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    地下廠房巖壁吊車梁及鄰近層爆破開挖施工技術(shù)的探討

    2020-06-17 08:40:14
    江西建材 2020年5期
    關(guān)鍵詞:梯段巖壁雷管

    中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司,山東 泰安 271000

    關(guān)鍵字:地下廠房;巖壁吊車梁;光面爆破;梯段爆破;預(yù)裂爆破

    1 工程概況

    1.1 工程簡(jiǎn)介

    文登抽水蓄能電站位于山東省威海市文登區(qū)界石鎮(zhèn)境內(nèi),規(guī)劃裝機(jī)容量1800MW,安裝6臺(tái)單機(jī)容量為300MW的可逆式水泵水輪機(jī)組。

    地下廠房洞室采用錨噴支護(hù)型式和巖壁吊車梁結(jié)構(gòu),開挖尺寸為214.5m×26.5m(25m)×53.5m,屬特大斷面洞室。巖壁吊車梁位于地下廠房Ⅱ?qū)?,單?cè)全長(zhǎng)194.35m,巖臺(tái)高1.299m,寬0.75m,梁體采用牛腿型結(jié)構(gòu),見圖1。巖壁梁開挖是整個(gè)地下廠房開挖的核心工程,光面爆破、預(yù)裂爆破和梯段爆破共同應(yīng)用于巖壁梁及廠房鄰近層(Ⅲ層)開挖施工過程中。

    1.2 工程地質(zhì)條件

    地下廠房位于葦夼溝和六度寺溝所夾山體內(nèi),上覆巖體厚度約350m,巖性主要為石英二長(zhǎng)巖,巖石新鮮,屬堅(jiān)硬巖,圍巖類別為Ⅰ~Ⅱ類圍巖為主。局部段落裂隙走向與廠房軸線交角30°~55°,在上游側(cè)形成不穩(wěn)定塊體,受地應(yīng)力影響,會(huì)發(fā)生輕微巖爆現(xiàn)象。

    地下廠房地下水類型為基巖裂隙水。從揭露情況看,廠房區(qū)地下水不豐富,圍巖多干燥,局部潮濕,僅局部沿結(jié)構(gòu)面有滴水現(xiàn)象。

    圖1 地下廠房巖壁吊車梁示意圖

    2 施工原則和思路

    巖壁吊車梁是地下廠房的重要結(jié)構(gòu),保證其施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是地下廠房爆破開挖技術(shù)首要考慮因素。在進(jìn)行開挖施工時(shí),主要控制要點(diǎn)為結(jié)構(gòu)邊線的超欠挖和巖壁梁澆筑完成后爆破振動(dòng)速度,主要開挖方式為光面爆破、預(yù)裂爆破和梯段爆破。

    廠房Ⅱ?qū)訛閹r壁梁層,為保證巖壁梁開挖質(zhì)量,先進(jìn)行施工預(yù)裂開挖中槽,中槽完成后,對(duì)兩側(cè)預(yù)裂3m 保護(hù)層進(jìn)行巖壁梁巖臺(tái)開挖。

    巖壁梁澆筑前完成鄰近層(Ⅲ層)預(yù)裂施工,澆筑完成后,先對(duì)其中部進(jìn)行拉槽梯段爆破,再進(jìn)行兩側(cè)保護(hù)層爆破。

    地下廠房巖壁梁及鄰近層(Ⅲ層)爆破開挖施工程序見圖2,序號(hào)表示開挖順序。

    圖2 開挖爆破施工程序布置圖(單位:mm)

    3 巖壁梁爆破開挖技術(shù)

    巖壁梁爆破開挖是巖壁梁施工的基礎(chǔ),巖臺(tái)成型質(zhì)量要求高,巖壁梁層采用“品”字型開挖程序,廠房Ⅱ?qū)邮┕ゎA(yù)裂完成后,中槽開挖先行,兩側(cè)預(yù)留層跟進(jìn)進(jìn)行巖臺(tái)開挖。巖臺(tái)開挖采用“保護(hù)層分層開挖,巖臺(tái)一次成型”的開挖方式,見圖3。開挖分段、分層、分區(qū)采取流水作業(yè)進(jìn)行,保護(hù)層分層高度分別為1.5m、2.8m 和2.8m,寬度均為2.25m,巖臺(tái)寬度0.75m。

    圖3 巖壁梁開挖程序示意圖

    3.1 爆破設(shè)計(jì)

    巖壁梁爆破開挖嚴(yán)格按照光面爆破要求進(jìn)行,最大限度保證開挖面完整,通過減少單孔裝藥量,降低爆破對(duì)開挖面的破壞,為此控制周邊孔孔距為35cm。

    周邊孔抵抗線:W=35/0.8 ≈45cm。

    (1)保護(hù)層開挖

    保護(hù)層爆破孔間距a 不大于0.8m,排距b 不大于0.6m,每段爆破結(jié)束位置布置分段光爆孔,保證下段開挖面平整,單段開挖長(zhǎng)度8~12m,保護(hù)層布孔見圖4。

    圖4 巖壁梁保護(hù)層開挖炮孔布置圖(單位:mm)

    周邊孔造孔均借助鉆孔輔助造孔,通過樣架控制鉆孔角度、孔距和孔深,在進(jìn)行Ⅰ區(qū)保護(hù)層保護(hù)層造孔時(shí),同時(shí)將巖臺(tái)孔完成并插入PVC 管進(jìn)行保護(hù)。

    裝藥計(jì)算以Ⅰ區(qū)保護(hù)層為例。

    單孔藥量:Q=a×b×h×q=0.6m×0.8m×1.5m×1kg/m3=0.72kg(單耗1kg/m3)。

    周邊孔線裝藥密度為65g/m,需要注意導(dǎo)爆索密度一般為11g/m以上[1],則在計(jì)算裝藥時(shí),僅考慮54g/m即可。周邊孔裝藥藥卷均采用分割藥卷塊,單塊質(zhì)量25g,以Ⅰ區(qū)保護(hù)層周邊孔為例,孔深1.5m,則單孔藥量為:

    Q=qx×L=54g/m×1.5m=81.5g,共需裝藥3+1/4塊25g炸藥。

    炸藥分割及綁扎見圖5。

    圖5 Ⅰ區(qū)保護(hù)層周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位:mm)

    (2)巖臺(tái)開挖

    借助斜孔樣架進(jìn)行斜孔造孔施工,然后和已完成的豎直孔同時(shí)爆破,開挖呈平整的斜面巖臺(tái)。

    為保證爆破成型面為設(shè)計(jì)巖臺(tái)斜面,在進(jìn)行巖臺(tái)孔造孔時(shí),豎直孔和斜孔孔底向巖壁梁內(nèi)側(cè)和向下各超挖3cm,斜孔孔口向上欠挖3cm[2],見圖6。巖臺(tái)開挖豎直孔和斜孔孔距均為35cm,并相互錯(cuò)開,見圖7。

    圖6 巖臺(tái)造孔方向布置圖(單位:mm)

    圖7 巖臺(tái)炮孔布置圖(單位:mm)

    巖臺(tái)裝藥均采用間隔裝藥,見圖8,線裝藥密度為50g/m,導(dǎo)爆索藥量為11g/m,以斜孔為例,進(jìn)行炸藥計(jì)算。

    單孔藥量:Q=q×L=(50-11)g/m×1.299 ≈50g;

    在裝藥時(shí),孔底5cm 不裝藥,然后孔底裝入25g,每隔35cm 裝入12.5g 段炸藥。

    圖8 巖臺(tái)斜孔綁藥布置圖(單位:mm)

    3.2 地質(zhì)復(fù)雜段落巖壁梁爆破開挖技術(shù)

    文登電站地下廠房局部地質(zhì)復(fù)雜段落受等傾角裂隙影響,裂隙與上游側(cè)邊墻上部會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體,若采用常規(guī)光面爆破,內(nèi)部應(yīng)力釋放會(huì)將上游側(cè)裂隙巖體漲裂,甚至出現(xiàn)大面積片幫,見圖9。

    圖9 廠房上游側(cè)滑層示意圖

    為此在進(jìn)行上游側(cè)巖臺(tái)開挖時(shí),保護(hù)層分兩層開挖,開挖高度分別為5m 和2.5m。再進(jìn)行上層保護(hù)層爆破時(shí),提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)裂,預(yù)裂高度為5m,高程范圍為EL.62.50~57.5m,預(yù)裂完成后,上層開挖采用水平爆破,其余開挖方式與傳統(tǒng)巖臺(tái)開挖方式一致,見圖10。

    圖10 地質(zhì)復(fù)雜段保護(hù)層開挖示意圖

    4 巖壁梁鄰近層爆破開挖技術(shù)

    巖壁梁鄰近層(Ⅲ層)在進(jìn)行爆破開挖時(shí),為防止爆破振動(dòng)速率過大破壞巖壁吊車梁混凝土結(jié)構(gòu),要控制爆破振動(dòng)速度不大于10cm/s[3]。

    巖壁梁鄰近層(Ⅲ層)采取預(yù)裂爆破和梯段爆破相結(jié)合的開挖方式,以減弱爆破過程對(duì)巖壁梁的振動(dòng)損傷。

    4.1 預(yù)裂爆破

    預(yù)裂爆破的作用:①形成一個(gè)超挖很少或者沒有超挖的平整壁面;②減弱主爆區(qū)爆破時(shí)爆破振動(dòng)波向巖體的傳播,控制爆破對(duì)保留巖體或保護(hù)結(jié)構(gòu)物的破壞影響[4]。

    結(jié)構(gòu)預(yù)裂和施工預(yù)裂均要在巖壁梁澆筑前完成,鉆孔超深0.5m,結(jié)合廠房Ⅲ層分層高度5m,鉆孔深度為5.5m,采用手風(fēng)鉆造孔,孔徑42mm,孔距40cm。

    線裝藥密度為330g/m,孔底增加藥量,連續(xù)裝藥2 支(單支φ32 藥卷300g,長(zhǎng)34cm),堵塞長(zhǎng)度為1m,其余部位間隔裝藥。

    單孔藥量:Q=qx×L=(330-10)g/m×5.5m=1760g,取1800g,其中孔底600g 連續(xù)裝藥,其余1200g 間隔裝藥。

    為保證炸藥布置均勻,將單支炸藥截?cái)酁? 段,單段藥量100g。

    均勻裝藥段間隔距離:d=(5.5-0.68-1)/(12-1)=34.7cm。

    炸藥分割和綁扎見圖11。

    圖11 預(yù)裂爆破綁藥布置圖(單位:mm)

    為控制單響藥量,采用MS3 段雷管進(jìn)行延時(shí),延時(shí)間隔為50ms,為保證延時(shí)雷管不被上段爆破破壞,延時(shí)引爆每5 孔最后一孔,相鄰孔之間通過采用“蝴蝶結(jié)”連線方式,見圖12。

    圖12 預(yù)裂爆破聯(lián)網(wǎng)示意圖

    4.2 梯段爆破

    梯段爆破通過采用延時(shí)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),通過多種雷管延時(shí)累加,將每個(gè)孔的延時(shí)時(shí)間錯(cuò)開,在滿足爆破進(jìn)尺的同時(shí),最大限度降底爆破振動(dòng)對(duì)巖壁梁的破壞。

    廠房Ⅲ層梯段爆破采用液壓鉆機(jī)鉆孔,臺(tái)階高度為5m,由于臺(tái)階高度較小,采用傾斜孔的鉆孔形式,傾斜角度為75°,綜合考慮臺(tái)階高度和地質(zhì)圍巖,鉆孔間距a 為1.2m,排距b 為1.0m。

    廠房Ⅲ層拉槽采用雙向延時(shí)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),開挖方式延時(shí)雷管采用MS5 段雷管,延時(shí)時(shí)間110ms,兩側(cè)延時(shí)雷管為MS3 段雷管,延時(shí)時(shí)間為50ms,孔內(nèi)延時(shí)雷管MS19 段雷管,延時(shí)時(shí)間為1400ms。雙向延時(shí)需做到孔外延時(shí)完成后,再引爆孔內(nèi)炸藥,防止孔內(nèi)炸藥爆破破壞孔外延時(shí)雷管。孔外延時(shí)至1340ms,引爆雷管MS19 段延時(shí)時(shí)間為1400ms,滿足要求,見圖13。

    圖13 雙向延時(shí)聯(lián)網(wǎng)布置圖

    單孔藥量:

    q=a×b×qx=1.2m×1.0m×1.0kg/m3=1.2kg

    為避免大塊石的產(chǎn)生,通過采用“單孔雙雷管”的裝藥方式將炸藥間隔,實(shí)際操作中,通過采用吊繩將炸藥控制于固定位置。

    4.3 爆破振動(dòng)速度

    爆破振動(dòng)速度的計(jì)算,一般都采用近似的方法。其中比較認(rèn)可的是前蘇聯(lián)學(xué)者薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式[5]:

    其中:V 為測(cè)試點(diǎn)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度,cm/s;

    R 為測(cè)試中心與炸藥中心的距離,m;

    Q 為最大段炸藥總量,kg;

    K 為與巖石的性質(zhì),爆破方式及地形條件等因素有關(guān)的系數(shù);

    α 為爆破地震波衰減指數(shù),與地形地質(zhì)條件及距爆破中心的距離有關(guān)。

    根據(jù)地下廠房前期爆破振動(dòng)的檢測(cè)結(jié)果,文登電站地下廠房K、α 值見表1。

    表1 文登電站地下廠房地質(zhì)參數(shù)

    良好的結(jié)構(gòu)預(yù)裂可減震30%,則爆破振動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果如下:

    其中最大段藥量為Q=q×n=1.2×8=9.6kg;

    R=3+(59.32-50.00)=12.32m

    VX=252.29×(9.61/3/12.32)1.76×(1-30%)=8.03cm/s;Vy=41.76×(9.61/3/12.32)1.06×(1-30%)=4.54cm/s;Vz=74.95×(9.61/3/12.32)1.32×(1-30%)=5.15cm/s。

    實(shí)際檢測(cè)結(jié)果見表2。

    表2 巖壁梁爆破振動(dòng)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表 cm/s

    通過檢測(cè)最大質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)速度與計(jì)算結(jié)果基本吻合,通過采用預(yù)裂爆破和梯段爆破,每個(gè)方向爆破振動(dòng)速度均≯10cm/s,滿足巖壁梁安全控制要求。

    5 結(jié)束語

    文登電站地下廠房巖壁梁巖臺(tái)爆破開挖,通過采取光面爆破,嚴(yán)格控制鉆孔進(jìn)度和裝藥結(jié)構(gòu),巖壁梁巖臺(tái)爆破半孔率達(dá)到96%,不平整度最大4cm,有效控制巖臺(tái)超欠挖,保證臺(tái)體的成型效果。在巖壁梁鄰近層開挖前采用預(yù)裂爆破,預(yù)裂縫寬度能夠達(dá)到6~9mm,有效降低爆破振動(dòng)速度。解決了隧道爆破超欠挖控制和降低爆破對(duì)周邊結(jié)構(gòu)的振動(dòng)損傷等難題,對(duì)開挖質(zhì)量要求高或?qū)Ρ普駝?dòng)速度控制有特殊要求隧洞等類似工程具有指導(dǎo)意義。

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