一次爆破成型技術在道路開挖中的應用?

李繼業,張劍興,蒲朝欽,郭春陽

(1.中交一公局第四工程有限公司, 廣西 南寧 530003;2.貴州新聯爆破工程集團有限公司, 貴州 貴陽 550002)

0 引 言

施工便道作為工程施工中的重要通道,科學合理的設置和管理便道是保證施工和通行的前提,尤其是在復雜的施工地段,管理者需要面對諸多方面的考驗[1G3].基于爆破施工進度和成本進行綜合考慮,目前對于施工便道主要采用爆破開挖.為實現一次爆破成型且保證爆破質量,李榮興、王林等[4G8]論述了逐孔起爆技術的基本原理和特點,采用多穿孔、裝藥充分分散、優化爆破參數、高精度電子雷管起爆等措施,建立爆破效果評價指標等級,明顯改善了爆破效果,降低了生產成本.然而,爆破施工初期存在地表不平整,利用爆破設計參數進行爆破開挖時,施工便道平整度和爆破效果難以達到要求,嚴重影響著爆破施工進度.針對遵義市東快線道路施工中存在的施工便道爆破開挖不平,影響挖運進度和施工成本的問題,采用了一次成型爆破開挖技術,并取得了良好的效果.

1 工程概況

1.1 工程簡介

遵義市東快線為遵義市南北向主干路,是連接新火車站片區、紅花崗經濟開發區的主要道路之一.本標段起點與擬建東快線相接,終點與擬建東快線播州區路段相連,全線路基總長3.46 k m,標準路幅寬40 m.其中邊坡開挖高度大于或等于8 m的邊坡有6處,具體情況為:K2＋600~K2＋880路段右側,最大坡高35.7 m,坡長約220 m,共5級邊坡;K2＋913.229~K3＋940路段右側,最大坡高38.5 m,坡長約60 m,共5級邊坡;K3＋980~K4＋440路段右側,最大坡高29 m,坡長約80 m,共4級邊坡;K5＋729~K6＋060路段右側,土質邊坡,最大坡高14 m,共2級邊坡.

1.2 地質特征

工程巖體是典型的細砂巖,細砂巖的粒徑0.01~0.1 mm;鈣質膠結,膠結好;層厚,堅實,裂隙不發育,未風化,巖石普氏堅固系數f＝8~12,天然狀態下單軸抗壓強度普遍在34~45 MPa,單軸抗拉強度普遍在6~8 MPa.

1.3 存在問題

工程初期采用爆破開挖施工便道,爆破效果差,主要表現在:大塊數多;挖掘機采裝效率低;部分區段超深過多或超深不足,爆破根底現象嚴重;在挖運過程中,汽車輪胎磨損嚴重,運輸效率低.

2 施工便道一次爆破成型技術

長久以來,絕大多數施工便道的爆破設計工作是根據常用公式和經驗完成的.遵義市東快線施工便道開挖的爆破設計關鍵在于:考慮地質條件和孔徑大小,確定單孔作用半徑;施工便道深孔及部分淺孔區域,以孔深大于孔排距為原則分區段設計孔排距;從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無超深;基于單耗一定,分區段變更單孔裝藥量.經工程實踐,不僅實現了施工便道一次爆破成型,而且保證了爆破質量.

2.1 分段確定孔距

孔排距是決定爆破效果的重要參數之一[9G10],尤其對存在不等孔深的施工便道,進行分段施工時,孔排距的設計顯得更加重要.首先,在掌握地質條件和確定孔徑的條件下,根據生產經驗,確定單孔爆破作用范圍,通常排距小于等于單孔作用范圍,孔間距小于等于2倍單孔爆破作用范圍;其次,由于孔間距或排距大于孔深易產生大塊、根底,而孔間距或排距遠小于孔深易造成孔網參數密集,鉆孔與裝藥成本過高.因此,針對施工便道具有不等孔深特點,結合區段的長度和高度調整孔間排距大小,在部分深孔區段及全部淺孔區段,實施孔間距、排距小于等于孔深.

2.2 分段設計超深

超深是決定施工便道爆后成型質量好壞的關鍵因素之一[11].超深過大,破壞路基,形成坑凹;超深不足,則欠爆,形成根底.因此需要合理設計坡道施工炮孔的超深.

施工便道超深的設計原則:從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無超深.若超深過大,爆破下一坡面巖石路基,挖運過程中出現坑洼,并影響下一工作面鉆孔工序;若超深不足,容易產生根底,不僅開挖、通行困難,而且二次處理成本高;此外,施工便道作為運輸“動脈”,若爆后臺面凹凸不平,加重汽車輪胎的磨損,影響汽車的運輸效率.對于施工便道,深孔有超深,最大超深深度h1,并以分區段長度為步長逐步降低炮孔超深深度,淺孔無超深,即:區段H1超深h1,區段H2超深h2,區段H3超深0,區段Hn超深0 m.

綜上所述:超深的設計應綜合考慮地質條件、孔徑大小、單孔作用半徑,施工便道深孔及部分淺孔區域,以孔深大于孔排距為設計原則分區段設計孔排距;從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無超深.

3 工程應用

為了解決遵義市東快線施工便道爆破開挖過程中存在的問題,利用一次爆破成型技術進行施工便道爆破開挖.

3.1 北側施工便道

北側施工便道坡長150 m,設計坡度8%,爆破坡面寬14 m;坡面設計標高是坡底的標高.圖1(a)和圖1(b)分別是北側施工便道外三維示意圖與無人機航拍圖.

圖1 北側施工便道爆區

首先根據生產經驗確定單孔爆破作用范圍R＝3.5 m,并遵循排距b≤R;孔間距a≤2R.針對北側施工便道具有不等孔深特點,在坡道部分深孔區段及全部淺孔區段,實施孔間距、排距小于等于孔深.分段設計炮孔超深.超深的設計原則為:深孔有超深,最大超深深度1 m,各分區段以步長0.25 m逐步降低超深深度,淺孔無超深.主要超深深度有:1,0.75,0.5,0.25 m;至淺孔區段,為防止爆破破壞路基,造成坑洼,不設超深.

北側施工便道設計參數見圖2.

圖2 北側施工便道爆破設計參數

布設炮孔時,根據設計的孔網參數運用GPSRTK空間定位,按照梅花形方式布設炮孔,并對每個炮孔的位置、深度和孔號等記錄并存儲.

鉆孔鉆機為 HCR2200RD、志高 D440、志高450D,均裝配直徑為120 mm的鉆頭,按設計要求鉆孔.鉆孔技術要求:孔深為超欠不超±0.5 m,間距偏移不超±0.3 m,方位角和傾角不超1°30′;對不合格的炮孔酌情采取清孔、補鉆、回填等措施.

3.2 南側施工便道爆破實踐

南側施工便道坡道,斜坡長度150 m,最大高差12 m,設計坡度8%,爆破坡面寬14 m,爆破挖運后將形成28 m寬斜坡.圖3(a)和圖3(b)分別是南側施工便道的三維示意圖與現場實景.

圖3 南側施工便道爆區

爆破技術實施內容與以上北側施工便道的相同,南側施工便道設計參數見圖4.

北側施工便道與南側施工便道的爆破效果佳,無沖炮現象,巖石外推均勻、鋪散范圍未掩埋附近運輸通道,巖塊適中,后排拉溝明顯.

目前,對于爆破大塊尚沒有公認的定義,判斷是否是大塊需結合現場采裝設備的實際情況而定.現場配備挖掘機HITACHI 670(自配斗容約3.8 m3)與挖掘機 Ko matsu.850LC(自備斗容約4.7 m3),超出挖掘機最大采裝能力的巖塊,需由破碎錘或二次爆破處理,稱之為大快.北側施工便道與南側施工便道爆后均未使用破碎錘處理大塊,挖掘機裝車效率達9~10車/h,較正常水平采裝效率(7~8車/h)提高27%,充分保證了施工便道進度.北側施工便道爆破挖運后形成規整臺面,根平底齊,運輸車行走順暢;南側施工便道爆破挖運后,一次成坡,未有高低不平區段,運輸車行走順暢.

圖4 南側施工便道設計參數

4 結 論

對于遵義市東快線施工便道爆破開挖,深孔及部分淺孔區域,以孔深大于孔排距為設計原則分區段設計孔排距,從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無超深.施工后,取得了爆破根平底齊、一次爆破破面成型的效果.

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