一次爆破成型技術(shù)在道路開(kāi)挖中的應(yīng)用?

李繼業(yè),張劍興,蒲朝欽,郭春陽(yáng)

(1.中交一公局第四工程有限公司, 廣西 南寧 530003;2.貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司, 貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

施工便道作為工程施工中的重要通道,科學(xué)合理的設(shè)置和管理便道是保證施工和通行的前提,尤其是在復(fù)雜的施工地段,管理者需要面對(duì)諸多方面的考驗(yàn)[1G3].基于爆破施工進(jìn)度和成本進(jìn)行綜合考慮,目前對(duì)于施工便道主要采用爆破開(kāi)挖.為實(shí)現(xiàn)一次爆破成型且保證爆破質(zhì)量,李榮興、王林等[4G8]論述了逐孔起爆技術(shù)的基本原理和特點(diǎn),采用多穿孔、裝藥充分分散、優(yōu)化爆破參數(shù)、高精度電子雷管起爆等措施,建立爆破效果評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí),明顯改善了爆破效果,降低了生產(chǎn)成本.然而,爆破施工初期存在地表不平整,利用爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行爆破開(kāi)挖時(shí),施工便道平整度和爆破效果難以達(dá)到要求,嚴(yán)重影響著爆破施工進(jìn)度.針對(duì)遵義市東快線道路施工中存在的施工便道爆破開(kāi)挖不平,影響挖運(yùn)進(jìn)度和施工成本的問(wèn)題,采用了一次成型爆破開(kāi)挖技術(shù),并取得了良好的效果.

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

遵義市東快線為遵義市南北向主干路,是連接新火車站片區(qū)、紅花崗經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的主要道路之一.本標(biāo)段起點(diǎn)與擬建東快線相接,終點(diǎn)與擬建東快線播州區(qū)路段相連,全線路基總長(zhǎng)3.46 k m,標(biāo)準(zhǔn)路幅寬40 m.其中邊坡開(kāi)挖高度大于或等于8 m的邊坡有6處,具體情況為:K2＋600~K2＋880路段右側(cè),最大坡高35.7 m,坡長(zhǎng)約220 m,共5級(jí)邊坡;K2＋913.229~K3＋940路段右側(cè),最大坡高38.5 m,坡長(zhǎng)約60 m,共5級(jí)邊坡;K3＋980~K4＋440路段右側(cè),最大坡高29 m,坡長(zhǎng)約80 m,共4級(jí)邊坡;K5＋729~K6＋060路段右側(cè),土質(zhì)邊坡,最大坡高14 m,共2級(jí)邊坡.

1.2 地質(zhì)特征

工程巖體是典型的細(xì)砂巖,細(xì)砂巖的粒徑0.01~0.1 mm;鈣質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)好;層厚,堅(jiān)實(shí),裂隙不發(fā)育,未風(fēng)化,巖石普氏堅(jiān)固系數(shù)f＝8~12,天然狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度普遍在34~45 MPa,單軸抗拉強(qiáng)度普遍在6~8 MPa.

1.3 存在問(wèn)題

工程初期采用爆破開(kāi)挖施工便道,爆破效果差,主要表現(xiàn)在:大塊數(shù)多;挖掘機(jī)采裝效率低;部分區(qū)段超深過(guò)多或超深不足,爆破根底現(xiàn)象嚴(yán)重;在挖運(yùn)過(guò)程中,汽車輪胎磨損嚴(yán)重,運(yùn)輸效率低.

2 施工便道一次爆破成型技術(shù)

長(zhǎng)久以來(lái),絕大多數(shù)施工便道的爆破設(shè)計(jì)工作是根據(jù)常用公式和經(jīng)驗(yàn)完成的.遵義市東快線施工便道開(kāi)挖的爆破設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于:考慮地質(zhì)條件和孔徑大小,確定單孔作用半徑;施工便道深孔及部分淺孔區(qū)域,以孔深大于孔排距為原則分區(qū)段設(shè)計(jì)孔排距;從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無(wú)超深;基于單耗一定,分區(qū)段變更單孔裝藥量.經(jīng)工程實(shí)踐,不僅實(shí)現(xiàn)了施工便道一次爆破成型,而且保證了爆破質(zhì)量.

2.1 分段確定孔距

孔排距是決定爆破效果的重要參數(shù)之一[9G10],尤其對(duì)存在不等孔深的施工便道,進(jìn)行分段施工時(shí),孔排距的設(shè)計(jì)顯得更加重要.首先,在掌握地質(zhì)條件和確定孔徑的條件下,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),確定單孔爆破作用范圍,通常排距小于等于單孔作用范圍,孔間距小于等于2倍單孔爆破作用范圍;其次,由于孔間距或排距大于孔深易產(chǎn)生大塊、根底,而孔間距或排距遠(yuǎn)小于孔深易造成孔網(wǎng)參數(shù)密集,鉆孔與裝藥成本過(guò)高.因此,針對(duì)施工便道具有不等孔深特點(diǎn),結(jié)合區(qū)段的長(zhǎng)度和高度調(diào)整孔間排距大小,在部分深孔區(qū)段及全部淺孔區(qū)段,實(shí)施孔間距、排距小于等于孔深.

2.2 分段設(shè)計(jì)超深

超深是決定施工便道爆后成型質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素之一[11].超深過(guò)大,破壞路基,形成坑凹;超深不足,則欠爆,形成根底.因此需要合理設(shè)計(jì)坡道施工炮孔的超深.

施工便道超深的設(shè)計(jì)原則:從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無(wú)超深.若超深過(guò)大,爆破下一坡面巖石路基,挖運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)坑洼,并影響下一工作面鉆孔工序;若超深不足,容易產(chǎn)生根底,不僅開(kāi)挖、通行困難,而且二次處理成本高;此外,施工便道作為運(yùn)輸“動(dòng)脈”,若爆后臺(tái)面凹凸不平,加重汽車輪胎的磨損,影響汽車的運(yùn)輸效率.對(duì)于施工便道,深孔有超深,最大超深深度h1,并以分區(qū)段長(zhǎng)度為步長(zhǎng)逐步降低炮孔超深深度,淺孔無(wú)超深,即:區(qū)段H1超深h1,區(qū)段H2超深h2,區(qū)段H3超深0,區(qū)段Hn超深0 m.

綜上所述:超深的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、孔徑大小、單孔作用半徑,施工便道深孔及部分淺孔區(qū)域,以孔深大于孔排距為設(shè)計(jì)原則分區(qū)段設(shè)計(jì)孔排距;從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無(wú)超深.

3 工程應(yīng)用

為了解決遵義市東快線施工便道爆破開(kāi)挖過(guò)程中存在的問(wèn)題,利用一次爆破成型技術(shù)進(jìn)行施工便道爆破開(kāi)挖.

3.1 北側(cè)施工便道

北側(cè)施工便道坡長(zhǎng)150 m,設(shè)計(jì)坡度8%,爆破坡面寬14 m;坡面設(shè)計(jì)標(biāo)高是坡底的標(biāo)高.圖1(a)和圖1(b)分別是北側(cè)施工便道外三維示意圖與無(wú)人機(jī)航拍圖.

圖1 北側(cè)施工便道爆區(qū)

首先根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定單孔爆破作用范圍R＝3.5 m,并遵循排距b≤R;孔間距a≤2R.針對(duì)北側(cè)施工便道具有不等孔深特點(diǎn),在坡道部分深孔區(qū)段及全部淺孔區(qū)段,實(shí)施孔間距、排距小于等于孔深.分段設(shè)計(jì)炮孔超深.超深的設(shè)計(jì)原則為:深孔有超深,最大超深深度1 m,各分區(qū)段以步長(zhǎng)0.25 m逐步降低超深深度,淺孔無(wú)超深.主要超深深度有:1,0.75,0.5,0.25 m;至淺孔區(qū)段,為防止爆破破壞路基,造成坑洼,不設(shè)超深.

北側(cè)施工便道設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖2.

圖2 北側(cè)施工便道爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

布設(shè)炮孔時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)運(yùn)用GPSRTK空間定位,按照梅花形方式布設(shè)炮孔,并對(duì)每個(gè)炮孔的位置、深度和孔號(hào)等記錄并存儲(chǔ).

鉆孔鉆機(jī)為 HCR2200RD、志高 D440、志高450D,均裝配直徑為120 mm的鉆頭,按設(shè)計(jì)要求鉆孔.鉆孔技術(shù)要求:孔深為超欠不超±0.5 m,間距偏移不超±0.3 m,方位角和傾角不超1°30′;對(duì)不合格的炮孔酌情采取清孔、補(bǔ)鉆、回填等措施.

3.2 南側(cè)施工便道爆破實(shí)踐

南側(cè)施工便道坡道,斜坡長(zhǎng)度150 m,最大高差12 m,設(shè)計(jì)坡度8%,爆破坡面寬14 m,爆破挖運(yùn)后將形成28 m寬斜坡.圖3(a)和圖3(b)分別是南側(cè)施工便道的三維示意圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景.

圖3 南側(cè)施工便道爆區(qū)

爆破技術(shù)實(shí)施內(nèi)容與以上北側(cè)施工便道的相同,南側(cè)施工便道設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖4.

北側(cè)施工便道與南側(cè)施工便道的爆破效果佳,無(wú)沖炮現(xiàn)象,巖石外推均勻、鋪散范圍未掩埋附近運(yùn)輸通道,巖塊適中,后排拉溝明顯.

目前,對(duì)于爆破大塊尚沒(méi)有公認(rèn)的定義,判斷是否是大塊需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采裝設(shè)備的實(shí)際情況而定.現(xiàn)場(chǎng)配備挖掘機(jī)HITACHI 670(自配斗容約3.8 m3)與挖掘機(jī) Ko matsu.850LC(自備斗容約4.7 m3),超出挖掘機(jī)最大采裝能力的巖塊,需由破碎錘或二次爆破處理,稱之為大快.北側(cè)施工便道與南側(cè)施工便道爆后均未使用破碎錘處理大塊,挖掘機(jī)裝車效率達(dá)9~10車/h,較正常水平采裝效率(7~8車/h)提高27%,充分保證了施工便道進(jìn)度.北側(cè)施工便道爆破挖運(yùn)后形成規(guī)整臺(tái)面,根平底齊,運(yùn)輸車行走順暢;南側(cè)施工便道爆破挖運(yùn)后,一次成坡,未有高低不平區(qū)段,運(yùn)輸車行走順暢.

圖4 南側(cè)施工便道設(shè)計(jì)參數(shù)

4 結(jié) 論

對(duì)于遵義市東快線施工便道爆破開(kāi)挖,深孔及部分淺孔區(qū)域,以孔深大于孔排距為設(shè)計(jì)原則分區(qū)段設(shè)計(jì)孔排距,從深孔到淺孔逐步降低超深深度,淺孔無(wú)超深.施工后,取得了爆破根平底齊、一次爆破破面成型的效果.

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