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      區(qū)間隧道下穿大型建筑物孔內(nèi)外微 差減震弱爆破施工技術(shù)

      2015-04-18 02:31:50周可璋何中聯(lián)
      四川水泥 2015年2期
      關(guān)鍵詞:單段微差導(dǎo)爆管

      周可璋 周 浩 盧 寧 何中聯(lián) 王 偉

      (中建八局第四建設(shè)有限公司,青島 266071)

      0 引言

      隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,中心城區(qū)的建筑密度越來(lái)越大,在修建地鐵隧道時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隧道近距離下穿大型建筑物的情況。在傳統(tǒng)的光面爆破網(wǎng)絡(luò)中,通常采用分層剝離的爆破方法,每一層的所有炮孔采用同一段位,相同段位的雷管同時(shí)起爆。這樣勢(shì)必造成爆破震動(dòng)的疊加效應(yīng)非常明顯,對(duì)相鄰建筑物造成破壞性影響。

      目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響,以及如何降低爆破振速等方面做了大量的研究與試驗(yàn)工作。文獻(xiàn)[1-2]主要對(duì)爆破參數(shù)選擇、炸藥單耗、裝藥結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了深入探討;文獻(xiàn)[3-6]從優(yōu)化開(kāi)挖步序,調(diào)整掏槽方式等方面入手,結(jié)合毫秒微差爆破技術(shù),來(lái)達(dá)到降低爆破振速,保證相鄰建筑物安全的目的;文獻(xiàn)[7-8]對(duì)爆破振速監(jiān)測(cè)以及地震波的疊加效應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致分析。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了合理優(yōu)化,聯(lián)線方式采用分組串聯(lián)法,組內(nèi)3~5個(gè)不同段位的導(dǎo)爆管雷管并聯(lián),各組之間采用MS-2段導(dǎo)爆管雷管孔外串聯(lián),利用導(dǎo)爆管雷管的孔內(nèi)及孔外微差特性,將各孔起爆時(shí)間有效錯(cuò)開(kāi),從而有效避免了爆破振速的疊加,降低了爆破振動(dòng),保證了建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

      1 工程概況

      1.1 工程簡(jiǎn)介

      某市地鐵標(biāo)段位于中國(guó)北方市中心地段,區(qū)間隧道長(zhǎng)約550m,下穿一處長(zhǎng)約370m地下購(gòu)物長(zhǎng)廊。長(zhǎng)廊為地下一層,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),平板式樁筏基礎(chǔ)。區(qū)間隧道從其下方穿過(guò),拱頂距離樁底僅4.5m,距離筏板底僅約9.5m,為本區(qū)段的重大風(fēng)險(xiǎn)源。見(jiàn)圖1所示。

      1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

      本區(qū)段地貌為坡殘積臺(tái)地,表覆第四系全新統(tǒng)素填土層,其下為第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)粘土、碎石土,下伏震旦系五行山群長(zhǎng)嶺子組全-中等風(fēng)化板巖,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎。中風(fēng)化板巖為Ⅳ級(jí)圍巖,巖石承載力約500KPa;全-強(qiáng)風(fēng)化板巖為V級(jí)圍巖,巖石承載力約150 KPa。

      地下水位埋深約8m,隧道施工過(guò)程中主要為孔隙水及基巖裂隙水,略具承壓性。

      2 控制爆破基本原則

      爆破材料采用非電毫秒微差導(dǎo)爆管雷管、2#巖石乳化炸藥,雷管段位從MS-1至MS-16段全部配備。施工過(guò)程中遵循“短進(jìn)尺、多打眼、少裝藥、弱爆破”的設(shè)計(jì)原則,嚴(yán)格控制單段最大裝藥量。

      圖1 區(qū)間下穿地下購(gòu)物長(zhǎng)廊立面關(guān)系圖

      通過(guò)理論計(jì)算,單段雷管最大裝藥量?jī)H 610g,即意味著要滿足一孔一個(gè)段位的要求。但一次爆破的孔數(shù)約60個(gè),雷管段位最多20個(gè),顯然無(wú)法匹配。本工程采用分組串聯(lián)法,將3~5個(gè)雷管作為一組,掌子面左側(cè)采用雙號(hào)段,從6段開(kāi)始,6、8、10…;右側(cè)采用單號(hào)段,從5段開(kāi)始,5、7、9…。然后在孔外將每組之間用 2段雷管串聯(lián)起來(lái),最后接引爆器起爆,在孔外及孔內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)導(dǎo)爆管雷管的微差起爆。根據(jù)各雷管的起爆時(shí)間統(tǒng)計(jì),基本可以實(shí)現(xiàn)1孔1響。

      雖然按上述方法統(tǒng)計(jì)的單段雷管炸藥量超過(guò)了理論計(jì)算量,但由于同段雷管不在同一組內(nèi),所以同段雷管不會(huì)同時(shí)起爆。第一組引爆后,通過(guò) 2段雷管傳遞到下一組,間隔25ms后第二組被引爆。由于2段雷管引爆時(shí)間為25ms,5段雷管引爆時(shí)間為110ms,6段雷管引爆時(shí)間為150ms, 在第一組起爆前,2段管已經(jīng)將爆能引入下一組,所以不會(huì)存在將相鄰導(dǎo)爆管炸斷造成啞炮的危險(xiǎn)。

      3 爆破方案設(shè)計(jì)

      3.1 掏槽方式

      上臺(tái)階開(kāi)挖斷面尺寸為6.2m(寬)*3.1m(高),由于斷面尺寸較小,掏槽眼采用四孔楔形掏槽形式,孔口間距1.8m,孔底距離0.5m,掏槽眼傾角約65°,掏槽眼采用1、2、3、4段連續(xù)使用,每孔單獨(dú)使用一個(gè)段位,掏槽眼裝藥600g,見(jiàn)圖2所示。

      圖2 掏槽眼示意圖

      式中:Q--最大單段允許裝藥量(kg);

      V--質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度(cm/s);

      R--自起爆原點(diǎn)中心到被保護(hù)物或觀測(cè)點(diǎn)的距離(m);

      K--與爆破技術(shù)、地震波傳播途徑介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的系數(shù);

      α--爆破振動(dòng)衰減指數(shù)。

      根據(jù)地質(zhì)情況,結(jié)合周邊環(huán)境的特點(diǎn),各參數(shù)按以下取值:

      根據(jù)下穿建筑物的結(jié)構(gòu)形式,爆破振速控制在2.0 cm/s以內(nèi),V取2.0cm/s;R取9.5m;K值根據(jù)表1,取250;α值取2.0。

      3.2 單段最大裝藥量理論值計(jì)算

      根據(jù)薩道夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算:

      根據(jù)上式計(jì)算的結(jié)果顯然無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際施工,我單位通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)摸索與試驗(yàn),對(duì)雷管連接方式進(jìn)行了創(chuàng)新,相同段位的雷管布置在不同的組內(nèi),控制其在不同時(shí)間段引爆,從而降低了單段雷管的一次起爆藥量,有效降低了爆破振速。

      3.3 裝藥及連線

      周邊眼采用空氣間隔不耦合裝藥,將藥包固定在竹片上,通過(guò)導(dǎo)爆索連接;輔助眼及掏槽眼采用孔底裝藥,反向起爆。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

      起爆順序?yàn)椋合缺筒垩?,然后輔助眼,最后為周邊眼。使用電工膠布按爆破網(wǎng)絡(luò)圖將同組導(dǎo)爆管連接在一起,并與下一組的 2段導(dǎo)爆管串聯(lián)在一起,從而將爆轟波傳遞下去。

      圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖

      3.4 爆破參數(shù)選擇

      圖4 上臺(tái)階炮眼布置及爆破網(wǎng)絡(luò)圖

      表1 上臺(tái)階爆破參數(shù)表

      3.5 起爆順序分析

      根據(jù)各段別導(dǎo)爆管的起爆秒量(ms),結(jié)合孔外串聯(lián)的2段雷管調(diào)節(jié),上臺(tái)階的各孔起爆秒量見(jiàn)圖5所示。將各孔的起爆時(shí)間按順序生成曲線圖,如圖6所示。

      圖6 起爆順序曲線圖

      從圖5及圖6中可以看出,每個(gè)炮孔的起爆時(shí)間基本都不相同,各孔按起爆順序連續(xù)分別起爆,有效控制了同時(shí)起爆的炸藥量,從理論上大大降低了爆破振速的影響。

      4 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

      為嚴(yán)格控制爆破振速,確保爆破過(guò)程中的建(構(gòu))筑物安全,在通過(guò)重大風(fēng)險(xiǎn)源期間,每一循環(huán)均需要進(jìn)行爆破振速測(cè)試。根據(jù)振速結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù),確保將振速值控制在2.0cm/s以內(nèi)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用TC-4850爆破振速儀進(jìn)行,振速儀分三通道,x、y、z三個(gè)方向,然后合并為合速度。

      爆破監(jiān)測(cè)時(shí),將振速儀放置在地下商場(chǎng)的地面上,并盡量靠近掌子面的正上方。圖 7為一組爆破監(jiān)測(cè)的典型波形圖,掌子面里程為DK6+523.5,監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本位于爆源點(diǎn)正上方,垂直距離9.5m。

      圖7 爆破振速波形圖

      根據(jù)某三個(gè)月內(nèi)的爆破振速監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,振速值控制在1.5cm/s以內(nèi)的占75%以上,在1.5~1.8cm/s之間的占15%左右,超過(guò)1.8cm/s的不足10%,基本達(dá)到了將爆破振速值控制在2.0cm/s以內(nèi)的目標(biāo)。

      在爆破時(shí),分別組織了不同的人員在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置感受爆破振動(dòng)對(duì)行人及地下商場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響。商場(chǎng)內(nèi)有輕微聲響,行人基本無(wú)驚嚇等異常。通過(guò)近三個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)及觀察,爆破施工對(duì)地下商場(chǎng)結(jié)構(gòu)及行人均未造成不良后果,施工安全可控。

      5 結(jié)論與建議

      5.1 本施工技術(shù)將非電導(dǎo)爆管雷管的孔內(nèi)微差與孔外微差有機(jī)地結(jié)合起來(lái),有效降低了同時(shí)起爆的單段最大裝藥量,控制了爆破振速;

      5.2 孔內(nèi)采用段位較大的導(dǎo)爆管雷管,孔外采用低段位導(dǎo)爆管雷管,可有效避免后起爆的導(dǎo)爆管雷管被炸斷的風(fēng)險(xiǎn);

      5.3 根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)圖譜顯示,爆破產(chǎn)生的震動(dòng)分布較均勻,圖譜基本呈矩形狀,沒(méi)有出現(xiàn)明顯的振動(dòng)峰值突變,與起爆順序曲線基本相吻合;

      5.4 爆破完成后,根據(jù)爆破監(jiān)測(cè)圖譜的各組峰值大小情況,可對(duì)振速值過(guò)大的分組進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,減少組內(nèi)炮孔數(shù)或單孔炸藥用量,以降低此組的振速值,做到信息化施工;

      5.5 雖然理論上導(dǎo)爆管雷管可以避免被炸斷,爆破網(wǎng)絡(luò)可以有效傳遞。但由于操作工人水平存在差異,先爆破產(chǎn)生的飛石飛行方向的不確定性,以及對(duì)外露的導(dǎo)爆管線路沒(méi)有進(jìn)行有效保護(hù)等因素,偶爾會(huì)出現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)未起爆,造成瞎炮的情況,需要在施工過(guò)程中繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn),不斷優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)及連線方式。

      [1]郝飛.對(duì)硐室爆破設(shè)計(jì)中一些問(wèn)題的探討[J].隧道建設(shè)2007(3):21-23.

      [2]吳亮等.空氣間隔裝藥爆破研究現(xiàn)狀與探討[J].工程爆破 2009(1) :16-19.

      [3]張俊兵等.淺埋大跨隧道穿越樓群控制爆破及監(jiān)測(cè)分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào)2011(7):78-82.

      [4]孫西濛等.淺埋偏壓隧道開(kāi)挖爆破振動(dòng)與控制技術(shù)[J].施工技術(shù) 2011(3):51-53.

      [5]張平鎖.大帽山隧道微震爆破控制技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)2010(8) : 98-103.

      [6]張友勇.隧道淺埋地段控制爆破技術(shù)[J].隧道建設(shè) 2004(2):58-60.

      [7]郭學(xué)彬等.微差爆破的波形疊加作用分析[J].爆破2006(2):4-8.

      [8]余超等.特大斷面隧道爆破開(kāi)挖對(duì)既有隧道振動(dòng)影響分析[J].隧道建設(shè)2010(2):151-156.

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