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多排深孔微差爆破在航道炸礁工程中的应用

2009-11-04   来源:安全文化网    热度:   收藏  

  摘要:本文结合长江三峡水库铜锣峡至娄溪沟河段航道炸礁工程实践经验,论述了多排深孔微差爆破技术的应用和效果。近年来多排深孔微差爆破技术在一些大型航道炸礁工程中应用逐渐增多,该技术可有效降低爆破地震波、冲击波,有效控制爆破飞石距离,避免对周边环境造成影响和破坏;岩石破碎效果好,提高清渣工效等。本文对爆破参数选择及爆破震动等进行了分析论述,对类似工程有一定参考作用。

  关键词:微差爆破航道炸礁应用

  0引言

  长江三峡水库铜锣峡至娄溪沟河段航道炸礁工程是充分发挥三峡工程航运效益的重要基础工程之一。实施本次炸礁工程,通过改善航行条件,为三峡工程175m蓄水后万吨级船队安全航行提供保障,为本河段全面达到万吨级船队通航要求打下基础。本文结合在铜娄段航道炸礁工程中的实践经验,探索多排深孔微差爆破技术在航道炸礁施工中的应用。

  1工程概况

  本工程实施炸礁整治的碍航河段共5处,即:铜锣峡、猪脑滩、门闩子、夫归石和龙碛子。工程内容包括水下炸礁和陆上炸礁,炸礁总工程量为321111m3。所处河段两岸建筑密集,居住人口众多,分布有各类码头泊位约320个,已建和在建桥梁共5座,且滨江路上车辆通行密度大,行人较多。

  为保证爆破安全,减少冲击波对周边建筑物的影响,大规模爆破前,进行了减少爆破地震波和冲击波的试验,用来指导爆破施工。由于在爆破作业前对项目的难点和关键点考虑充分并制定有效可行的施工方案,在施工过程中,施工难点、关键点得以控制,既提高了工效,又确保了施工优质安全。

  2多排深孔微差爆破技术

  微差爆破也叫微差控制爆破,是指在爆破施工中采用一种特制的毫秒延期雷管,以毫秒级时差顺序起爆各个(组)药包的爆破技术。其原理是把普通齐发爆破的总炸药能量分割为多数较小的能量,采取合理的装药结构,最佳的微差间隔时间和起爆顺序,为每个药包创造多面临空条件,将齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波,同时各药包产生的地震波相互干涉,从而降低地震效应,把爆破振动控制在给定水平之下。

  多排深孔微差爆破是指一次起爆排数在10排以上,孔深5m以上,孔径一般为F76~F150mm,前后排起爆时差在25~250ms。爆堆表面呈现向上隆起,向前稍有推移,而表面抛散不多,由此推断多排微差爆破的破岩机理,首先是前排临空面(实际是一定宽度的破裂面)和顶面的应力波产生反射拉伸破裂,而后爆生气体的膨胀压力本可产生较大抛掷动能,但受前排阻挡,只能产生挤压碰撞,所以爆后岩块受压碎裂更严重,增加了岩块的破碎程度,爆炸破岩能量比例增大。

  结合铜娄段航道炸礁工程量大、工期紧、周边环境复杂的特点,为有效减小爆破冲击波和地震波对周边建筑物的影响,减小二次放炮率,控制好岩石爆破块度,保证后续清渣效率,缩短工期,施工中采取了多排深孔微差爆破技术。

  3爆破参数选择

  主要爆破参数包括:H为台阶高度;W1为前排钻孔的底盘抵抗线;L为钻孔深度;L1为堵塞长度;L2和L4为装药长度;L3为装药间距;h为超钻深度;α为钻孔倾斜角;b为孔排距;B为台阶上眉线至前排孔口的距离;W为炮孔的最小抵抗线。

  钻孔形式:采用垂直与倾斜相结合的钻孔形式。基线边缘附近为满足及边坡坡度控制要求采取斜钻。

  布孔方式:从能量均匀分布的原理看,本项目采取等边三角形布孔(梅花形布孔),V形顺序微差起爆。

  钻孔直径d:选用全自动一体化液压钻机,钻孔直径d=115mm。

  钻孔倾斜角度:选用α=75°。

  孔深L:按经验公式L=H/sinα+h(m)。

  超深h:1~1.5m,当岩石松软时取小值,岩石坚硬时取大值。

  底盘抵抗线W1:按台阶高度W1=(0.5~0.8)H。

  孔距a或排距b:按公式a=MW1,M━密集系数,通常M值大于1.0。根据排距与孔距的关系,铜娄段炸礁计算孔排距为2-2.5m。

  单位耗药量q:根据经验和查表可得q=0.45~0.6kg/m3。风化岩石取小值,坚硬岩石取大值,本项目取0.5。

  装药量Q:多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量按下式计算Q=q.a.W1.H;多排孔爆破的第二排孔起,以后各排的每孔装药量Q=k.q.a.b.H,K——考虑受前排各排孔的岩体阻力作用的增加系数,一般取1.1~1.2,本工程取1.1。

  堵塞长度L1:一般堵塞长度不小于W1的0.75倍或20~40倍孔径,取2m。

  间隔长度L3:岩石松软时取大值,岩石坚硬时取小值。

  微差时间:按下述经验公式:①按公式△t=KpW1(24-f)。式中:△t——微差间隔时间(ms);Kp——岩石裂隙系数,一般取0.5~0.9,对于裂隙少的取小值,裂隙发育的岩石取大值。f——岩石坚固性系数。②根据经验:一般微差间隔时间取25~50ms。

  4多排微差爆破技术应用与爆破振动分析

  通过我们在铜娄段航道炸礁工程中广泛应用多排深孔微差爆破技术,取得了较为理想的爆破效果。爆后爆堆表面松散,向上隆起约1m,开挖过程中爆堆内几乎无大块解炮。爆破安全也取得了满意的效果,在建筑密集区未发生任何安全事故。在距最后排150m处测得的最大振动速度未超过2cm/s,说明多排微差爆破降振效果显著,从振动波形上看,前0.7s的振动是连续不断的,似乎每一段爆破产生的振波没有分离,甚至在0.2秒时刻还产生了两段振波叠加的现象。在炮孔较多的情况下,由于延时误差波尾与波头振波发生叠加是可能的。

  在振动要求较严格的人口密集地区爆破,必须要使各段爆破振动波存在间隙时间,以便准确控制爆破振动,为此我们又在条件基本相同的情况下试验了前10段跳段排列的爆破网路,振动测试波形主波峰对应一个起爆段,而且各主波峰有一衰减过程,保证主波峰不发生叠加,这样的微差爆破既能控制爆破振动,又能改善爆破效果,确保爆破周边环境安全。

  5合理微差时间与雷管段别排列问题

  首先在爆破振动要求极严格的地区,采用多排微差起爆技术时,为了不使各段爆破振动波形发生叠加,避免峰值振速放大,要求前10段雷管跳段排列,即按照1、3、5、7、9、11、12……段号逐排起爆。因为根据前10段雷管的延时精度,只能保证前段比后段先响5~15ms,而一般振动波形的大幅度衰减需要3个周期以上,大约20ms以上的时间,若不跳段排列,很可能产生波峰叠加,使得振动比预计的更强烈,造成振害安全事故。跳段起爆可使各排起爆时差加大,爆破振动峰值就能拉开,爆破振动强度将在预计的安全范围内。

  6应用效果评价

  6.1总体效果铜锣段航道炸礁工程安全使用炸药290t,雷管6万余发。通过监测的数据表明,爆破震速均在规范规定的安全数据内,岩石爆破块度均匀,清渣效率高,节约成本和保证了工期。

  6.2多排深孔微差爆破优点①移船定位时间减少,一次起爆量大,充分利用动能产生补充破碎效果,并使爆堆比较集中而不产生飞散较远的碎块,挖运方便,工效明显提高,确保了爆破周边环境安全。②加强了入射波(压缩波和反射拉伸波)在自由面方向的破碎岩石的作用。使爆破能量充分利用于破碎岩石,最大限度的减少了块石的二次破碎,保证了工期。③经测试多排微差爆破的地震效应比齐发爆破降低1/3至2/3,因而大大降低爆破副作用对周围环境的影响和破坏,达到环境友好、资源节约的目的。