意导爆管的防护工作。具体的保护方法可以采用如下两种:一是采用悬挂保护的方式,具体做法是在导洞壁钉钉子然后将导爆管悬挂于洞壁,同时将堵塞段的导爆管利用塑料袋或其它适合的物品进行包装;二是采用埋藏法,也就是在导洞底挖出一定深度的凹槽,然后将导爆管置于槽内并进行适当的掩埋措施。

4 导洞开挖施工组织设计

4.1 危险品仓库

安全、方便是危险品仓库设计和管理主要原则[6]。仓库的选址需要经过公安管理部门的批准,建于附近的安全地带。仓库的作用在于储存小爆破所需的器材,而大爆破所需的炸药则需要在爆破前运入工地并迅速装入药室,不可在仓库长时间存放,如果由于现场原因,确实不能当天及时装入药室的,可利用临时仓库储存,并派专人严加看守。

4.2 主要机械配备

导洞开挖过程中要采取措施实施交叉作业,以达到充分利用空压机的目的,同时所有的工作面都应该能够在钻爆、通风、出碴三道工序做到分配均匀。一般来说施工中常用的机械设备如表2所示

其中的风管、水管属于易耗品,因此应依据工程施工过程中的实际需要及时配备。

4.3 施工进度

为了保证施工进度,进一步缩短施工工期,导洞的掘进作业可以采用三班作业制,每个作业循环的时长设计为8h,一天可以完成3个循环。

表2 所需设备一览表

从具体每个施工循环来看,设计钻孔 10~14个,平均每个钻孔深度为1.5m左右,因此每个施工作业循环可以完成进尺1.2m,照次计算,每个工作面的每日进尺为3.6m。雨季每次爆破作业的最长主洞为40~50m,则主洞开挖的工期为14天,再加附属工作的施工大约需要6天时间,因此每次爆破开挖的时长大约为20天。

4.4 导洞、药室开挖的注意事项

(1)由于爆破施工具有一定的危险性,因此对工作的技术性要求很高,所以所有参与施工的工作人员都必须有相应的资质,严禁无证人员上岗[7]。

(2)要严格爆炸物品的管理工作,从物品的储存、分发、领取以及使用,必须要责任到人或专人负责,同时还应该做到随取随用,当天没有使用的必须要退回库房。

(3)爆破作业现场属于高危地区,因此应该严禁火种入内,特别是用于照明的必须是低压电照明,严禁使用蜡烛等有明火的照明方式,点炮前,要进行人数清点,确保人员安全后方可点炮。

(4)在爆破后,要及时进行通风工作,只有烟雾等污染物全部排除干净后,安全员方可进入,并进行通风和洞顶的情况检查,特别是洞顶的危石,一定要及时处理,然后方可进行出渣作业。

(5)导洞开挖时要注意及时测量偏差程度,特别是药室一定要按设计尺寸开挖,并做好复核和统一验收工作。

4.5 装药、回填注意事项

(1)成立现场施工调度站

装药和回填是施工过程中最为重要的二道工序,同时由于洞内空间狭小,给作业工作带来极大的不便。在施工过程中出于达到安全施工,缩短施工工期的目的,可以考虑设立施工调度站,统一安排施工作业工作。

(2)装药

装药时要利用手推胶轮车将炸药推入药室,并由值班人员核对装药数量并做好记录,如果药室内潮湿或积水,则需采取防潮处理。

炸药进入药室后,应叠放整齐,并将起爆体置于中间偏上位置。在装药工序上要采取先难后易的原则,从里向外逐个洞室进行装药,每个洞室装填完毕后,要立即进行回填堵塞。

(3)回填与网路连接

在导洞堵塞过程中,需先将塑料导爆管引出洞外,这一过程中必须要保护好导爆管的安全。在其引出洞外后,再由专业技术人员根据预先设计的“起爆网路图”进行网路联接[8]。

5 结语

本文对小型洞室的爆破施工技术进行了探讨,对相关工程施工具有一定的借鉴意义。但同时应该认识到上述爆破方式适合于坡度大、坡面陡的山体地形,因此有一定的局限性。此外,这种施工方法的钻爆、挖运周期较长,从而影响挖运设备效率,所以只适合用于在水电工程的局部地区采用的一种辅助钻爆方法。

[1]周显贵,沈德刚.小型洞室爆破的振速控制与技术措施研究[J].陕西水利,2010(02):97-98.

[2]王阿勇.小型洞室控制爆破技术在石料开采中的设计与应用[J].陕西水利,2009(04):61-62.

[3]晏继杰.小型洞室施工爆破技术应用[J].人民长江,2007(03):73+89.

[4]李玉良,袁永青,胡诚.洞室爆破在察汗乌苏水电站开挖中的应用[J].人民长江,2007(05):29-30.

[5]袁勤忠,杨海峰.加快小型平洞开挖进度的措施及可行性分析[J].水利水电施工,2007(01):12-14.

[6]周宇.地下工程施工技术发展现状[J].水利水电施工,2002(04):25-27.

[7]闫国平.南水北调中线京石段应急供水工程爆破施工安全控制[J].山西水利,2007(03):69-70+72.

[8]刘海洋.渠道石方爆破起爆网路设计[J].华北水利水电学院学报,2011(04):71-73.

TB41

B

1672-2469(2017)02-0142-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.042

2015-10-23

刘 娟(1985年—),女,工程师。

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