深孔豎井爆破在風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)開挖中的應(yīng)用

邱祥成

(徐州礦山化工有限公司)

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深孔豎井爆破在風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)開挖中的應(yīng)用

邱祥成

(徐州礦山化工有限公司)

在風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)開挖中，開挖區(qū)域巖石節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差，由于對(duì)孔底持力層要求嚴(yán)格、工期緊，采用深孔豎井一次性爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制最大單段爆破藥量，取得了較好的開挖效果。

深孔豎井爆破基礎(chǔ)開挖

華能銅山風(fēng)電場(chǎng)位于江蘇省徐州市銅山區(qū)柳泉鎮(zhèn)，東西跨距14.8km，南北跨距11.5km，面積約88.9km2。場(chǎng)址中心距銅山區(qū)北直線距離34km，距徐州市區(qū)北直線距離24km，裝機(jī)容量100MW，本項(xiàng)目一期工程安裝單機(jī)容量2.0MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組25臺(tái)，年發(fā)電量2.02億kW。該工程為可再生清潔能源，符合地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策和可持續(xù)發(fā)展方向，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，具有顯著的節(jié)能和減排效益。

工程所在區(qū)域?yàn)樯綆X地貌，地形起伏，中風(fēng)化石灰石結(jié)構(gòu)，巖石走向北東，傾角10°～30°，普氏硬度系數(shù)為7～10，礦巖容重2.2～2.58t/m3，工程地質(zhì)條件為簡(jiǎn)單—中等復(fù)雜。典型的22#，西側(cè)1.3km為空曠山地，東側(cè)500m為一山村，南側(cè)350m有居民房，北側(cè)800m為鄉(xiāng)村公路，爆破作業(yè)周圍環(huán)境較好。

風(fēng)電基礎(chǔ)場(chǎng)地要求平整，風(fēng)機(jī)采用中風(fēng)化石灰石巖天然地基作為基礎(chǔ)持力層，考慮工期緊、質(zhì)量及爆破震動(dòng)不得影響風(fēng)機(jī)基坑底部持力層，結(jié)合開挖區(qū)域巖石節(jié)理裂隙發(fā)育、完整性差的特點(diǎn)，采用深孔豎井一次性爆破的技術(shù)方案，混裝車多孔粒狀銨油低爆速裝藥，嚴(yán)格控制最大單段爆破藥量，確保基坑低于場(chǎng)地平臺(tái)基礎(chǔ)3.4m，至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高0.2～0.3m時(shí)，人工挖掘至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高，嚴(yán)格控制超欠量。

1　爆破設(shè)計(jì)

1.1風(fēng)機(jī)基坑深孔豎井爆破設(shè)計(jì)

①采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，孔徑90mm；②風(fēng)機(jī)基坑底直徑為18.6m，取20m為開挖邊線，按同心圓排列 4～5 圈，中心空孔、垂直掏槽、輔助深孔，按孔圈設(shè)計(jì)，鉆孔間距2～3m,最外一圈為周邊孔，沿開挖邊線垂直鉆孔, 孔間距為2～2.5m；③中心點(diǎn)離場(chǎng)地平臺(tái)4.9m加上平臺(tái)離基坑底3.4m，根據(jù)巖石地質(zhì)情況預(yù)留0.1m，減少爆破對(duì)基礎(chǔ)持力層的破壞，中心孔深設(shè)計(jì)為8.2m，基坑各孔深為7.5～8.2m，山勢(shì)地形用經(jīng)緯儀、全站儀微調(diào)整，必須使孔底保持在同一平面上，無超深；④取單耗q=0.5～0.6kg/m3，施工時(shí)，可根據(jù)具體情況調(diào)整；⑤堵塞長(zhǎng)度 2.5m，頁(yè)巖層可調(diào)整為3～3.5m；⑥單孔裝藥量Q=30～35kg，用混裝車多孔粒狀銨油炸藥，在φ90mm孔中的延米裝藥量為6kg/m為宜，為防止有底根，中心孔可裝藥10kg，根據(jù)每孔的巖性取樣數(shù)據(jù)，預(yù)留深度，隨時(shí)優(yōu)化單孔裝藥量，適時(shí)采用孔底空氣間隔器，保護(hù)弱巖性處持力層；⑦采用連續(xù)、分段或孔底間隔裝藥結(jié)構(gòu)，雙發(fā)起爆雷管，確保炮孔利用率；⑧采用砂黏土或孔口細(xì)巖屑堵塞,并用炮棍搗實(shí)，有水炮孔應(yīng)排水處理，排不干凈的可使用混裝車防水膠乳炸藥。

1.2風(fēng)機(jī)位外場(chǎng)地深孔爆破設(shè)計(jì)

①孔徑d=90mm；②鉆孔深度根據(jù)臨空面的坡度決定,取3～5m；③炮孔間距a=3～4m，b=2.5～3m;④超鉆深度,超深是降低裝藥中心位置，以便有效地克服臺(tái)階底部阻力，避免或減少留根底，保證開挖底部平整,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超深值一般可按底盤抵抗線來確定，即h=(0.15～0.35)Wd,取1.0m；⑤底盤抵抗線是影響深孔爆破效果的重要參數(shù)，其值過大造成殘留根底多，后沖作用大，過小則不僅浪費(fèi)炸藥，而且使鉆孔工作量增大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取值范圍為3.5～4.5m；⑥堵塞長(zhǎng)度2.5m，最外排孔根據(jù)底盤抵抗線防滾石松動(dòng)爆破，堵塞2.8～3.2m；⑦單孔裝藥量Q=3～15kg,梅花形布孔，連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu),采用砂黏土堵塞搗實(shí)，對(duì)有水炮孔，應(yīng)進(jìn)行排水處理。

爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1　爆破設(shè)計(jì)成果

1.3爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

風(fēng)電基礎(chǔ)工程爆破孔量多，中心基坑孔深，外圍場(chǎng)地平臺(tái)孔淺；機(jī)位中心基坑在山頂，爆后爆堆向中心山頂堆積落差大，為防止?jié)L石等安全危害，中心風(fēng)機(jī)基坑和場(chǎng)地平臺(tái)必須一次性起爆成型。采用由內(nèi)向外分圈，孔內(nèi)置雙發(fā)高段別同段位毫秒導(dǎo)爆管雷管、圈間長(zhǎng)延時(shí)MS5段別雙發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管接力起爆，保護(hù)基坑孔底持力層，減少單段最大起爆藥量。中心、中部掏槽孔先爆，外圍場(chǎng)地孔后爆；地表雷管傳爆后孔內(nèi)仍在延時(shí)，確保了網(wǎng)絡(luò)的可靠、炮孔的利用率。爆破網(wǎng)絡(luò)見圖1。

2　質(zhì)量控制與技術(shù)措施

(1)充分利用經(jīng)緯儀、全站儀嚴(yán)格控制機(jī)位基坑輪廓線精度，根據(jù)資料和地表巖性，預(yù)留深度保護(hù)持力層避免擾動(dòng)。先布機(jī)位中心、內(nèi)掏槽孔，然后布周邊孔位于輪廓線上，內(nèi)第二圈掏槽孔、輔助孔均勻分布，最后外場(chǎng)地孔成均勻梅花排，因山勢(shì)不平逐孔調(diào)整孔深、逐孔標(biāo)識(shí)。及時(shí)觀察鉆孔中巖屑、取樣試驗(yàn)，判斷巖石結(jié)構(gòu)走向，調(diào)整優(yōu)化裝藥參數(shù)。不合格孔深及時(shí)處理，孔底部必須保持在同一水平，嚴(yán)禁超深，鉆孔深度誤差精度±0.1m，否則，不僅爆破效果不好，還將產(chǎn)生炮根，或?qū)A(chǔ)持力層的保護(hù)十分不利。

(2)嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)裝藥量裝藥，不合格孔必須處理；起爆網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)施工，自內(nèi)向外每圈分段逐圈增加。

(3)由于豎井爆破夾制因素多、山勢(shì)高，必須確保填塞長(zhǎng)度、質(zhì)量，避免出現(xiàn)沖孔，杜絕個(gè)別飛石形成滾石危害；警戒擴(kuò)大至山根500m范圍為宜。

(4)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)管理，指派專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤檢查驗(yàn)收，對(duì)開挖質(zhì)量實(shí)行過程精細(xì)控制。外平臺(tái)開挖控制范圍、坡度、平整度符合要求，便于機(jī)臺(tái)的運(yùn)輸安裝施工；機(jī)位基坑應(yīng)定中心，輪廓線內(nèi)3m深開挖，至深度3.2m時(shí)，風(fēng)鎬和人工清挖，隨時(shí)做好巖性取樣、持力層強(qiáng)度測(cè)試，保證基坑底部符合要求，數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，總結(jié)沉降、裂縫，優(yōu)化下一步爆破參數(shù)，做到精益求精，規(guī)范精細(xì)。

3　安全技術(shù)控制

3.1爆破地震安全距離

爆破地震安全距離的確定：

(1)

式中，R為爆破地震安全距離，m；Q為最大一組藥量kg；V為地震安全速度，本工程以民用建筑2cm/s為安全控制標(biāo)準(zhǔn)；K、α為與爆破點(diǎn)地形，地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=150～250，α=1.5～1.8。

參照同類工程經(jīng)驗(yàn)取K=200，α=1.65，V=2cm/s，由式(1)計(jì)算出在距爆區(qū)不同距離被保護(hù)建筑物的單段最大起爆藥量，結(jié)果見表2。

表2　不同距離所允許的最大段起爆藥量

本工程南側(cè)需要保護(hù)的建筑物距爆區(qū)距離為350m，本次爆破方案最大一次齊爆藥量為102kg，該處產(chǎn)生的爆破地震波為0.16cm/s，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，南側(cè)建筑物是安全的。

3.2個(gè)別飛石的安全防護(hù)

個(gè)別飛石的安全距離：

(2)

式中,Rf為個(gè)別飛石最大距離,m；D為炮孔直徑,cm。

經(jīng)計(jì)算，本次爆破個(gè)別飛石最大距離為141.7m，所以周邊保護(hù)物是安全的。雖然如此，根據(jù)爆破安全規(guī)程的規(guī)定，爆破時(shí)的安全警戒距離應(yīng)不小于200m。

3.3爆破沖擊波預(yù)防措施

爆破沖擊波安全距離：

(3)

式中,r為空氣沖擊波最小安全距離，m；K2為系數(shù)，有掩體取15，無掩體取30。

按設(shè)計(jì)計(jì)算，空氣沖擊波對(duì)掩體內(nèi)人員的最小安全距離150m外是安全的。爆破時(shí)，因現(xiàn)場(chǎng)地形條件為較大落差的山區(qū)，為防止?jié)L石危害，確定安全警界350m范圍以外，設(shè)備無法撤離危險(xiǎn)區(qū)的，必須有安全防護(hù)措施，道路必須封鎖，嚴(yán)禁人員、車輛等通過，人員應(yīng)疏散到安全地帶。

3.4爆破效果分析

爆破后開挖效果見圖2，風(fēng)電機(jī)座澆注后效果見圖3。

4　結(jié)　語

采用深孔豎井一次性爆破技術(shù)，鉆孔量多；混裝車低爆速多孔粒狀銨油炸藥裝藥，多圈多段毫秒延時(shí)接力起爆，網(wǎng)絡(luò)可靠，能有效地控制爆破振動(dòng)，巖石碎度均勻，宜于挖掘，平臺(tái)范圍平整度、邊坡度符合要求。基坑坑底用風(fēng)鎬和人工清理后，經(jīng)檢測(cè)持力層強(qiáng)度符合施工質(zhì)量要求，基坑井壁超欠挖均在設(shè)計(jì)許可范圍內(nèi)，確保了施工安全及工程質(zhì)量，縮短了工期，炮孔利用率98%以上，杜絕了二次爆破，節(jié)約了成本，25臺(tái)風(fēng)機(jī)順利安裝并投入使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖2　爆后開挖效果

圖3　風(fēng)電機(jī)座澆注后效果

2016-03-22)

邱祥成(1969—)，男，工程師，221138 江蘇省徐州市。