船閘工程深基坑深淺孔爆破施工參數(shù)設(shè)計(jì)研究

張 愷

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523000)

1 工程概況

本工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造位于南嶺緯向構(gòu)造帶的中南段，北有粵北山字形構(gòu)造前緣弧和貴東—蕉嶺斷裂帶，中有東西向清遠(yuǎn)—安流、豐良—佛崗斷裂帶和高要—清遠(yuǎn) S 形斷裂構(gòu)造通過，南鄰新生代三水構(gòu)造盆地是多種構(gòu)造復(fù)合的地區(qū)。工程主要是拆除重建一線船閘主體結(jié)構(gòu)上下游閘首、閘室及部分引航道圍堰基坑石方爆破工程，有效尺寸600.0 m×39.8 m×16.0 m，爆破規(guī)模約11.7萬m3。爆破區(qū)域分為A爆區(qū)和B爆區(qū)。A爆區(qū)南側(cè)75 m處為新建二線船閘航道，北側(cè)40 m處為防洪堤。B爆區(qū)北側(cè)20 m處為白石窯泄水閘集控樓，距白石窯樞紐泄水閘27 m。北側(cè)310 m處為運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備[1-5]。

2 爆破設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目是針對北江航道擴(kuò)能升級工程白石窯樞紐船閘基坑爆破工程做的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要為：①施工過程中的深孔爆破參數(shù)包括深孔爆破施工工藝，以及爆破安全技術(shù)，爆破有害效應(yīng)的控制措施、爆破警戒與信號的規(guī)定、爆后檢查和盲炮處理等進(jìn)行設(shè)計(jì)。②對開槽爆破、道路開拓、臺階修整爆破時(shí)的淺孔爆破進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)[6]。

2.1 爆破方案

爆區(qū)主要為基坑爆破，由于基坑深度較深，周邊環(huán)境較復(fù)雜，爆破時(shí)應(yīng)盡量減少飛石、震動(dòng)等爆破有害效應(yīng)。綜合考慮上述因素，本爆破工程分為A、B兩個(gè)爆區(qū)。A爆區(qū)選用的爆破方法為深孔梯段毫秒延期松動(dòng)控制爆破，單孔單響起爆技術(shù)。先選取適當(dāng)位置(地勢低洼或巖層較軟地段)進(jìn)行開槽爆破，為基坑爆破創(chuàng)造臨空面，當(dāng)形成臺階工作面后以臺階形式向前推進(jìn)；地連墻附近石方采用預(yù)裂爆破技術(shù)，有效控制主爆區(qū)對保留區(qū)的振動(dòng)影響，防止破裂縫伸向保留區(qū)；為進(jìn)一步減小爆破振動(dòng)對地連墻的影響和對已形成預(yù)裂面的破壞，并有效解決預(yù)裂面掛邊問題，擬在梯段爆破孔與預(yù)裂孔之間設(shè)緩沖孔爆破，緩沖孔與梯段孔同時(shí)爆破。B爆區(qū)選用淺孔松動(dòng)控制爆破，最大限度地減小爆破振動(dòng)對重要保護(hù)設(shè)施的影響，嚴(yán)格控制可能產(chǎn)生的飛石對人員、建(構(gòu))筑物及設(shè)備造成的危害[7]。

2.2 石方爆破設(shè)計(jì)

(1)淺孔爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。對爆區(qū)表層的剝離、運(yùn)輸?shù)缆烽_拓、平臺修整爆破及開挖深度5 m內(nèi)區(qū)域，主要采用淺孔控制爆破施工工藝，淺孔爆破鉆孔直徑為φ40～φ42 mm。臺階高度通常不超過4 m，依據(jù)具體情況合理靈活選擇臺階高度。

藥量計(jì)量中單孔藥量可按式(1)計(jì)算：

Q=q·a·b·H

(1)

式中：Q為藥量計(jì)量中單孔藥量，kg；q為單位體積耗藥量，取0.35 kg/m3；a為孔間距，取1.4 m；b為排間距及抵抗線，取1.2 m。H為臺階高度，取4.0 m。

經(jīng)計(jì)算Q=2.33 kg。裝藥及堵塞采用連續(xù)裝藥，堵塞長度L≥寬度W。

起爆方式在孔內(nèi)使用電子數(shù)碼雷管，采用單孔單響逐孔起爆方式進(jìn)行起爆，擬定孔間延時(shí)9 ms，排間延時(shí)17～25 ms。淺孔爆破相關(guān)孔網(wǎng)參數(shù)可參照表1。淺孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)見圖1。

表1 淺孔爆破參數(shù)

圖1 淺孔爆破炮孔平面布置圖與剖面圖

(2)開槽爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。在基坑適當(dāng)位置(地勢低洼或巖層較軟地段)首先進(jìn)行開槽爆破，為后續(xù)深孔松動(dòng)爆破創(chuàng)造臺階工作面，設(shè)計(jì)開槽寬度4～8 m，布置3～5排孔。依據(jù)被保護(hù)物的距離和試爆效果選擇合適的炸藥單耗?？拙W(wǎng)參數(shù)：孔徑d為90 mm；孔深H為6～8 m；孔間距a為2.5 m；排間距及抵抗線b為2 m；采用梅花形布孔。藥量計(jì)量同式(1)，其中單位體積耗藥量本設(shè)計(jì)中計(jì)算時(shí)取0.50 kg/m3。計(jì)算出Q為20 kg。裝藥及堵塞采用連續(xù)裝藥，堵塞長度L≥3 m。起爆方式采用電子數(shù)碼雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，單孔單響逐孔起爆技術(shù)進(jìn)行起爆。設(shè)計(jì)孔間延時(shí)17 ms，排間延時(shí)42 ms。爆破相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)可參照表2選取[8]。開槽爆破裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

表2 開槽爆破參數(shù)

圖2 開槽爆破平面布置圖及起爆網(wǎng)路

(3)深孔爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。φ90 mm深孔爆破技術(shù)基本參數(shù)包括：深孔爆破炮孔的直徑d=90 mm；鉆孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h。底盤抵抗線計(jì)算如式(2)：

W≤Hcotα+B

(2)

式中：W為底盤抵抗線，m；H為臺階高度，m；α為臺階坡面角，本工程中約為85°；B為從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，m，對大型鉆機(jī)，B≥2.0～3.0 m。

經(jīng)計(jì)算本工程取W=2.5 m?？拙郺、排距b計(jì)算如式(3)、式(4)：

a=(1.0～1.2)W

(3)

b=(0.8～1.0)a

(4)

本設(shè)計(jì)單耗q取0.35 kg/m3，單個(gè)藥包藥量Q為31.5 kg。

φ115 mm深孔爆破技術(shù)基本參數(shù)包括：深孔爆破炮孔的直徑d=115 mm；鉆孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h；

底盤抵抗線計(jì)算同式(2)，臺階坡面角在本工程中約為85°；從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，對大型鉆機(jī)，B≥2.0～3.0 m；經(jīng)計(jì)算本工程取W=3 m。此外，孔排距a=3.5 m，b=3.0 m，炸藥單耗q=0.35 kg/m3。單個(gè)藥包藥量計(jì)算為44.1 kg。圖3為數(shù)碼電子雷管裝藥結(jié)構(gòu)圖，圖4為臺階深孔爆破炮孔布置剖面圖。

圖3 數(shù)碼電子雷管裝藥結(jié)構(gòu)

圖4 臺階深孔爆破炮孔布置剖面圖

(4)預(yù)裂爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。本工程中預(yù)裂爆破適用于需嚴(yán)格控制坡度和平整度且?guī)r體較硬的情況。根據(jù)工程類比法，預(yù)裂爆破參數(shù)取值見表3。主爆孔和預(yù)裂孔布置如圖5。鉆孔前按設(shè)計(jì)孔、排距布置孔位，技術(shù)人員可根據(jù)現(xiàn)場條件在一定范圍內(nèi)調(diào)整，孔位調(diào)整以均勻分散、保證平整的開挖輪廓面為原則。現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[9-14]。

表3 預(yù)裂爆破參數(shù)

圖5 炮孔布置平面及剖面圖

(5)裝藥結(jié)構(gòu)。主爆區(qū)深孔和淺孔均采用連續(xù)(耦合)裝藥，預(yù)裂孔采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，如圖6所示。預(yù)裂孔不耦合間隔裝藥作業(yè)的工藝為：①裝藥前計(jì)算好裝藥量，把加工好的藥卷均勻牢固地與導(dǎo)爆索綁在一起，再固定在竹片上，形成藥串。②藥串放入炮孔內(nèi)，竹片一側(cè)靠近輪廓線的外沿。③底部為加強(qiáng)裝藥段，長度相當(dāng)于填塞段，中部為正常裝藥段，頂部為減弱裝藥段。

圖6 裝藥結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

本文以白石窯樞紐船閘工程為例，從爆破施工工藝流程、深淺孔爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)等方面對船閘基坑爆破工程施工進(jìn)行了研究。研究方法主要對施工過程中的深淺孔爆破的爆破參數(shù)，以及開槽爆破、道路開拓、臺階修整爆破時(shí)的淺孔爆破進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法能夠?qū)︻愃扑乒こ讨衅鸨W(wǎng)、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)等參數(shù)設(shè)計(jì)起到一定借鑒作用。技術(shù)人員可根據(jù)施工現(xiàn)場條件在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)爆破參數(shù)，保證基坑爆破效率和安全。