復(fù)雜環(huán)境下管道工程接收井爆破開挖方案設(shè)計

遲 平,王 枚

(安徽江南化工股份有限公司寧國分公司,安徽 寧國 242300)

0 引言

接收井是污水管工程的重要組成部分,在管道系統(tǒng)正常運營中有著不可替代的作用[1]

,為節(jié)省施工成本,接收井常采用爆破法進行開挖,但是,爆破產(chǎn)生的危害(飛石、噪聲和振動等) 會干擾、影響人們的正常工作和生活[2-4]。 其中,爆破產(chǎn)生的振動不僅會引起樁井護壁結(jié)構(gòu)發(fā)生動態(tài)響應(yīng),造成護壁結(jié)構(gòu)損傷,削弱或破壞其支護能力,影響樁井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,危及井下作業(yè)人員的安全[5],還會對周邊隧洞、地下基礎(chǔ)、地下管線等地下結(jié)構(gòu)物及圍護墻、樓梯、輸電塔等地上結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生不利影響[6-8]。為減弱爆破開挖對周圍環(huán)境造成的有害效應(yīng),保證施工安全,需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況制訂合理可行的爆破施工方法。

1 工程概況

擬建虎跑路(蓮花峰路—赤山埠水廠)DN1200給水管道工程位于杭州市西湖景區(qū)虎跑路沿線,全長約1.3 km。 接收井位于赤山埠預(yù)處理廠內(nèi),呈圓形,直徑為5.0 m。 沉井底板標高約6.1 m,相連管徑為1.2 m,機械開挖5.0 m 后采用爆破開挖,鉆爆深度為1.5 m。

1.1 工程地質(zhì)

接收井已開挖5.0 m,現(xiàn)場地質(zhì)為:中風(fēng)化石英砂巖(D3Z),灰黃色,石英膠結(jié),塊狀構(gòu)造,單軸飽和抗壓強度為40.7 ～51.4 MPa,平均值為47.0 MPa, 標準值為44.2 MPa,屬較硬巖,巖體較破碎,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

1.2 爆區(qū)環(huán)境

接收井位于赤山埠水廠凈水池與管理方之間,距離凈水池(西南方向)12.3 m,距離最近居民區(qū)(東北方向) 35.27 m、距離花港變電所72.24 m。

爆區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜,如圖1 所示。 爆破點200 m半徑內(nèi)有赤山埠水廠1 座,民房29 戶,花港變電所1 座,赤山埠臨時停車場1 處,北鄰三臺山路,東臨虎跑路,車流量及人流量較大。 爆區(qū)防護要求較高。

圖1 爆區(qū)周邊環(huán)境

1.3 爆破計劃

根據(jù)爆區(qū)地形、地質(zhì)情況配置鑿巖機具,確定采用淺孔爆破法施工,結(jié)合機械開挖排碴。 根據(jù)現(xiàn)場勘察和開采設(shè)計方案,擬采用二次爆破作業(yè)。 設(shè)計標準層階高度為1.5 m,第一層級開挖深度為90 cm,考慮一次開挖殘余和二次超深,第二層級開挖采用90 cm 層級鉆爆,自上而下逐級施工。

2 爆破方案設(shè)計

2.1 布孔方式

接收井做環(huán)形布孔,對稱掏槽。 布孔方式采用中心圓對稱形布孔;以垂直炮孔為主,個別位置根據(jù)實際情況采用傾斜孔。

為減少單響藥量和爆破振動、改善爆破質(zhì)量,采取多鉆孔、少裝藥的布孔原則。 根據(jù)布孔形式,每兩個裝藥孔之間,加布1 個空孔,使之均布爆體和均衡擠壓,避免個別飛石穿孔。

掏槽采用錐型兩步掏槽,間隔空孔;輔助孔主要采用垂直孔,間隔空孔;周邊孔外傾9 cm 左右,根據(jù)鉆具的外傾角調(diào)整至合適角度,間隔空孔;合理設(shè)計延期時間。 布孔方式及延期時間如圖2 所示。

圖2 布孔方式及延期時間(單位:mm)

2.2 爆破參數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗公式計算具體的爆破參數(shù)。

1)單耗:巖石中風(fēng)化時K=1.6 ～2.0 kg/m3,取K=1.69 kg/m3。

2)孔徑:采用YT28 型氣腿式鉆機鑿巖,成孔直徑d=42 mm。

3)孔深:接收井爆破層階高度為75 cm,其中,超深一般取0.1～0.2 m。 根據(jù)進尺量,輔助孔和周邊孔炮孔孔深L1=90 cm,超深為15 cm;內(nèi)圈掏槽孔孔深L2=75 cm,外圈掏槽孔孔深L3=110 cm。

4)炮眼間距:a=(12 ～15)d,根據(jù)炮孔類型適當(dāng)選取相應(yīng)的間距,掏槽孔間距為30 ～45 cm,輔助孔為100 cm,周邊孔為44 cm。

5)填塞高度,采用炮泥堵塞,堵塞長度不小于30 cm,掏槽眼不小于40 cm。

6)單孔裝藥量:通常按裝藥量體積公式先求出每循環(huán)進尺所需要用的藥量Q=KπD2L/4,再按工作面炮眼數(shù)N分配調(diào)整。 一般情況下,掏槽孔裝藥量Qt多裝20%～25%,即Qt=(1.2 ～1.25)Q/N;周邊孔裝藥量Qb少裝5% ～10%,即Qb= (0. 9 ～0.95)Q/N。

接收井主要爆破參數(shù)見表1。 其余爆破參數(shù)見表2。

表1 接收井主要爆破參數(shù)

表2 其余爆破參數(shù)

2.3 裝藥與堵塞

不同爆孔采用不同的裝藥方式及堵塞方法。為減小振動,分散爆破能,采用全斷面加布間隔空孔的方式。 爆破裝藥結(jié)構(gòu)按中心對稱、均布型布置炮孔,淺孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示,堵塞材料用黃沙、黏土。

圖3 裝藥填塞結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

采用排間微差起爆技術(shù),起爆順序依次為中心掏槽孔1#、3#,輔助孔5#、7#、9#,周邊孔11#、13#、15#,如圖4 所示。

圖4 起爆網(wǎng)絡(luò)

3 爆破有害效應(yīng)控制措施

3.1 最大單響藥量

單響起爆最大裝藥量采用式(1)進行計算:

式中:Q為單響起爆最大裝藥量,kg;V為允許的介質(zhì)質(zhì)點的振動速度,cm/s;R為爆源至被保護物的距離,m;K為經(jīng)驗系數(shù),中硬巖取150;a為衰減系數(shù)。

根據(jù)本工程的地質(zhì)巖性、待保護物的結(jié)構(gòu)特征,K=150,a=1.5。 不同建筑物與爆破振動相關(guān)的參數(shù)見表3。

表3 不同建筑物與爆破振動相關(guān)的參數(shù)

最大單孔裝藥量均不超過計算所得單次起爆最大裝藥量。 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境,工程最大單響藥量為4.00 kg,并通過增加分段數(shù)、選擇合理微差間隔時間等方式控制振動有害效應(yīng)。

3.2 爆破個別飛散物安全距離

根據(jù)瑞典德湯尼克研究基金會對露天層階爆破的飛石問題的研究結(jié)論,提出下面的經(jīng)驗公式來估算層階深孔爆破的飛石距離:

式中,d為深孔直徑,cm。

經(jīng)計算,Rf=63～67 m。 鑒于工程的特殊性,飛石控制應(yīng)為零。 采用錐罩掛網(wǎng)式結(jié)構(gòu)(鋼木結(jié)構(gòu),重約2 t),防護罩制作、吊裝按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。 飛石防護結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 飛石防護結(jié)構(gòu)(單位:mm)

3.3 爆破空氣沖擊波

爆破空氣沖擊波計算公式:

式中:Rk為空氣沖擊波安全距離,m;Kn為系數(shù),取1.0;Q為裝藥量,kg,取30 kg。

代入式(3)得:Rk=5.48 m。 因此,爆破空氣沖擊波的影響范圍較小,無須進行特殊防護。

3.4 爆破施工工藝

3.4.1 鉆孔

1)測量放樣

鉆孔前根據(jù)設(shè)計方案及待開挖巖體的實際情況,由測量人員根據(jù)孔網(wǎng)參數(shù)進行實地放樣。

2)鉆機平臺

鉆機平臺必須滿足鉆機移動、架設(shè)及挖掘機清理對平臺寬度的要求,原則上越寬越好,為減少平臺修建的工作量,平臺應(yīng)盡量做到平整。

3)鉆孔作業(yè)

鉆孔必須按設(shè)計的位置、方向和角度進行作業(yè),必須到達設(shè)計孔深,保持底面在同一平面上。鉆孔完成后,將孔內(nèi)的巖粉吹掃干凈。 鉆孔尺寸精度誤差須符合設(shè)計要求,即孔位誤差小于5%,角度誤差小于3°,孔深誤差小于30 cm。

為保證鉆孔成孔率,遇到特殊地層需要調(diào)整鉆孔操作參數(shù)(鉆速、壓力速度、風(fēng)量等),必要時可進行泥漿護壁作業(yè),鉆孔完畢后進行護孔,不合格炮孔要進行補鉆,水孔須吹水。

3.4.2 裝藥、堵塞

1)裝藥前應(yīng)根據(jù)本次爆破所鉆米數(shù)進行裝藥量調(diào)整,孔內(nèi)積水(滲水)無法排凈時,應(yīng)丈量水的埋深,并采用具有防水功能的膠質(zhì)炸藥。

2)裝藥作業(yè)須依照爆破設(shè)計提供的裝藥密度裝藥。

3)炮孔堵塞長度須依照爆破設(shè)計施工。

3.4.3 起爆系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)

1)深孔爆破作業(yè)采用非電微差爆破網(wǎng)路,起爆器起爆。

2)進行網(wǎng)路聯(lián)網(wǎng)作業(yè),須按照爆破設(shè)計提供的網(wǎng)路圖進行聯(lián)網(wǎng)。

3)聯(lián)網(wǎng)完畢,要嚴格認真檢查,以防漏聯(lián)、錯聯(lián)。

3.4.4 吊裝防護罩

完成全部裝藥程序后,利用挖掘機(5 t 以上吊荷)吊裝錐型防護罩。

4 現(xiàn)場試驗

4.1 爆破施工前準備工作

根據(jù)爆破方案設(shè)計進行現(xiàn)場試驗,接收井的待爆破平面事先清理整平,如圖6 所示,采用旋挖鉆機進行鉆孔作業(yè)。

圖6 接收井清理整平作業(yè)

4.2 爆破振動測試

在附近水池、變電站和居民區(qū)等區(qū)域設(shè)置測振點。 將爆破振動測試結(jié)果導(dǎo)出,如圖7、表4 所示。

表4 爆破振動測試結(jié)果

圖7 測點處爆破振動曲線

由表4、圖7 可知,各建筑物的爆破振動處于安全閾值內(nèi)。

4.3 爆破效果

現(xiàn)場爆破效果良好,無啞炮,平均炮孔利用率達到90%,爆破后爆渣松散,塊度一般小于20 cm,底面基本達到設(shè)計層階高度,接收井內(nèi)壁較為穩(wěn)固,周邊水池、民房等均未受到破壞,爆破后接收井設(shè)計深度和直徑達到設(shè)計要求,可為類似工程爆破施工提供參考經(jīng)驗。