某部儲油罐基礎開挖爆破設計

王開志， 楊旭升， 梁秋祥

(北部戰區陸軍第二工程科研設計所， 沈陽 110162)

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某部儲油罐基礎開挖爆破設計

王開志， 楊旭升， 梁秋祥

(北部戰區陸軍第二工程科研設計所， 沈陽 110162)

在某部綜合倉庫庫區內預建7座半地下儲油罐，需開挖直徑35m，最大深度16m的儲油罐基礎，因地質條件相對復雜，現場巖石多為碎石土和花崗巖組成，具有強風化、節理發育和含水量大等特點，采用爆破法進行儲油罐基礎開挖，制定了露天深孔松動爆破和預裂爆破相結合的總體爆破方案。根據現場環境，局部爆區采用逐孔起爆與多孔齊爆相結合的方式，優化布孔方式和炮孔參數；設計了一次起爆，預裂孔先爆，主爆區延遲75ms后爆的起爆網路。成功實施了爆破開挖工程，達到了預期效果，保證了工程質量，可為同類爆破工程提供參考。

儲油罐； 基礎開挖； 爆破設計

1　工程概況

某部綜合倉庫場區擬建7座相同規模的覆土油罐，內徑25m，外徑27m，高約12m，單個儲罐容積5 000m3，鋼結構，擬采用淺基礎。罐底設計標高分別為：1號罐251.00m，2號、3號罐250.00m，4號罐247.00m，5號、6號、7號罐247.00m。爆破作業區高程3.20 ～16.00m之間。需要為在建儲油罐開挖直徑35m的基礎進行土石方爆破。

1.1工程地質

該爆破工程地點周圍均為山體，爆破環境較好。據現場鑒別、原位測試及土質分析，現場巖石主要以碎石土和花崗混合巖組成。

碎石土：主要由殘積風化碎石組成，含粘性土及砂土，局部夾粘性土薄層及風化孤石。層厚1.50 ～5.70m，分布連續，層底埋深1.30 ～5.70m，層底標高245.02 ～266.25m。

花崗混合巖1：強風化、節理裂隙發育，巖芯基本質量等級為Ⅳ級。層厚1.00 ～9.60m,分布連續，層頂埋深0.00 ～5.70m，層頂標高245.02 ～273.02m。

花崗混合巖2：中風化、節理裂隙較發育，裂隙間可見少量次生風化物，巖體基本質量等級為Ⅳ級。層厚6.70 ～20.60m，分布連續，層頂埋深2.80 ～12.80m，層頂標高237.52 ～269.22m。

花崗混合巖3：微風化、節理很少，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅱ級。最大層厚19.50m，分布連續，層頂埋深10.30 ～28.00m，層頂標高231.61 ～262.52m。

1.2工程要求

(1) 確保工期。采取先進的爆破方法、合理的施工工藝及強有力的技術措施，保證爆破在要求的時間內完成。

(2) 確保安全。保證附近設施以及周圍人員的絕對安全。

(3) 確保質量。按照要求爆破到位，工程質量達到優良標準。

2　爆破技術方案

2.1爆破總體方案

根據工程地質情況和爆破工程特點，主體采用露天深孔松動爆破，周邊采用預裂爆破方案。布孔形式見圖1。選用直徑D為115mm鉆機，主爆區采用三角形布孔形式，每個炮孔用兩個起爆體，起爆體由150g2#巖石硝銨炸藥和一個導爆管雷管組成，炸藥選用硝銨乳化粉狀炸藥。

2.2爆破參數〔1-2〕

臺階高度H：4 ～16 m；底盤抵抗線W1：(25 ～45)D，取3 m；填塞長度l2：取l2=1.1W1=3.3 m，為確保安全，l2選3.5 m；超深h：取1 m；裝藥長度l1：(4 ～16)+1-3.5=1.5 ～13.5 m；孔距a；

圖1　主爆孔、預裂孔布置Fig.1　Main blasthole and pre-splitting hole layout

a=mW1，取4 m；排距b：b=0.86a，取3.5 m。單孔裝藥量Q：按Q=q線l1計算，式中：Q為單孔藥量，kg；q線為炸藥線密度，kg/m，取10 kg/m；l1為裝藥長度，m。Q=q線l1=10×(1.5 ～13.5)=15 ～135 kg。鉆孔數量估算：n≈πR2/(a×b) ≈129個；鉆孔總延米估算：L總≈n×L平均≈1 341.6m；主爆區藥量估算：Q總≈L藥×q線≈8 901 kg。

根據地形情況，鉆孔深度在4.4 ～ 16.4m，地面標高在250.00m以上的設計孔底標高為244.60m，地面標高在250.00m以下的，設計孔底標高為245.10m。

布孔形式為三角形〔3〕，同排孔孔深相同，B排孔為最淺孔，孔深為4.4m，C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P排孔的孔深，按照1m的增量依次遞增，P排孔最深，為16.4m，具體孔深根據地形變化進行微調。單孔藥量、孔深及填塞長度見表1。

表1　炮孔、藥量及填塞數據

主爆孔裝藥結構見圖2。

圖2　主爆孔裝藥結構Fig.2　Structure of main blasthole charge

2.3預裂爆破設計

根據邊坡需要較完整的要求，擬采用預裂爆破，因預裂孔不在同一高度，預裂效果可能不理想。

預裂爆破的參數選擇：孔距a預=(8 ～12)D，本工程D為115 mm，a預取1 m；鉆孔數量：n預裂=2πR/a預=110；孔深l：4 ～17 m；鉆孔總延米：l預=n預裂×l平均=1 155 m；

裝藥線密度q線：

(1)長江科學院計算式：

q線=0.034(σ壓)0.63d0.67；

(2)葛洲壩工程局計算式：

q線=0.367(σ壓)0.5d0.36；

(3)武漢水利電力學院計算式：

q線=0.127(σ壓)0.5a0.84(d/2)0.24；

式中：q線為炮孔的線裝藥密度，kg/m；σ壓為巖石的極限抗壓強度，MPa，花崗巖為80 ～200 MPa，取150 MPa；a為炮孔間距，m，為1 m；d為炮孔直徑，為115 mm。

三種公式的計算結果分別為：0.187kg/m、2.06kg/m和0.784kg/m，計算結果差異較大，結合東江水電站爆破工程實例，該工程巖石為花崗巖，孔深為9.4m，孔徑為110mm，孔距為1m，填塞長度為1m，裝藥線密度為0.766kg/m，使用2#巖石硝銨炸藥。根據上述分析，預裂爆破裝藥線密度q線取0.75 kg/m，實際的裝藥線密度由現場試爆結果確定。

填塞長度確定為1 m；預裂爆破單孔裝藥量Q1預=q線l2=2.25 ～12 kg；預裂爆破總藥量Q總=q線l總=783.75 kg,預裂孔裝藥結構見圖3。

圖3　預裂孔裝藥結構Fig.3　Structure of the pre-split hole

3　起爆網路設計

采用導爆管起爆網路。每個油罐基礎一次起爆，預裂炮孔先爆，主爆區后爆，延時時間為75ms。

預裂炮孔共110個，分3組，每組孔數小于40個，組內采用簇聯方式，用兩發瞬發導爆管雷管起爆〔4〕，起爆藥量783.75kg。

主爆區選用排間順序起爆方式，即采用同排齊爆、排間延時的逐排起爆方式〔1〕，B排最先起爆，依次是C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P，排間間隔為50ms。根據爆區周圍環境，1#、2#、3#爆區距離消防亭較近，采用逐孔起爆與多孔齊爆結合的方案，根據與建筑物的距離控制一次齊爆藥量，見表2。主爆區起爆網路見圖4。

表2　爆區與建筑物距離及允許一次齊爆的最大藥量

注：“距離”為“爆區與建筑物距離”。

圖4　主爆區起爆網路Fig.4　The firing network of main blasting zone

主爆區孔內均使用MS12段(550ms)導爆管雷管，孔外使用兩發MS3段導爆管雷管實現排間延時，爆破持續時間1.225s，一次最大齊爆藥量為1 000kg。一次起爆最大藥量為9 336kg。爆破時序如圖5所示。

4　爆破安全計算與校核

根據工程特點，在爆破工程產生的爆破地震、個別飛石和爆炸沖擊波等危害中，爆破地震是主要危害，因此，對一次齊爆藥量的控制是十分必要的。

爆破振動安全距離計算：根據爆破區域周邊環境，1號罐距爆區約90m有座消防亭，為磚混結構，根據爆破振動安全距離計算一次齊爆藥量〔5〕。計算公式如下：

(1)

式中：Q為一次齊爆總藥量，延時爆破時取最大一段藥量，kg；R為爆源至被保護物的距離，m；v為介質質點振動速度，取2 cm/s；K、α為與爆破區域地質地形等因素有關的系數和衰減指數，本工程為混合花崗巖，K=150，α=1.5。

圖5　爆破時序Fig.5　Blast timing sequence

根據公式(1)，可計算當被保護建筑物距離爆區90m時，允許一次齊爆藥量Q為131.2kg；當最大一次齊爆藥量為1 000kg，被保護建筑物與爆區的距離應大于178m。

計算結果表明，爆區與消防亭距離90 ～178m時，根據具體情況，按表2調整一次齊爆藥量；爆區與消防亭距離大于178m時，可按設計藥量和起爆網路進行爆破，即可滿足爆破振動安全要求〔6〕。

5　爆破效果及分析

2015年5月16日，按設計方案進行了爆破作業。爆破后，主爆區巖石塊度均勻(圖6)，爆堆集中穩定，邊坡牢固，危害效應控制良好，被保護建筑物和設備安全，達到了工程目的。

圖6　爆破效果Fig.6　Blasting effect

6　結語

按照工程要求，成功地實施了7座相同規模的覆土油罐基礎開挖爆破。根據開挖對象為碎石土和花崗混合巖的地質條件和現場環境，設計并實施了深孔松動爆破與預裂爆破結合的技術方案，取得了良好的爆破效果，保證了工程質量，確保了被保護對象的安全。本工程為同類爆破工程提供了成功經驗和重要參考。

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〔6〕 爆破安全規程GB6722-2014[S]. 北京：中國標準出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014 [S].Beijing:ChinaStandardspress, 2014.

Blastdesignofoilstoragetankfoundationexcavation

WANGKai-zhi,YANGXu-sheng,LIANGQiu-Xiang

(TheSecondEngineeringResearchandDesignInstituteofNorthernTheaterArmy，Shenyang110162,China)

7oilstoragetanksareneededtobebuiltinonewarehousearea.Thediameterofthefoundationis35mandthemaximumdepthis16m.Accordingtotherelativecomplexenvironmentwithstrongweathered,jointdevelopmentsandlargemoisturecontentgravelsoilandgranite,themethodofopenpitdeep-holelooseningblastingcombinedwithpre-splittingblastingwasadoptedintheexcavationofoilstoragetankfoundation.Thehole-alongshootingandmulti-holehomogeneousblastingwereconjunctivelytakenandtheblastholelayoutandparametersdesignwereoptimized.One-timeinitiationnetworkofpre-splittingdetonationwastakenfirstandthemainblastingzonedelayed75ms.Thedesiredeffectwasachievedandthequalityoftheprojectwasensured.Itprovidedareferenceforsimilarblastingprojects.

Oilstoragetank；Foundationexcavation；Blastdesign

1006-7051(2016)04-0077-05

2016-03-29

王開志(1962-)，男，高級工程師，研究方向為工程裝備。E-mail: 2291106609@qq.com

TD235.37

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.016