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中深孔爆破在水下深基坑開挖中的應用

2015-11-03 19:13:07 責任編輯:崔瑋娜

李春軍   代顯華

(長江重慶航道工程局,重慶,400011)

  :千廝門嘉陵汀大橋主基坑開挖施工中,根據工況條件采用水下中深孔爆破施工技術,很好地控制了爆破振動對周邊建()筑物的影響,采用合理爆破設計技術參數,達到了較好的爆破效果,滿足基坑成型的設計要求,節約了成本,滿足了工期要求。

關鍵詞:水下爆破;中深孔;深基坑;減振措施

 

 

1工程概況

千廝門嘉陵江大橋正橋為公軌兩用橋梁,下層為雙線軌道交通,上層為雙向四車道汽車交通,為城市次干道,設汁汽車行車速度40kmh。起于渝中區陜西路,與東水門長江大橋北岸橋臺相接,下穿渝中半島設連接隧道,于洪涯洞旁穿越隧道并跨越嘉陵江,止于江北城南大街,全長約160km,是密切聯系渝中解放碑CBD、江北城片區的重要紐帶,同時也是軌道交通六號線的重要過江載體。主橋主墩基礎工程標段200912月底開工,201010月完工,整個工程原計劃20139月完工。

本次施工主要是主墩的水下基坑開挖,基坑設計開挖范圍輪廓為圓形,直徑38m,開挖平均厚度lOm,總開挖方量約13890m3。施工水位170m,該開挖范圍現全部在水下。基坑設計底高為1514m,設計要求開挖后高程不超過設計底高±25cm,施工水深約19m。施工區域北岸為高架橋(北濱路),距離220m,上游為三根江北城重慶大劇院熱交換水源取水管道,距施工區域最近一根約34m,下游有一根水源取水管道,距施工區域約100m。該施工區域地形較平坦,巖性為泥巖,可爆性較差。施工環境平面圖如圖1所示。

施工典型斷面如圖2所示。

2爆破總體方案

基坑開挖為圓形,開挖方量較大,開挖后高程不超過設計底高±25cm,工期要求兩個月完成。根據爆區周圍環境及地形、地質條件,爆破方案要求解決以下問題:

(1)降低大塊率,提高挖掘效率,確保按期完成施工任務。

(2)合理科學選擇爆破參數,確保爆破后清挖一次成型。

(3)降低爆破有害效應,確保江北城重慶大劇院熱交換水源取水管道安全。

根據上述要求,為按期完成施工任務,并結合水下爆破的特殊性,決定采用以下爆破方案:

(1)采用一次爆破方量較大的中深孔爆破。

(2)采用毫秒微差控制爆破技術,通過控制最大單段爆破藥量以減小爆破振動。

(3)因爆破區域地形變化不大,在圓心處先進行掏槽孔爆破,然后以掏槽孔形成的工作面向周邊進行爆破。

(4)在靠取水管道和爆區之間鉆減振孔,以減小爆破地震波對取水管道的影響,確保重慶大劇院熱交換水源取水管道安全。

3爆破參數的設計

31孔網參數

本工程采用專用水下鉆爆船進行施工,潛孔鉆機鉆孔,鉆孔直徑D=llOmm 

(1)掏槽孔孔排距按15m×15m,直眼掏槽,考慮到圓心處掏槽孔為開挖的起始位置(無工作面),結合水下爆破開挖的特殊性,故超深取20m

(2)為滿足水下爆破鉆爆船鉆孔工藝要求,正常孔(輔助孔)按矩形布置,孔排距取為20m×20m,超深10m,正常孔在掏槽后分排起爆。

(3)周邊孔布置在圓周輪廓線上,采用直孔非光面爆破,超深按20m取。

(4)超寬:考慮本基坑為一圓形,且清碴設備為4m3繩斗式挖泥船,圓周方向超寬取為20m

爆破鉆孔平面布置如圖3所示。

爆破鉆孔斷面布置如圖4所示。

爆破鉆孔斷面布置圖中,正常炮孔施工超深取為10m。掏槽孔爆破無臨空面,為避免留下殘埂,保證爆破效果,超深按20m取,周邊孔和超寬孔處于施工范圍末端,為避免最后炮次爆破留下死角,超深適當加大,均取為20m

(5)炸藥單耗:考慮到水下爆破時需克服的水體阻力,因此炸藥量計算包括破碎巖石所必需的能量和克服阻力所做的功,水下爆破的炸藥單耗較陸地爆破大,根據水下爆破類似工程經驗,本次爆破炸藥單耗q11kg/m3

32炮孔布置

炮孔沿掏槽孔布置,每排5孔,每次起爆10孔。

33裝藥結構

采用直徑802號巖石乳化炸藥連續耦合裝藥結構。采用三起爆體加強起爆,每個起爆體中雙雷管并聯。

34堵塞

水下爆破因水壓力的存在,特別是深水爆破水的豎向壓力較大,壓力與水深成正比(P =ρgH),因此爆破效果較差。在無爆破飛石的情況下水深大于60m),堵塞長度不考慮要大于最小抵抗線的要求,為降低表層塊度,堵塞長度較陸上爆破應大幅減小。根據以往水下爆破的經驗公式,堵塞長度L=10×110mm=11m,取為10m

35爆破網路

水下爆破為隱蔽施工,鉆孔、裝藥不易,并且水下鉆爆施工爆破線路容易受到各種復雜因素的影響,爆破網路的可靠性和確定性顯得尤為重要。導爆管雷管因無法在起爆前檢測爆破網路,且導爆管在水流的作用下,容易在孔口發生磨損及彎折,易造成瞎炮。因此,為便于檢查爆破網路,本工程采用電爆網路。為避免孔間爆破振動疊加,保護爆破區周邊地下管線,采用515段毫秒電雷管微差間隔爆破。

除采用電爆網路外,為進一步提高深水爆破起爆網路的安全可靠度,每孔使用三個起爆體,每個起爆體中采用兩發同段電雷管并聯后串聯的電爆網路。

電爆網路優點:

(1)相對于導爆管雷管起爆來說,電爆網路回路連接情況能通過儀表檢查,并能將阻抗計算數據與實測數據進行比較,及時發現問題,這一點對于水下爆破施工尤為重要。

(2)炮孔有兩發電雷管并聯,提高了水下爆破可靠性,故并串聯法還具有可避免個別雷管質量不良產生盲炮的弊病。

并串聯法電阻計算公式見式(1)~式(3)

    總電阻:

R=Rt+Ro+n·rm    (1)

    總電流:

I=V/R                (2)

    雷管電流:

i=Im                (3)

式中,Y為起爆器的起爆電壓;R為網路主線電阻;Ro為網路區間連接線電阻之和;n為網路中的孔數;r為每個電雷管內阻值;m為同一個炮孔中并聯電雷管數。

通過精確的阻抗計算,在起爆前能夠確定水下電爆網路是否存在問題,基本避免了盲炮的產生。

4爆破安全

根據《爆破安全規程》的有關規定,爆破施工對周邊環境的有害效應主要表現為爆破振動、爆破空氣沖擊波的爆破飛石。在本工程的水下爆破中,爆破水擊波的損害范圍不是很大,不用考慮。因水深在19m左右,爆破飛石也不用考慮。

41爆破振動

為控制爆破振動對江北城重慶大劇院熱交換水源取水管道的影響,嚴格控制單段最大起爆藥量。根據《爆破安全規程》及《水運工程爆破技術規范》中的公式(見式(4))     

     

式中,R為爆破振動安全允許距離,mK為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數;v為保護對象所在地質點振動安全允許速度,comsQ為最大單段藥量,kga為衰減指數。

在本工程地質條件下,取K=150a=18V=3com/sR=34m。代入式(4),可求得允許最大單段藥量為55kg

42減振措施

為了更好地保護江北城重慶大劇院熱交換水源取水管道,爆破前在爆區和取水管道之間鉆兩排減振孔,鉆孔深度為設計底高以下3Om,孔距05m,排距10m,排間減振孔交錯布置。減振孔布置剖面如圖5所示。

 

  5爆破效果與減振效果

  51爆破效果

挖泥船開挖后進行水下地形測量,爆破效果較理想,超寬及超深均控制在要求范圍內,掏槽孔及周邊孔的位置與技術參數選擇合理,爆破后一次開挖成型。三峽水位消落期后,施工單位做圍堰抽水后,基坑形狀受到監理單位、建設單位高度評價,水下爆破施工達到理想效果,爆破效果圖如圖6所示。

52減振效果

單段最大起爆藥量Qmax控制在55kg以下時,測得距爆破區最近距離34m的熱交換取水管道處爆破振速V值均在20cms以下,說明減振孔起到了很好的減振作用,有效地保護了熱交換取水管的安全。

參考文獻

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摘自《中國爆破新進展》


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