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關鍵詞:石方工程;定額;預算;成本控制
前 言:
石方工程的施工成本控制是工程施工管理重要內容之一,根據施工定額,結合施工實踐經驗,尋求適應于水電建筑市場的需要,其施工過程中不同層面上的人工工時、材料、施工機械等指標消耗之間的規律性。
一、人工工時消耗指標
(一)石方明挖人工工時消耗指標
每100m3石方明挖工時消耗指標=基本工序消耗指標+輔助工序消耗指標+銜接工序消耗指標。
基本工序消耗指標=[∑(綜合測定工時*崗位技術等級比例)/綜合測定工時量]*100
輔助工是消耗指標=基本工序消耗指標*輔助工序所占比重
銜接工序消耗指標=[非基本工序消耗占循環時間比重/(1-非基本工序消耗占循環時間比重)-輔助工序消耗占基本勞動消耗的比重]*基本工序消耗指標*銜接工序所占比例
(二)石方洞挖人工工時消耗指標
每100m3石方洞挖工時消耗指標=基本工序消耗指標+輔助工序消耗指標+銜接工序消耗指標。
基本工序消耗指標=∑(勞動組合*100m3石方爆破所需鉆孔機械臺時*人工崗位技術等級比例)
勞動組合=施工機械作業時工序取定之和
每100m3石方爆破所需鉆孔機械臺時=100m3石方爆破鉆孔長度/掘進機械生產效率
掘進機械生產率=[(單米基本時間+單米輔助時間)*(1+單米應攤銷時間百分比)]/60
輔助工序消耗指標=基本工序消耗指標*輔助工序所占比重
銜接工序消耗指標=[非基本工序消耗占循環時間的比重/(1-非基本工序消耗循環時間的比重)*(基本工序消耗指標*銜接工序所占比例)
(三)石方運輸人工工時消耗指標
每100m3石方運輸工時消耗指標=基本工序消耗指標+輔助工序消耗指標+銜接工序消耗指標
基本工序消耗指標=[石方挖裝機械消耗量(臺時)/折算系數]*機下人工勞動組合
其中,石方挖裝機械消耗量(臺時)的計算機本文3.1,石方運輸人工工時消耗指標中不考慮輔助工序及銜接工序。
(四)巖級差比值
根據國頒《(DL/T5099-1999)水工建筑物開挖工程施工技術規范》,巖石級別按其硬度劃分十六類,不通水電工程的實測施工資料證明,巖級差比值為非線性關系,尤其是地端兩級的巖級差比值波動較大,在確定原則是要對其進行綜合考慮。
二、材料消耗指標
材料消耗指標是指凝結在單位工程量中的物化勞動,主要包括鉆具材料消耗、火工材料消耗、其它材料消耗等,
(一)鉆具材料消耗指標
鉆具包括鉆頭、鉆桿等材料。鉆具消耗指標的計算:
100m3石方鉆具消耗指標=100m3石方鉆孔長度/[單個鉆具完成鉆孔長度*(1-操作損耗)]
(二)火工材料消耗指標
火工材料包括炸藥、非電毫秒延時雷管、火雷管等,其消耗指標的計算式:
100m3石方火工消耗指標=100m3石方鉆孔長度*單米火工材料消耗量
(三)其他材料消耗指標
其他材料消耗指標以元為單位計算。
三、施工機械消耗指標
施工機械消耗是指應攤銷在單位工程量中的設備價值及運行費用,主要包括掘進機械、輔助機械及裝運機械等三部分。
(一)掘進機械消耗指標
掘進機械主要包括風鉆、鑿巖臺車、液壓鉆等按施工組織設計的要求,掘進機械又可分為石方明挖機械和石方洞挖掘進機械。
1.石方明挖機械消耗指標=單米鉆孔時間*鉆孔工效系數*100m3石爆破工程量鉆孔孔長度
公式中,”單米鉆孔時間”為純鉆孔時間與輔助時間之和,100m3石方爆破工程量鉆孔長度為實測綜合指標。
2.石方洞挖掘進機械消耗指標
石方洞挖掘進機械消耗指標=100m3石方爆破工程量鉆孔長度/掘進機械生產產效率
=100m3石方爆破工程量鉆孔長度*((基本時間+輔助時間)*(1+應攤銷時間百分比)/60)。
其中,基本時間為純鉆孔時間,應攤銷時間為廢孔、卡鉆、夾角等影響因素所消耗指標的時間。每臺時按60分計。
(二)輔助機械消耗指標
輔助機械主要包括載重汽車、通風設備等。按施工組織設計要求,輔助機械又可分為石方明挖輔助機械和石方洞挖輔助機械。
1.石方明挖輔助機械消耗指標
石方明挖輔助機械的組成較為簡單,一般對實測資料進行整理后直接采用。
2.石方洞挖輔助機械消耗指標
石方明挖輔助機械涉及施工配置,其消耗指標須經分析計算。以通風設備為例,風鉆石方開挖要根據施工斷面配置風鉆數量,多臂鉆(或液壓鉆)石方開挖
要考慮液壓平臺車,裝載機等相應施工機械并列作業的通風時間。
石方開挖(風鉆)通風機械消耗指標計算式為:石方開挖(風鉆鉆孔)通風機械臺時=100m3石方爆破所需鉆孔時間(h)+100m3石方爆破所需定孔及裝炸藥時間(h)+100m3石方爆破所需銜接工序時間(h)。
石方開挖(多臂鉆或液鉆)通風機械消耗指標計算式如下:石方開挖(多臂鉆或液壓鉆)通風機械消耗臺時=100m3時石方爆破所需機械臺時+100石方爆破所需液壓平臺車臺時+100m3石方爆破所需安全處理機械臺時+100石方爆破所需用銜接工序臺時。
(三)裝運機械消耗指標
石方裝運機械可分為石方挖裝和石方運輸機械,不同的施工組織設計對石方裝運機械配置有不同的要求,但其基本消耗指標見以下分解。
1.石方挖裝機械消耗指標
石方挖裝機械主要包括液壓反鏟、推土機、裝載機等設備,其消耗指標的計算依據為各作業步所需時間和有關折算系數,詳見表1,表1中挖掘機械”一斗循環凈時間”的綜合取值為石方明挖和洞挖兩部分。
2.石方運輸機械消耗指標
石方運輸機械主要分為自卸汽車,其消耗指標的計算需進行進一步的分解。由于存在運距、段距、段速取值上的不同,有關指標又分石方明挖和石方洞挖兩部分,其計算數據見自卸汽車行駛速度和往返時間、自卸汽車輔助時間、挖掘機裝車斗數。
四、結語
石方工程是水利水電工程施工的重要環節,其中有些定額字目還與砌石、灌漿、人工砂石料等工程有著密切關系,因此,石方工程作為施工成本控制的難點、重點,在工程實踐中將會有更多、更合理、更科學的方法。尤其是100萬方以上的石方開挖量或者是工程地質條件復雜、工程特點差異較大,結合實際情況,尋求是以不同工程類型、不同工程特點的石方開挖成本控制方法,為施工企業創造更好的經濟效益。
參考文獻:
[關鍵字]:頂管施工、微型爆破
頂管施工技術是一種地下管道施工方法,隨著城市建設的發展已越來越普及,它不需要開挖面層,能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。當頂管穿過土層基本為粘性土、砂性土等土層,可采用泥水平衡,土壓平衡頂管機頂進,當頂管穿過堅硬巖層時現在普遍采用另一種不同的頂進技術:微型爆破頂管施工技術。
筆者在設計深圳葵涌污水處理廠配套干管工程時,有段350m長DN1500的污水管需要穿過強風化巖及中風化巖,經過經濟及技術比較后采用頂管方案通過。在地下頂管施工中遇到巖石地層,按照常規施工工藝,可采用風鎬破碎巖體,或者采用鑿巖機械頂進。采用人工風鎬破碎巖體,工作環境差,進度緩慢,不適于長距離巖體破碎成洞;采用鑿巖機頂進價格昂貴,并需進行技能培訓,增加項目投資,大大滯后工期,不經濟。通過綜合分析比較,決定采用微型爆破頂管施工技術來解決這一施工難題。
1、爆破方法的選擇:
由于本工程水平成洞尺寸(直徑1.5m)較小,爆破成洞精度要求較高,加之爆破地點位于居民區,四周房屋較多,故對爆破安全要求很高,針對工程的實際情況,洞身爆破及頂管工作坑爆破均采用石方靜力爆破法爆破。微型爆破工藝流程圖如下:
2、靜力爆破法無聲破碎劑性能介紹
靜力爆破法采用無聲破碎劑進行爆破。無聲破碎劑在中華人民共和國建材行業標準《無聲破碎劑》(標準號JC506-92)中定義為:凡經高溫煅燒以氧化鈣為主體的無機化合物,摻入適量外加劑共同粉磨制成的具備高膨脹性能的非爆破性破碎用粉狀材料,稱為無聲破碎劑(又稱靜態破碎劑)。無聲破碎劑是通過與水反應,形成固相體積增大的結晶,結晶生長對孔壁施加壓縮應力,當壓縮應力與垂直方向的張拉應力超過了脆性物體的極限強度時,物體發生龜裂,隨著無聲破碎劑的膨脹壓不斷增長,被破碎物體的裂縫不斷擴大,直到破碎。常規施工方法是將無聲破碎劑用水拌成漿體,填充在巖石鉆孔中,在常溫下可產生30Mpa以上的膨脹壓,經6 h~24 h將混凝土構筑物或巖石破碎。
3、微型爆破設計
巖石的破碎設計首先要了解山體的地質構造、巖質、節理發育狀況,巖石的抗壓強度和抗拉強度,然后確定破碎時的最小抵抗線形W、孔距a和排距b、孔徑D、孔深L、鉆孔方向和鉆孔布置。根據經驗,各種參數一般估計值如下:
3.1 最小抵抗線形W
最小抵抗線應根據巖石的形狀、節理、鉆孔孔徑和要求破碎的塊度等因素來確定,一般取值為:
破碎軟質巖石:W=40cm~60cm,
破碎中、硬質巖石:W=25cm~40cm。
本段頂管基本穿過中風化巖,屬于中、硬質巖石,所以取W=35cm
3.2孔距a和排距b
巖石破碎塊度較小時,W、a、b均取小值,相反,取大值,一般取值為:
破碎軟質巖石:a=40cm-60cm,
破碎中、硬質巖石:a=30cm-50cm。
排距b應根據巖體的自由面多少決定,自由面多,b取較大值,反之,b取較小值。多排孔分次破碎時,b一般等于(0.6-0.9)a。多排孔宜采用梅花形布孔。
本段頂管穿過中、硬質巖石,取a=40cm,b=0.8a=32cm。
3.3孔徑D
孔徑是決定無聲破碎劑破碎效率的重要因素。孔徑D較大,破碎劑裝藥量多,產生的膨脹壓較大,其破碎效果較高。但由于破碎劑水化同時放出熱量,當內部蓄熱狀態達100℃時,破碎劑漿體中未水化的水分就會沸騰,產生蒸汽壓,從而把無聲破碎劑漿體噴出來。所以,最大孔徑D主要取決于無聲破碎劑漿體是否噴出來。一般孔徑不宜小于20mm,但不宜大于50 mm,本工程取D=40mm。
3.4孔深L
孔深大小主要取決于破碎面的高度(H)和巖石的約束程度。一般按如下公式計算
L=(O.90-1.05)H。(H為設計破碎高度)
本工程H=2.0m,L取1.8m。。
本段頂管爆破半徑R=100cm,在外圈環向加設一排光面爆破孔,間距20cm,使微爆孔洞成型。孔距、排距、孔徑及孔深等以上參數為設計中的估算值,在具體施工中應根據實際地質情況進行適當調整。
3.5破碎劑型號的選擇
根據中華人民共和國建材行業標準《無聲破碎劑》(標準號JC506-92)中的規定,產品根據使用溫度分為三個型號,如表1
表1無聲破碎劑型號和使用范圍
結合本工程的地點及施工時間,選用無聲破碎劑I型。
3.6無聲破碎劑使用量估算方法
根據試驗檢測無聲破碎劑每立方米漿體中無聲破碎劑重量K值。SCA-Ⅰ型號,K=1540 kg.m-3。
無聲破碎劑用量Q=πR2LK
式中:Q――每米鉆孔的無聲破碎劑理論用量,kg/m3;
R――鉆孔半徑,m;
L――鉆孔深度,m;
K――每立方米無聲破碎劑漿體中無聲破碎劑用量,kg/m3
本工程鉆孔直徑D=40mm,鉆孔深度L=1.8m,得出每m鉆孔裝藥量為3.48kg。
3.7拌漿及灌漿
無聲破碎劑一般每袋5 Kg,加水量一般為無聲破碎劑重量的30%,即加入1 500ml的水,無聲破碎劑漿體以暢流入孔為準,不宜多加,否則會降低破碎效果。混合攪拌時間一般為60 s~90 s。
對于垂直孔,可直接傾倒進去,孔口留下2 cm左右空隙,用廢紙或廢布將口堵實。對于斜孔或水平孔,為防止倒流的現象,可用水灰比為0.25~0.28的水與無聲破碎劑拌成漿體,用手搓成條,塞入孔中,再用木棒搗壓密實,最后用塞子堵口。
3.8清理破碎巖石
一般過24小時,無聲破碎劑完全膨脹后,由人工使用鋼釬清理破碎的巖石。清理的順序自上而下,在清理過程中應注意安全,防止巖石墜落砸傷工人。
4、混凝土導向管基設計
用經緯儀定出管軸線及高程,采用C15砼澆注砼管基,管基厚10cm,為90°下底
弧。為提高混凝土的早強強度,管基砼澆筑時加早強劑。示意圖如下:
5、頂管四周注漿設計。
本段頂管管材為鋼筋砼管,在廠家生產時每節管道自身預留4個灌漿孔。砼導向管基達到一定強度后進行頂進,每50m頂進結束后進行壓注水泥漿,注滿管外壁與巖石之間的縫隙。注漿材料為水泥、粉煤灰(重量比1:1)混合漿液,采用注漿泵進行注漿,注漿壓力>0.1Mpa。漿液凝固后起到固定管道、防止滲漏及加固地層的作用。
6、結論
爆破施工是隧道工程施工中較為基礎和較為關鍵的一環,爆破施工的安全、到位,對整個隧道工程的施工安全和施工質量有著顯著的影響。爆破施工的安全性、破碎程度、炸藥用量是影響其造價的主要因素,其中又以火藥的使用量對爆破施工造價的影響最為顯著和直接,因而要控制好水壓爆破施工造價就要注意以下方面因素。
1.破碎程度
結構物的破碎程度對施工造價具有一定的影響,結構物的材料、強度以及清理碎渣的方式是造成施工造價提高的主要因素。
2.安全因素
在爆破30~50ITI周圍的重要保護對象要降低藥包的使用量,保證爆破后的裂片不會隨意墜落,防止因安全因素造成施工造價的提高。
3.結構物特征
結構物的材質類型、結構形狀特征和結構強度在爆破施工中如果缺乏對結構物的了解,一定程度上會加大爆破的難度,施工造價也就相應的提高了。
4.藥包布設
在實際的施工操作中,為確保爆破效果,一般情況下會增加布設藥包的地點。但是,過多的藥包布設并不一定會提高結構物的破碎質量,因此,藥包的布設要在爆破前充分計算。
5.用藥量公式的選用
經驗公式的選用也會影響到工程的整體造價。水壓爆破的用藥量要選用最合適的經驗公式,這要求設計者一方面要具備豐富的技術經驗,另一方面要求設計者充分考慮爆破的實際條件,盡量選擇合理的用藥量。由于水壓爆破施工的用藥量尚無公認的計算公式,目前常采用的計算公式也多為半理論型公式,因而應通過公式計算與爆破試驗相結合的方式確定用藥量。本工程施工中,首先通過經驗公式Q=Kb·Ke·δ·B2。再通爆破試驗確定了分層多藥包的布設方法及確定了炸藥的用藥量,為節約用藥量和提升施工效果奠定了良好的基礎。
二、應用水壓爆破技術所產生的經濟效益分析
水壓爆破技術的使用降低了爆破所使用的用藥量,降低了工程某個環節的成本,節省了人力、物力,減少了工程的支出。同時,加快了工程的施工進度,提高了工程的施工效率,最大程度上提高了工程的經濟效益。
1.減少用藥量,節省單項開支
水壓爆破技術的操作方法在挖槽、炮眼布置、炮眼數量、炮眼深度、起爆時間等方面的設計與常規爆破方法基本相同,而水壓爆破施工中增加了對炸藥、水泥袋、泡泥在炮眼中長度的設計。通過這一設計而提升炸藥所發揮出的能量,從而使炸藥的有效利用率大大增加,對圍巖的破碎效果也更為理想。眾所周知,炸藥費用時隧道開挖過程中的主要成本之一,減少炸藥用量對于節約隧道工程造價,提升隧道工程經濟效益有著重要的意義。本工程通過公示計算、爆破試驗相結合的方式確定了最佳用藥量,且實現了較為理想的爆破效果,僅炸藥費用一項就比常規爆破方式節省了約20%的費用,火藥用量與定額比較節約了0.23~0.34kg/m3,費用與定額比較節約了58.01~86.89元/m。
2.加快施工進度,提升經濟效益
隧道爆破中,圍巖的破碎是炸藥的包扎所產生的能量與爆炸氣體膨脹的聯合作用而造成的,由于水壓爆破法大大提高了炸藥爆破的能量,更有利于圍巖的破碎,因而爆破效果有效改善,這樣一來大大加快了施工進度。此外,由于本次施工中通過公式與爆破試驗相結合的方式較為準確地確定了炸藥用藥量,且藥包的布設也經過嚴格的設計,因而爆破施工安全性得以有效改善,在取得了良好的爆破效果的基礎上,圍巖裂片隨意墜落的現象幾乎沒有發生,減少了因安全事故而造成的工期延誤及經濟損失。使工程在規定工期內高質量地完成,無論是對于施工單位還是對于工程業主,都帶來了理想的經濟效益。
三、總結
(1)第一種是對炮眼無回堵塞裝藥結構的工程爆破項目加以跟蹤,整個跟蹤過程共含3個循環。我們通過跟蹤記錄表能夠得到如下信息:該種爆破方式平均每個循環的裝藥量約為205kg。每立方米的單位用藥量約為0.98kg,實際平均爆破進尺參數約為3.1m。
(2)第二種裝藥結構采用炮眼用炮泥回填堵塞的方式進行。在這一過程中,裝藥結構與上一種裝藥方式基本一致。我們根據跟蹤統計資料將其與第一種裝藥結構進行對比發現:第二種裝藥方式所需要的炸藥總量較第一種有明顯提升。平均每立方節約了0.06kg炸藥,每次循環的時心參數也提升了4%,爆破總體炮堆距離較第一種裝藥結構炮堆距離也縮短了3%左右。
(3)第三種裝藥結構是炮眼底水袋以及水袋和炮泥回填堵塞。該種裝藥結構同樣需要對其3個循環加以跟蹤與記錄。所得數據在于第二種裝藥結構進行比對中我們發現:這種方法又比炮眼無回填堵塞的炸藥節約量為每立方0.1kg,每次循環的進尺參數提升了4.5個百分點。
(4)第四種裝藥結構為炮眼水袋與炮泥及性能復合堵塞。將跟蹤記錄結果與第三種裝藥結構進行對比,我們能夠總結:這種方法比第三種裝藥方式在工程爆破總體炸藥需求上有所節約。進尺每個循環提升了7%左右。與此同時,整個工程爆破爆堆的距離明顯縮短。
(5)第五種裝藥結構采取的是炮眼底水袋及炮泥復合回填堵塞方式。跟蹤記錄3個循環,與炮眼無回填堵塞對比記錄結果,平均每立方節約炸藥為0.16kg,進心提高9.4%,50cm以上的大石塊降低65%,煤堆的距離縮短32%。如以上分析,我們總結出第五種裝藥結構是最優的裝藥結構。它不僅在炸藥需求總量、爆破后大石塊遺留度、整體煤堆距離等方面有明顯提升,其實際工程爆破效果也是最為突出的,值得我們在實際爆破工程中加以采用與推廣。
水壓爆破技術的優點
(1)從爆破的設計上來看,水壓爆破方式與傳統意義上的爆破方式并無太多的差異。其最大的差異在于水壓爆破增加了裝藥量和水袋及炮泥在炮眼中位置和長度的比例的設計和計算。
(2)從施工工藝看,水壓爆破比常規爆破在施工工藝上增加了炮泥堵塞和炮眼注水工藝。這兩項技術也是水壓爆破的關鍵。
(3)從施工組織角度來看,水壓爆破與傳統意義上一般性爆破最大的區別罪域它在工程爆破過程中增設了水袋與炮泥堵塞這兩個預備環節。特別值得一提的是:在水壓爆破過程當中,炮泥的堵塞與裝藥能夠在同一施工平臺中同步完成,這能夠極大的縮短工程爆破所需的施工組織時間,進而確保施工效率的合理提升。
(4)從安全的措施上來看,水壓爆破在常規爆破安全措施的基礎上又增加了兩項安全措施。一個是炮眼中炮泥長度的嚴格控制,這樣做能夠較好的防止“沖泡”問題的產生。與此同時,炮眼中的炮泥的長度也不能設置的過短,最起碼,炮泥的長度需要大于預爆水袋的基本長度,以策安全。
(5)從經濟上看,水壓爆破較傳統意義上的爆破方式來說所取得的工程爆破效果更為明顯。以本文所研究的袍子嶺隧道進口段工程爆破實例來看,采取水壓爆破所需要的火工品費用較傳統意義上的爆破費用至少節約了20%以上。
關于水壓爆破的難點的控制
(1)水袋與炮泥的制作及其運輸方式分析。一般來說,炮眼注水袋都要用直徑與炮孔直徑相適的為準,炮泥的制作也要使用特定的PNJ-1型炮泥機。在運輸過程中我們應當采取那種空隙小且無任何倒鉤的容器來完成水袋的盛放工作。特備值得注意的是:水袋在運輸過程中需要輕拿輕放。
(2)水袋注水安裝技術分析。一般而言,水袋的注水量要需要控制在水袋總容積的80%~90%之間,不要太多或者太少。太少了就無法完全發揮水袋在爆破時所產生的高水壓作用,而注水量過多也會使得我們在向水袋注水過程中發揮不同形式的破裂,進而使得水袋注水工作無法順利完成。
關鍵詞;工程爆破,地震動,研究
中圖分類號:O643.2+23文獻標識碼: A
一、前言
近年來,我國工程爆破技術雖然取得了快速發展,但依然存在一些問題和不足需要改進,工程爆破所導致的地震波動都會影響著我們的生活。在建設社會主義和諧社會的新時期,加強對工程爆破技術的控制,對確保我們的切身利益有著重要意義。
二、工程爆破的簡單概述
在城市建設工程的施工中經常會遇到爆破,爆破的爆炸源是從形態的振動波的形式傳播的,并能夠導致其他周圍的振動,爆破引起的振動稱為地面運動,由于強度逐漸增加,爆破中心距離業主衰減。當爆破地震達到一定強度的時候,就會造成地球表面和周圍的建筑設備等不同程度的損傷。
對于爆破地震效應研究的地震動衰減規律及周邊爆破所造成的影響,開始于1920年左右,國外研究人員在這個領域上已經在進行研究,特別是在50年代,由于地下核試驗和核保護工程的發展,使得爆破在工程施工中有了廣泛的應用。通過國內和國外在爆破上的理論,研究人員進行了一系列的仿真分析和實驗研究,取得了很大進步。總結出主要的兩種方法:第一種方法是根據經驗的爆破,爆破振動衰減和一般規律對建筑物造成的破壞,在此基礎上選擇合適的方法和劑量,確定爆破的安全距離。第二種方法是基于爆炸力學和動力學的理論,利用適當的模型和參數,對數值模擬分析,研究爆破地震效應,提供基礎工程的爆破設計。
三、爆破地震波傳播的特性
因為復雜多變的爆炸源(炸藥、裝藥結構、爆破參數的多樣性),物理機械性能的傳輸介質和多變性的地形,爆破地震波有著隨機不可重復的特點,它隨時間的不同呈復雜變化。在不同條件下進行實測,爆破波形和頻譜實際上反映了不同條件下的爆破振動波形的生成有明顯的差別,不僅在振動振幅的變化上是復雜的,在波的頻率和持續時間的一個爆炸性的來源和特點也是復雜的,有著不同的音高爆破,爆破規模和介質,都表現出明顯的差異。
爆破能量的傳播是一個衰減的過程,爆破地震波在不同介質中只含有百分之三到百分之二十的總能量的爆炸,時間作用也比較短,也有特點造成的影響,通常瞬態振動的危害容易被人忽視。
包含各種頻率成分的爆破地震波是一種寬帶波。在傳播過程中,由于過濾介質的影響,爆破地震波從爆炸源就相對接近高頻的成分,波傳播到遠處,高頻率被逐漸吸收,低頻率可能會蔓延到更遙遠的距離。包含一個或更多的爆破地震波頻率的主要組件,不同頻率成分對結構、設備和人員的影響都顯然是不同的。大多數的爆破地震波頻率主要集中在低頻段,這接近了自然頻率的結構,可以產生共振現象。從而增加了對結構損傷的影響,所以頻率爆破地震波的特性不能被忽略。
四、我國采用的爆破破壞判據
用來測量爆破指數有多個爆破振動的數量,主要包括速度、位移和加速度。在工程實踐中,絕大部分使用的地面振動速度的粒子為主要的物理量爆破的安全措施,但在地震工程中大多使用與地面振動加速度的粒子。速度、位移和加速度可以通過辛普森數值積分公式或擬合數值微分公式的相互轉換。
事實表明,地震波的強度與密切相關在單一環的控制和傳播距離中。因此,常用的地震強度預測公式通常是水平距離的函數,其一般形式(位移、速度和加速度)是:
A=KQmRn(A:爆破震動強度的物理量,Q:最大段藥量,R:爆心距,K,m,n是地形常數)。
以粒子的振動速度做為參考可以很容易地與計算地震力,因此,它常被用作一個破壞判據,根據式可以源自許多不同的公式適用于不同的情況。使用單一參數評價標準,經驗公式構成了主框架對爆破地震強度進行預測。這只考慮了單一的影響,而忽略其他因素的影響,其他因素不變歸結為地形,不同形式都有著不同的頻率,這種爆破安全規程易于推廣,所以被廣泛使用。
五、工程爆破技術存在的問題
1.基本沒有對爆破振動傳輸爆炸近區過濾特性的研究
根據圍巖的損傷程度,藥量在巖石的爆炸效應將形成三個領域:腔面積、破碎區和彈性區。彈性區域分為裂隙帶和振動區。因此,爆破地震波在粉碎區后,徑向裂紋帶濾波器傳輸。同時在腔壁的作用下,爆破的原始氣體進行膨脹和收縮的脈沖激發傳播機制研究的過程中,應該涉及高壓膨脹的炸藥爆轟的相互作用。巖體破碎帶和裂隙帶狀態特性的本構關系和損傷巖體,在巖體的過程中,脈沖孔壁存在卸載問題,和大小的損傷區和損傷區和應力表面的彈性振動區域安排深入研究。研究這個問題最基本的效應在于對爆破地震波的研究,這起到了最重要的基礎工作的作用。
2.不夠重視對爆破地震波傳播的頻率特征的研究
地震波頻率與爆破規模、方式、裝藥結構的裝藥量、爆破、介質的物理和機械性能,研究其變化規律的傳播距離,不是一個理想的,能夠讓人普遍接受的估計頻率,這對爆破地震波在不同介質變化的數量和距離的理論或經驗公式都不能夠很好的進行研究,根據其傳播特性,爆破地震波頻率應在今后的研究中得到加強。
六、爆破震動衰減規律
1.爆破振動衰減法與爆破方法密切相關
根據小型爆破試驗和生產爆破測量經驗公式可以看到,即使在同一地區,根據不同的測試方法得到衰減公式的地質和爆破方法系數值很大,如果不是為了在測試條件下,衰減法直接進行應用到指導設計和施工的爆破中時,爆破地震波注定會引起較大的預測誤差。
2.在不同的測量條件下,有著不同的爆破振動速度的回歸結果, 這表明爆破介質臨空面的夾制作用和振動衰減公式與地質系數有一定的對應關系。在同一區域的相同的地質條件下,夾制作用大,地質系數的值就較大,夾制作用小,地質系數值也就會相應的減少。
3.炸藥震源孔的直徑和深度影響爆破振動衰減法的主要是現場的地質系數,試驗回歸結果表明,大直徑深孔爆破的地質系數值遠遠大于淺孔爆破的規模小。
4.通過試驗可以看出,預裂爆破地震還原率超過百分之三十,效果好的預裂爆破地震還原率可以達到百分之五十以上,預裂爆破已經成為一種常用的有效的減少地震的措施。但是當預裂爆破一般在大型夾制約束的條件下,能夠誘發振動的衰減法地質系數與爆破方法系數以及臺階爆破也有著很大的區別,在預測爆破地震波應該引起我們的注意。
5.根據機械原理的效果,根據類似的地質地形條件、巖性的爆破參數也應該是一致的,在同等條件下,一個爆炸性的來源是相對不同的方向(爆破抵抗線后沖的、側邊的或前面的)振動的衰減法也是不一樣的,最強的方向地震作用是后方的最小阻力線較小的一側。分區開挖的最小抵抗線方向控制向的發展,可以有效地控制河床爆破出現飛石的現象,減少了影響城鎮單一支付爆破的振動。
七、結束語
通過對新時期下,工程爆破地震動中存在的問題分析,進一步明確了工程爆破技術的發展方向,為工程爆破技術的優化完善奠定了堅實基礎,有助于工程的競爭力和效益。
參考文獻
[1]張新民,舒大強. 預裂爆破震動規律的試驗研究[J ]. 爆破. 2011 ,18 (3);10-12.
[2]吳愛祥,孫業志,劉湘平.散體動力學理論及其應用[M].北京:冶金工業出版社,2009:163~169.
[3]黃傳兵,陳興華,等.選擇性絮凝技術及其在礦物分選中的應用[J].礦業工程,2009,6(3):27.
【關鍵詞】壩基開挖;開挖施工;監理;阿海水電站
1 壩基開挖工程概況
1.1 工程布置情況
阿海水電站壩址處金沙江段,總體流向由北向南,河道基本順直,至下游略彎曲。枯期河水位高程約1409m,水深一般8.0m~15.0m,最深達20余米,相應水面寬度一般60m~150m。在正常蓄水位高程1504m處河谷寬一般350m~400m。河谷呈“V”型,兩岸山頂高程大于2100m,谷峰相對高差均在700m以上,形成山高谷深的地貌形態,兩岸除局部地段稍緩外,坡度一般都在30°~45°。
壩基開挖分左岸壩肩高程1420m以上、右岸壩肩高程1420m以上及高程1420m以下壩基開挖。
1.2 主要工程地質條件
壩基巖體大部分為D1a2以砂巖類為主夾板巖或砂巖類間次分布的互層狀巖體,僅右岸中上部(約1479m高程以上)為輝綠巖和D1a3硅化變質巖。D1a2巖層砂巖類厚度百分比在72%~84%,板巖類在30%以下,總體以硬巖類為主,且板巖較均勻地夾于砂巖中。
左岸壩肩高程1420m以上邊坡地段自然地形坡度約40°,覆蓋層零星分布,岸坡基巖。邊坡基巖為D1a2互層狀砂巖、板巖,其中砂巖所占比例約60%~80%,呈薄至中層狀,部分為厚層狀,弱風化,板巖所占比例約20%~40%,多為粉砂質板巖,呈薄層狀,夾在砂巖之間,強風化。
右岸壩肩高程1420m以上邊坡基巖為D1a2~4地層巖體和輝綠巖,其中D1a2和D1a4為砂巖、板巖互層狀淺變質巖層,D1a3為分布于輝綠巖兩側的中等硅化變質巖,除邊坡于自然邊坡相接坡頂及下游側部分開挖較淺邊坡坡面為強風化巖體外,大部分坡面及基礎巖體為弱風化。
1.3 壩基開挖進展
左岸壩肩高程1420m以上開挖于2008年6月20日開始施工,至2008年12月10日完成;右岸壩肩高程1420m以上開挖于2008年3月2日開始施工,2009年2月13日全部完成;高程1420以下壩基開挖于2008年11月20日開始,2009年9月12日壩基開挖全部完成。
2 壩基開挖施工方法
2.1 左、右岸壩肩高程1420m以上開挖施工
根據開挖施工道路布置及進度安排,左、右岸高程1420m以上壩肩開挖嚴格按照“自上而下、分層鉆爆”進行施工,梯段高度一般為8m~10m。造孔設備主要以ROC442、HCR1200-ED型履鉆為主、QZJ100B輕型潛孔鉆為輔。石渣裝運采用3.3m3裝載機、1.8m3反鏟配合15t、20t自卸車運輸至合同指定的渣場。
2.2 高程1420m以下壩基開挖施工
壩基開挖是在左、右岸壩肩高程1420m以上邊坡開挖完成后的基礎上進行的。
壩基開挖采取邊坡預裂、梯段爆破、預留保護層法施工,梯段高度為8m~10m。主爆孔、預裂孔、緩沖孔主要采用ROC-D7液壓鉆造孔。預裂孔間距為0.8~1.2m,預裂孔底部一般按邊坡馬道預留0.7m保護層厚控制。梯段爆破孔深度8.0~10m,平均單耗為0.35~0.4kg/m3,爆破最大單響藥量≤150kg;預裂爆破線裝藥量為0.26~0.3kg/m,爆破最大單響藥量≤50kg。
3 壩基開挖施工質量控制
3.1 施工工序
審查施工技術措施現場爆破試驗爆破設計及審批測量放線布孔鉆孔清孔鉆孔保護鉆孔質量檢查準爆證審批裝藥網絡連接網絡檢查起爆安全檢查出渣爆破效果分析優化鉆爆參數下一循環。
3.2 質量控制
(1)建立、健全爆破施工管理機構。①承建單位按照合同規定配備專職爆破工程師,成立爆破開挖管理機構,配備相應資質和數量的技術管理人員,負責鉆爆設計、爆破試驗和現場鉆爆施工各工序管理;制定落實爆破施工各類人員崗位責任制,對鉆爆施工技術、質檢、爆破工、火工材料使用及施工安全進行管理。②選擇具備爆破資質的爆破隊伍從事該項作業,嚴禁無爆破資質的隊伍從事爆破作業。③爆破作業人員、領料員、押運員、保管員都經過培訓,經考試合格后持證上崗,禁止無證作業。
(2)爆破設計質量控制。①結合前次爆破質量檢驗成果和本次爆破范圍地質、地形及施工條件、進行爆破設計,優化爆破設計參數。②嚴格執行爆破設計制度。承建單位應建立并嚴格執行爆破設計內部審核制度;(3)鉆爆施工工序質量控制。①開鉆平臺清理。預裂孔鉆孔前首先要清除預裂線兩側一定范圍內的覆蓋層或浮渣,清理的范圍需滿足鉆孔要求。②嚴格按照爆破設計使用全站儀進行鉆孔測量放樣,并用紅油漆標示清楚。③嚴格控制鉆孔質量,鉆孔孔斜和孔向可采用地質羅盤、量角器配合垂球進行量測。
3.3 質量評定
(1)壩基開挖質量檢測情況。
依據《水電水利基本建設工程單元工程質量等級評定標準第1部分:土建工程》(DL/T5113.1-2005),施工單位進行了自檢,監理單位進行了抽檢,業主單位委托物探中心和測量中心對開挖質量進行了檢測,檢測結果如下:
左岸壩肩高程1420m以上開挖工程實際開挖工程量187.78萬m3,最大超挖27cm、最小超挖10cm、最大欠挖8cm、最小欠挖2cm、超欠挖合格率97%;平均平整度為11.25cm;平均預裂孔半孔率94%。
右岸壩肩高程1420m以上開挖工程實際開挖工程量149.32萬m3,最大超挖31cm、最小超挖17cm、最大欠挖22cm、最小欠挖6cm、超欠挖合格率96%;平均平整度為14.2cm;平均預裂孔半孔率81%。
高程1420m以下壩基開挖工程實際開挖工程量217.73萬m3,最大超挖46.5cm、最小超挖1.5cm、最大欠挖19cm、最小欠挖6cm、超欠挖合格率92%;平均平整度為14.2cm;平均預裂孔半孔率86%。
(2)壩基開挖工程驗收情況。
左岸壩肩高程1420m以上開挖單元驗收147個,合格147個,優良138個,優良率93.9%,分部工程評定等級為優良。
4 結語
阿海水電站廠壩基礎開挖及左、右岸壩肩開挖后的不平整度、半孔率以及超、欠挖、建筑物輪廓尺寸均滿足設計要求,開挖整體質量較好。根據業主委托物探中心的聲波檢測成果,左、右岸壩肩高程1420m以上受爆破影響深度為1.0~4.6m;高程1420m以下廠壩基礎受爆破影響深度為0.6~2.0m。局部地質缺陷和受爆破影響的松動層均采用非爆破開挖方法(液壓錘)進行清挖處理。2009年9月23日,阿海水電站廠壩建基面通過專家組驗收,建基面開挖質量滿足合同文件技術條款和設計技術要求。并得到專家好評。
參 考 文 獻
[1] 王少昆,漫灣水電站壩基開挖質量監理.云南水利發電.1994年第2期:11-18
關鍵詞:復雜環境;0混凝土圍堰;拆除;中深孔整體一次爆破;技術
1、工程概況
桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上,是沅水干流最末一個水電開發梯級低水頭徑流式電站,為二等大(2)型工程,壩址控制流域面積8.67×104km2,水庫正常蓄水位39.50m,利用河段落差約7.50m,裝設9臺單機容量20MW的燈泡貫流式機組,裝機總容量為180MW,電站多年平均年發電量7.93億kW?h,裝機年利用小時數4404h。
2、混凝土圍堰布置及特性
混凝土圍堰位于226省道沅水大橋北側2.5km的雙洲東北側,距離左岸桃源縣漳江垸1.3km,與右岸潯陽垸水平距離300m,距離下游滄溪港1.8km,與其上游304鄉道東側工廠水平距離500m,水平距離其西側施工營地1.2km。混凝土圍堰北段堰頂距壩頂公路橋水平距離為3.0m,堰頂距油缸水平距離26.5m,距啟閉機室水平距離23.7m,距進水渠右導墻21.56m,與廠房帷幕灌漿最小水平距離28m。混凝土圍堰總長79.18m,頂部高程44m,底部高程23m。橫斷面上部為矩形,頂寬1.5m,高2.5m;下部為梯形,上底寬1.5m,迎水面為直立墻,背水面坡比為 1:0.65。
3、圍堰擋水標準
廠房全年擋水圍堰按20年一遇洪水標準設計,對應水位高程43.05m,考慮安全超高0.95m,堰頂高程44.0m。
4、圍堰拆除標準
根據該工程2013年安全度汛要求,汛前需拆除全年圍堰占壓右岸泄洪閘泄流部分,廠房縱向圍堰上游段拆除至高程25.5m,廠房縱向圍堰下游段拆除至高程26m~28.5m,滿足泄洪閘過流需要。此次混凝土圍堰水下拆除最大高度為7.5m,水面以上最大高度11m,爆破混凝土總量為8028m3。
5、圍堰拆除難點分析
根據圍堰結構、施工條件、周圍環境、拆除要求,本圍堰拆除施工有以下特征:
(1)爆破周圍環境復雜,爆破施工難度大、技術要求高;
(2)安全控制要求高、風險大。爆區周圍均為重要的永久性建筑物,爆破安全控制標準高,必須嚴格控制爆破震動效應、飛石的影響,加強安全防護,確保爆區周圍建筑物安全。
(3)爆破塊度、爆碴堆積方向控制要求高。為了便于爆后采用挖泥船清渣,爆破塊度應控制在0.5m以下,而且爆碴應盡量向堰體背水側拋擲。
(4)爆破方量大、施工精細化程度要求高。由于爆破方量大,鉆孔數量多,鉆孔、裝藥、聯網大部分需在施工排架上進行,因此,施工難度大,精細化程序要求高。鉆孔施工時,孔位、孔向、傾角、孔深等必須精確控制;裝藥時必須按設計裝藥結構進行操作;網路聯接時,必須嚴格按設計精確設置各孔內的起爆雷管延期時間,并精心聯接、保護好起爆網路,確保安全可靠起爆。
6、圍堰拆除方案選擇
混凝土圍堰常規拆除方法有以下幾種:
(1)靜態破碎劑與液壓破碎錘聯合拆除
(2)密集淺孔分次爆破法
(3)中深孔整體一次爆破
(4)整體傾倒拆除爆破
根據本工程混凝土圍堰結構特征及尺寸、爆破周圍環境、施工現場條件以及拆除基本要求,第四種方法不易實施,也不能滿足拆除的基本要求。第一種方法簡單,安全易于保證,但鉆孔工程量大,施工工期長(在3月份施工條件下,破碎劑產生反應的環境溫度低,形成混凝土裂縫的時間一般需要24h~36h),成本高,特別是水下圍堰部分當破碎劑作用形成初期裂縫時,堰體滲水會大大降低破碎劑的膨脹壓力,導致堰體破碎不均衡、不充分,增加后期水中液壓破碎錘機械破碎的工程量,在一定流量條件下,施工難度加大;第三種方法易于控制爆破規模,爆破危害效應便于控制,但爆破施工工序轉換多,對電站周圍其它施工現場干擾大,尤其本圍堰是在后期澆筑而成,頻繁爆破產生的振動極易引起混凝土圍堰堰體開裂,一則炮孔易漏氣,影響后續爆破效果,二則會導致堰體大量滲水,嚴重時會導致圍堰垮塌,拆除工作難于順利實施;第三種方法是混凝土圍堰拆除爆破中較常采用的方法,優點在于施工速度快,爆破干擾少,拆除施工一次完成,施工工期易于保障,但缺點在于爆破技術要求高,施工組織管理及質量保障體系嚴密,爆破有害效應控制措施多,精細化程度要求高。
7、爆破參數確定
(1)鉆孔布置形式
混凝土圍堰拆除爆破時,鉆孔布置形式根據圍堰結構尺寸、拋渣方向、堰內外充水狀況以及現場施工環境而定,較常采用的鉆孔形式有:
1)全部垂直鉆孔;
2)垂直深孔為主,坡面斜淺孔為輔;
3)坡面傾斜鉆孔為主,輔以堰面垂直淺孔;
垂直鉆孔適于圍堰寬厚,堰內外充水條件,其優點在于鉆孔精度易于控制,爆渣拋向可以靈活掌握。當圍堰一側不充水條件下,可充分利用自由面并實現寬孔距小抵抗線爆破,利于控制爆破塊度,降低爆破振動效應。坡面傾斜鉆孔為主布置方法適于上窄下寬、厚度較薄且堰體內不補充水條件,其優點在于爆渣向堰內拋擲較少,但鉆孔精度不易掌握,爆破自由面利用率低,爆破塊度大。
基于本圍堰拆除爆破既要控制爆破塊度不大于0.5m,又要嚴格控制爆破振動效應和飛石方向,根據爆破總體方案和現場實際情況,上層選擇垂直布孔,下層以垂直孔與扇形孔相結合的布孔方案。
(2)鉆孔直徑、深度
采用垂直鉆孔條件下,為了使堰體在25.5m高程以上充分破碎,并保障破碎高程,垂直鉆孔均超鉆0.5m,傾斜深孔超鉆1.0m,為了有效控制爆破塊度,并提高鉆孔延米爆破量,主炮孔和減震孔直徑選擇Φ90mm,采用潛孔鉆鑿孔。堰頂2.5m直立墻使用YT28手持式鉆機,鉆孔孔徑為Φ=40mm。
(3)孔網參數
為了提高破碎效果,控制爆破塊度,結合以往工程經驗選取:垂直中深孔孔間距a=1.30m,排距b=1.0m;扇形布孔時,孔口間距ak=(0.4~0.7)W,孔底間距ak=(1.1~1.5)W,抵抗線W =1.30m;淺孔孔間距a=0.65m,排距b=0.50m。
(4)炸藥單耗及單孔藥量
1)炸藥單耗
選擇密度1.1 kg/m3巖石乳化炸藥(分Φ50、Φ32兩種規格),根據C15混凝土圍堰爆破拆除經驗,標高33m以下(水下圍堰)取q=0.7kg/m3,標高33m以上(水上圍堰)取q=0.5 kg/m3,堰體中部適當增加單耗。根據試炮最終確定炸藥單耗。
2)單孔裝藥量
式中: ―孔間距,m;
―排距,m;
―爆破高度,m;
―炸藥單耗,kg/m3。
(5)爆破裝藥結構
本次采用間隔裝藥與導爆索捆綁在竹片上進行,堵塞炮泥選用沙子和粘土配制,重量比為3∶1,再加20%水,混合均勻并揉成直徑小于炮孔直徑的炮泥段。堵塞時將炮泥送入炮孔,用炮棍適當壓實、堵滿為止。
8、爆破振動檢測
(1)監測內容
1)爆破振動速度測試:在爆區周圍,以爆破地震波可能波及的建筑物為主,布設振動速度傳感器及爆破振動記錄儀,實測質點三向振速的動態過程,作為分析研究和計算爆破振動影響的基礎數據。混凝土圍堰爆破拆除時,引起振動安全的主要建(構)筑物為:①距混凝土圍堰下游最近的公路橋;②弧門油泵房;③弧門起降油缸;④進水渠右導墻;⑤廠房帷幕線;
2)質點振動過程曲線:根據實測的振動過程曲線,確定峰值振速及其出現的時刻、主振頻率、振動歷時等主要振動參數。
3)通過對實測數據的一元線性回歸分析,求出薩道夫斯基振速計算式中的K和α值,作為分析過去爆破的振動影響,及確定今后爆破方案的依據之一。
9、結束語
通過對我局承建的湖南桃源水電站發電廠房混凝土圍堰周邊復雜環境認真分析后,經過爆破施工方案的研究與比選,采用了中深孔整體一次爆破分兩層爆破方法成功拆除混凝土圍堰,通過爆破振動監測手段確定合理了最大齊爆藥量及爆破順序,整個爆破工作順利、效果良好。
參考文獻:
[1]《爆破安全規程》(GB6722-2003).
[2]《水電水利工程爆破施工技術規范》(DL/TSl235-2001).
【關鍵詞】大跨度隧道;開挖;施工技術
中圖分類號: TU74 文獻標識碼: A 文章編號:
引言
近20年來,隨著城市規模的不斷擴大,城市內車輛交通量也愈來愈大,原有的低等級行車道路面一方面因路面寬度不足滿足不了行車及安全要求,經常發生堵車現象;另一方面因結構耐久性差滿足不了要求。為加強城市內交通連接,縮短交通距離,發展市內旅游業,緩解其他路段的交通壓力,各地相繼開挖隧道線路,以達到緩解地上交通壓力的目的。
1 工程概況
1.1概述
某隧道位于我市南側,穿越一坐山嶺,隧道為分離式雙線雙車道,左幅起訖里程:LK3+196-LK4+591,全長1453.354 m,線路平均縱坡為1.4879%;右幅起訖里程:RK3+193-RK4+635,全長1 501.706m,線路平均縱坡為1.4986%。隧道有效凈寬12.25 m,凈高7.8 m,為三心圓弧拱形式,開挖斷面尺寸為:寬14.617 m,高11.05m,斷面尺寸大。隧道按新奧法原理施工,采用光面及預裂控制爆破,毫秒延期起爆技術;采用不耦合空氣間隔裝藥結構,炮孔采用炮泥堵塞。
1.2工程地質及水文條件
(1)地形地貌。屬山嶺重丘區,處于剝蝕性巖溶低山丘陵區與剝蝕堆積山前傾斜平原區過度地帶,地形起伏較大,部分為低山丘陵區,總體上地層傾向北北東至北北西,傾角平緩。
(2)構造地質。在大地構造單元上屬魯西臺背斜濟南一明水單斜,主要巖性為粵陶系中統(02)深灰色厚層純灰巖夾閃長巖,
裂隙的發育方向與主要構造線方向基本一致,以北北東向及北北西向為主,本區新構造運動以上升為主,基本地震烈度Ⅵ度。
(3)水文地質。地下水類型為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水,地表巖溶大部分出露,巖溶基本為型,覆蓋土的厚度―般小于10m。巖溶弱發育,沿裂隙、層面溶蝕擴大為巖溶化裂隙或溶孔,其連通性差,大氣降水和地表徑流大量滲漏。
1.3隧道施工安排總體布置
根據隧道的長度、地質條件、工期要求等因素,采用四洞口同時掘進的總體方案,由于該隧道所穿越地層圍巖穩定性差、為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類圍巖,且上下行隧道間距較近,爆破作業對相鄰隧道的穩定性有一定影響。在施工安排上,同一掘進方向,上、下隧道掌子面掘進拉開25m左右,支護緊跟并實行嚴格的微震控制爆破。隧道按新奧法施工,出碴采用無軌運輸,風動鑿巖機打眼,實施掘進(鉆、爆)、出碴(裝、運、卸)、噴錨(運、錨、噴)、襯砌(拌、運、灌、搗)等四條機械化作業線。
2不同類別圍巖下開挖施工工藝和方法
2.1爆破開挖計劃目標
Ⅱ類圍巖開挖計劃:不允許欠挖,超挖平均不超過8 cm,光爆率要求達到70%以上。要求爆碴塊度能滿足裝載機裝運要求,爆堆集中。Ⅲ類圍巖開挖計劃:不允許欠挖,超挖平均不超過8cm,光爆率要求達到70%以上。要求爆碴塊度能滿足裝載機裝運要求,爆堆集中。
Ⅳ類圍巖開挖計劃:不允許欠挖,超挖平均不超過8 cm,光爆率要求達到90%以上。要求爆碴塊度能滿足裝載機裝運要求,爆堆集中。
2.2Ⅱ、Ⅲ類圍巖斷面開挖施工工藝和方法
根據設計圖紙及地質勘測資料。LK4+550~LK4+460里程段圍巖類別屬于Ⅱ、Ⅲ類,圍巖巖性為強風化薄層狀泥質石灰巖,節理裂隙發育,部分節理被溶蝕,結合較差,局部有滲漏水。根據這種地質情況,采用半斷面開挖法開挖支護比較適宜,上半斷面高度為6 m,開挖進尺控制為100 cm。
(1)控制爆破開挖施工工藝
施工工藝文字描述:掌子面超前小導管輪廓線放樣一打超前小導管注漿一上臺階掌子面布置炮孔(先掏槽孔,其次周邊孔,最后為輔助孔)鉆孔清孔測量孔深、周邊孔間距裝藥警戒起爆安全檢查清理危石出碴。
(2)控制爆破開挖施工方法
1)掌子面輪廓線測量。采用GTS-332W全站儀、水平儀首先測出隧道中心線及開挖拱頂高程。然后根據左右側設計寬度采用切線支距法定位輪廓線。
2)布孔。掏槽孔:采用垂直楔形掏槽方式。每對掏槽孔上下間距為0.4m,每對掏槽孔孔口問距為0.75m,孔底間距為0.2m,炮孔與工作面夾角為75°;炮孔數量8個;掏槽孔布置在距拱頂4.4m隧道中心線位置。周邊孔:孔間距為0.4 m,排距為0.6m。
(3)鉆孔。鉆孔機械為YT-28氣腿式風動鑿巖機,每循環數量為15臺,周邊孔外插角要求控制在30以內。鉆孔孔位精度控制在+5m范圍內,每循環孔底超挖不超過8 cm。
(4)裝藥。根據圍巖堅固性系數f=2―6,選擇爆破設計參數進行爆破設計,具體設計參數見表1一表4。
表1 上半斷面光面爆破參數
表2 Ⅱ類圍巖爆破參數表
表3下半斷面光面爆破參數表
表4 類圍巖下半斷面爆破參數表
(5)起爆。裝藥結構:不耦合空氣間隔裝藥;起爆網路:導爆管一導爆索毫秒延期網路。導爆管采用簇聯連接,用兩發火雷管點火引爆。
(6)爆后效果。光爆率達到70%以上,達到預定目標。
3結束語
該隧道出口端左洞開挖斷面大,在掘進過程中圍巖變化較大,給隧道施工帶來一定的難度,通過采用光面控制爆破技術,一方面降低了爆破震動對周圍圍巖的震動擾動,基本上達到了新奧法施工中“保護圍巖,愛護圍巖”的原理要求,另一方面又大大減少了超挖量,大幅度地降低了隧道工程成本。在當今激烈的市場競爭中,只有采用先進的施工技術和科學的管理方法,才能在低中標價的工程中取得利潤,為單位或企業創造更高的經濟價值。
參考文獻
1.朱贊成;畢遠志:廣州地鐵暗挖隧道微振爆破技術[J].鐵道建筑,2009(04)
關鍵詞:超深孔聚能定向爆破 預抽瓦斯 多縫線射流聚能藥卷 順層鉆孔
0 引言
我國礦井中僅有1/3的礦井具有開采保護層的條件,且隨著采掘深度的增加,有些保護層轉變為有突出危險或不可采,使具有開采保護層條件的突出礦井越來越少,單一突出煤層瓦斯治理問題日益加重[1]。隨著國內外瓦斯抽排放技術的日益完善,針對單一突出煤層,本煤層鉆孔抽放瓦斯在國內外諸多礦井成功應用,有效緩解了礦井生產過程中瓦斯帶來的安全壓力[2]。針對龐莊煤礦張小樓井本煤層抽放瓦斯存在的問題,主要是瓦斯抽采效率低、抽采濃度低、衰減速度快等問題,基于聚能爆破定向致裂增透效應,創造性地設計出多縫線射流聚能藥卷,將超深孔聚能爆破技術應用于工作面預抽瓦斯工程中,對高瓦斯、低透氣性煤層安全開采的具有十分積極的意義。
1 工程概況
龐莊煤礦張小樓井隸屬于徐州礦務集團有限公司,礦井位于徐州市西北銅山縣柳新鎮和劉集鎮境內,距徐州市區13km。東鄰江蘇天能集團柳新煤礦,西鄰徐州礦務集團夾河煤礦,南鄰龐莊井。張小樓井采用立井、多水平開拓,主要開采煤層為下石盒子組2煤及山西組七煤和9煤。新主井和新副井落底水平為-1025m水平,回風水平為-400m水平,現生產水平為-1025m水平,采用上、下山開采。
2008年張小樓井瓦斯相對涌出量8.92m3/t,絕對瓦斯涌出量22.61m3/min。相對涌出量小于10m3/t,但根據江蘇省經濟貿易委員會公布的《2008年度全省煤礦礦井瓦斯等級鑒定結果》,本礦按高瓦斯礦井管理,因此必須進行瓦斯抽放,本設計建議設置地面抽放站,選擇水環式真空瓦斯抽放泵。工作面瓦斯抽放量采用開采層順層鉆孔預抽的方法。采用傳統本煤層順層預抽瓦斯,但抽放孔抽放瓦斯濃度基本在20%左右,鉆孔預抽瓦斯存在抽放濃度低、瓦斯濃度不穩定等問題,在很大程度上影響礦井的安全高效生產。
2 聚能定向爆破增透效應
爆轟產物運動方向具有與表面垂直或大體垂直的基本規律。利用這一基本規律將藥包制成特殊形狀(如半球形空穴,拋物形空穴、雙曲線形空穴、錐形空穴等),爆炸時靠空穴閉合產生高壓、高密度、高速度的運動氣體流,使爆轟產物集聚,能量密度提高。沿軸線向外射出的高能量、高密度聚能流的現象稱之為聚能效應,又稱諾爾曼效應[3]。
聚能藥卷維持了炸藥爆轟的穩定傳播,高壓爆生氣體的“氣楔效應”是聚能方向的壓縮徑向裂紋得到擴展的主要驅動力,同時也抑制了非切縫方向壓縮徑向裂紋的發展,在定向裂紋擴展中占有主要的地位[4]。
3 超深孔聚能爆破主要參數設計
鉆完炮孔后應立即裝藥。裝藥前,首先按設計要求制作聚能藥包,然后將藥包送入孔內。
3.1 鉆孔選址
聚能爆破工藝中鉆孔選址是整個工程實施的首要工序,科學合理的選址對爆破效果至關重要。針對煤層超深孔聚能爆破鉆孔選址,兩個因素至關重要:安全因素,在選址時盡量使爆破影響半徑內不存在瓦斯、地質及水文地質安全隱患;施工因素,在實施過程中需要一定的操作空間[5]。
3.2 爆破孔孔徑及孔深
考慮到裝藥不耦合系數和裝藥長度及封孔長度等因素,根據現場經驗并結合具體施工工藝,確定孔徑75mm,孔深約40m。
3.3 孔間距
超深孔聚能爆破孔間距取決于爆破影響區域的大小。如孔間距過大,則爆破裂隙無法相互貫通;但爆破孔間距過小,裂隙會相互重疊,會造成爆破能量浪費。通過實驗室分析和現場試驗對比,孔間距設計在10m左右。
3.4 聚能藥包
對傳統藥包在結構上進行了改造,聚能藥包由PVC套管、礦用乳化炸藥等組成,設計出多縫線射流聚能藥卷,其原理是在PVC套管上管壁環向映射布置加工成多條狹長縫形成多縫線射流聚能藥卷,示意圖見圖1所示,可在炮孔徑向形成多股聚能射流,實現爆炸主裂紋多方向擴展,多縫線射流聚能藥卷定向預裂爆破技術可在煤層內獲得較大范圍爆生裂隙網,增大炮孔間距,大大減少鉆孔工作量,提高煤層透氣性,可解決高瓦斯、低透氣性煤層的瓦斯抽放問題。
3.5 封孔長度
超深孔聚能爆破不僅要避免沖孔,也要保證巷幫煤體不因震動而破壞;封孔長度必須超過巷幫煤體卸壓帶的寬度,防止因爆破產生漏氣影響抽放效果;封孔長度不能太大,以免造成人力和物力浪費[6]。通過對小樹林煤礦具體施工條件的封孔長度綜合分析,結合爆破裂隙圈理論,確定出超深孔聚能爆破鉆孔合理封孔長度為10m。
4 應用效果
基于聚能定向爆破增透機理,充分分析張小樓井工程概況,根據設計的聚能爆破主要參數,得出了相應的聚能爆破瓦斯抽放施工工藝,在工作面軌道平巷進行了超深孔聚能爆破試驗。選取其中一個爆破孔附近的四個抽放孔進行瓦斯濃度測量,對比爆破前后抽放瓦斯濃度,測量數據如圖2所示:
通過測量得出爆破后抽放鉆孔瓦斯濃度平均在60%左右,瓦斯平均抽放濃度較爆破前提高了近200%,使整個工作面瓦斯含量遠低于10m3/t,瓦斯壓力低于0.74MPa,保證了礦井的安全生產。
5 結論
①利用聚能定向斷裂爆破技術,通過改進煤層超深孔聚能爆破裝藥結構,可減小粉碎圈半徑,擴大煤體裂隙帶范圍,提高煤體滲透性,改善煤層鉆孔瓦斯抽放效果。
②基于聚能爆破定向致裂增透效應,創造性地設計出多縫線射流聚能藥卷,可在煤層獲得較大范圍爆生裂隙網,增大炮孔間距,大大減少鉆孔工作量,提高煤層透氣性。
③現場實踐結果表明,采用超深孔聚能定向爆破技術,合理設計爆破主要參數,有效解決了高瓦斯、低透氣性煤層的安全開采難題,對煤層預抽瓦斯有一定的借鑒價值。
參考文獻:
[1]劉杰,程遠平,侯少杰,王亮.單一突出煤層瓦斯治理輔助設計系統[J].煤礦安全,2011(2):67-70.
[2]林府進,江萬剛,舒貴德.豐城礦區順層預抽鉆孔合理布置參數研究[J].礦業安全與環保,2011,38(5):47-49.
[3]郭德勇,裴海波,宋建成等.煤層深孔聚能爆破致裂增透機理研究[J].煤炭學報,2008,33(12):1381-1385.
[4]李清,梁媛,任可可.聚能藥卷的爆炸裂紋定向擴展過程試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2010,29(8):1684-1689.