曲樹成 王春娟
(沈陽利鑫土木工程有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110179)
北票市引白入北供水工程的濾床取水區(qū)域位于白石水庫中心府區(qū)段,設(shè)計(jì)1條700m的輸水主巷道和3條支巷道,在主巷和支巷上布置9座硐室,在硐室頂部安裝滲濾取水器取水,主巷起點(diǎn)處設(shè)1眼集水豎井和1座取水泵房。集水豎井井口標(biāo)高129.75m,井底標(biāo)高77.5m,井深52.25m,內(nèi)徑5m,壁厚0.4m,C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆全支護(hù)。井底5m段為導(dǎo)井,便于施工和將來巷內(nèi)維護(hù)、檢修排水置泵空間。
豎井所處場(chǎng)地出露的主要巖性為砂巖類、泥巖、薄層頁巖。
根據(jù)工程實(shí)際情況首先施工鎖口至井圈部位,依據(jù)業(yè)主提供的控制點(diǎn)資料及經(jīng)監(jiān)理工程師批復(fù)的復(fù)測(cè)成果進(jìn)行測(cè)量放線。首先利用全站儀放樣出豎井中心位置,然后利用鋼尺放樣豎井開挖范圍。豎井鎖口段以粉質(zhì)黏土為主,表層為塊石土,地表距強(qiáng)風(fēng)化巖層深度約8m。采用機(jī)械人工配合開挖,挖至砂礫層后,采用人工開挖,鎖口部位使用空壓機(jī)風(fēng)鎬開挖確保開挖質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。垂直提升出碴采用25t汽車吊吊料斗出渣。按設(shè)計(jì)斷面開挖完成后,進(jìn)行鎖口鋼筋混凝土的澆筑,澆筑時(shí)模板采用大塊定型鋼模板。井圈混凝土頂高程高于地面0.5m,搭設(shè)施工平臺(tái)、安裝井架及封閉井口。
井身段分為兩部分進(jìn)行掘進(jìn),先進(jìn)行高程82.0m以上段豎井施工,等輸水平巷及硐室施工完成后再進(jìn)行82.0m以下段豎井施工。采用鉆爆法施工,為減小爆破地震波的影響,采取分段、分次爆破,出碴采用井架垂直提升,每個(gè)開挖循環(huán)結(jié)束后為了確保施工人員安全,井壁噴射C30混凝土進(jìn)行支護(hù)。
根據(jù)豎井的施工特點(diǎn),近井點(diǎn)的測(cè)量在井筒附近至少建立一個(gè)豎井永久性控制點(diǎn)(包括平面控制和高程控制),作為井建測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。井筒十字線的測(cè)設(shè):沿十字線各端埋設(shè)永久保護(hù)點(diǎn)不少于2個(gè),并實(shí)測(cè)各點(diǎn)的坐標(biāo)。隨著豎井掘進(jìn)到一定深度,十字線還應(yīng)轉(zhuǎn)設(shè)到井筒鎖口面上,并埋設(shè)鐵質(zhì)標(biāo)志,永久保存。施工時(shí)定期檢校中心線,利用中心線確定開挖線。
豎井井筒爆破設(shè)計(jì)主要包括爆破參數(shù)確定(爆破圖表編制)、鑿巖和爆破三項(xiàng)工作。在豎井掘進(jìn)時(shí),鑿巖爆破是一項(xiàng)主要工序,在每一個(gè)循環(huán)中約占20%~30%的時(shí)間,鑿巖工作的快慢直接影響工程進(jìn)度,而爆破效果則直接影響井筒成型質(zhì)量。
3.2.1 爆破參數(shù)的確定
a.爆破器材選擇。豎井掘進(jìn)時(shí),一般使用威力高、防水性好的炸藥。根據(jù)巖層實(shí)際情況,選用膠質(zhì)炸藥。雷管采用6號(hào)和8號(hào)毫秒延期電雷管,段數(shù)為1、3、5、7、9。
b.單位炸藥消耗量(q)的確定。影響單位炸藥消耗量的主要因素是巖石的性質(zhì)、炸藥種類和井筒斷面的大小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),參照國家定額——豎井掘進(jìn)炸藥及雷管消耗定額(見表1)選定,在施工中依據(jù)實(shí)際爆破效果不斷調(diào)整,使其達(dá)到最優(yōu)值。豎井掘進(jìn)斷面為26.4m2,巖石的堅(jiān)固性系數(shù)f=8~10,查表得知單位炸藥消耗量q定=1.62kg/m3。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),定額數(shù)值一般偏小,乘以1.1的系數(shù),決定取q=1.8kg/m3。
表1 豎井掘進(jìn)炸藥及雷管消耗定額
c.炮眼直徑(d)的確定。炮眼直徑指炮眼眼底的直徑,一般取38~42mm。藥包直徑一般較炮眼直徑小5~7mm,釬頭直徑一般較炮眼直徑小2~3mm。豎井施工時(shí),采用40mm的釬頭,故炮眼直徑為42mm。
d.炮眼深度(l)的確定。通常將從眼口到眼底的垂直距離稱為炮眼深度,而將從眼口到眼底的長度稱為炮眼長度。在施工時(shí)炮眼深度根據(jù)要求的月進(jìn)度來確定,依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:
式中 l——按月進(jìn)度要求的炮眼深度,m;
L——月掘進(jìn)深度,m;
n——每月掘進(jìn)天數(shù);
n1——每循環(huán)小時(shí)數(shù);
η——炮眼利用率,一般為0.8~0.9,取0.85;
η1——循環(huán)率,一般為80% ~90%,取85%。
豎井計(jì)劃月進(jìn)度為60m(L=60m),采用掘砌順序作業(yè)。月掘進(jìn)天數(shù)取27d,取循環(huán)時(shí)間為12h,則炮眼深度為:
為了加快施工進(jìn)度和提前超額完成生產(chǎn)任務(wù),取炮眼深度l=1.8m。
e.炮眼數(shù)目(N)的確定。通常先根據(jù)單位炸藥消耗量進(jìn)行初算,再根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料用工程類別的方法初步確定炮眼數(shù)目,作為布置炮眼時(shí)的依據(jù),然后再依據(jù)炮眼布置情況,適當(dāng)加以調(diào)整,最后確定。用下式進(jìn)行計(jì)算:
式中 q——單位炸藥消耗量,kg/m3;
S——井筒的掘進(jìn)斷面,m2;
η——炮眼利用率;
m——每個(gè)藥包的長度,m;
G——每個(gè)藥包的重量,kg;
a——炮眼平均裝藥系數(shù),當(dāng)藥包直徑為32mm時(shí),取0.6~0.72;當(dāng)藥包直徑為35mm時(shí),取0.6~0.65。
豎井掘進(jìn)斷面積S=26.4m2,單位炸藥消耗量q=1.8kg/m3,炮眼利用率為η=0.85,每個(gè)藥包的長度m=0.2m,每個(gè)藥包的重量G=0.15kg,炮眼裝藥系數(shù)a取0.72,則炮眼的估算數(shù)目為:故炮眼數(shù)目暫定75個(gè),作為布置炮眼時(shí)的依據(jù)。
f.炮眼布置。豎井掘進(jìn)時(shí),炮眼布置在以井筒中心為圓心做成的同心圓上,根據(jù)井筒掘進(jìn)直徑、巖石堅(jiān)固程度,共布置四圈。掏槽方式及掏槽眼的數(shù)目主要受巖石性質(zhì)、井筒掘進(jìn)斷面和炮眼深度等因素影響。掏槽眼的數(shù)目一般為5~7個(gè),巖石越堅(jiān)固掏槽眼數(shù)目應(yīng)該越多。豎井掘進(jìn)采用淺眼直線掏槽形式,其具有巖碴飛揚(yáng)高度小、操作技術(shù)簡單、便于打深眼等優(yōu)點(diǎn)。掏槽眼數(shù)目確定為12個(gè),掏槽眼深度為2.2m。
周邊眼口一般距井幫100~200mm,在軟巖中可達(dá)300~400mm。周邊眼在鉆孔時(shí)略向外傾斜,使眼底落在井筒的輪廓線上。為保證井筒規(guī)格質(zhì)量,周邊眼的眼距比輔助眼小。為使每個(gè)炮眼的最小抵抗線基本相等,輔助眼和周邊眼一樣都按同心圓分圈布置。豎井巖石較堅(jiān)固,炮眼深度取1.8m,掏槽采用淺眼直線兩次掏槽,在豎井中心設(shè)中心孔,其深度比其他炮眼略深20cm。
g.炸藥消耗量的確定。
?初步確定炸藥消耗總量Q
Q=q×S×l×η =1.8×26.4×2×0.85=80.8kg
?各類炮眼中單孔裝藥量的確定
①每個(gè)炮眼平均裝藥量q平:
②每個(gè)掏槽眼的裝藥量q掏:8.64個(gè),考慮裝藥的可靠性,取n掏=9個(gè)
故q掏=G×n掏=0.15×9=1.35 kg
式中 n掏——每個(gè)掏槽眼所裝藥卷個(gè)數(shù);
m掏——掏槽眼藥量增加系數(shù),可取1.15~1.2;
G——每個(gè)藥卷的重量,kg。
③每個(gè)輔助眼的裝藥量q輔:
故q輔=G×n輔=0.15×7=1.05 kg
④每個(gè)周邊眼裝藥量q邊:
q邊=G×n邊=0.9kg
式中 n邊——每個(gè)周邊眼所裝藥卷個(gè)數(shù);
m邊——周邊眼裝藥量降低系數(shù)。由于周邊眼眼距較小,自由面較大,易崩落,同時(shí)為減少因爆破而產(chǎn)生巖幫穩(wěn)定性下降,周邊眼裝藥量應(yīng)有所減少,故 m邊可取0.85~0.95。
?每循環(huán)實(shí)際炸藥量消耗總量Q實(shí)
Q實(shí)=q掏×n1+q輔×n2+q邊×n3=1.35×12+1.05×34+0.9×30=78.9kg
h.爆破圖表。根據(jù)以上各項(xiàng)確定的結(jié)果,進(jìn)行歸納整理,見表2、表3。
表2 原始條件
表3 豎井爆破參數(shù)
3.2.2 鑿巖作業(yè)
豎井鑿巖采用YT—28鑿巖機(jī),釬頭采用φ40mm“一”字形硬質(zhì)合金鉆頭。豎井掘進(jìn)斷面積為26.4m2,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),同時(shí)考慮到井筒作業(yè)面有限,設(shè)備過多易造成相互干擾和工作混亂,計(jì)劃配置4臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè),分四個(gè)工作區(qū)域,集中組成8人的“定人、定機(jī)、定位”的勞動(dòng)組織。
3.2.3 爆破作業(yè)
爆破作業(yè)主要包括裝藥、聯(lián)線和起爆。裝藥時(shí)安排爆破員和有經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行,必須認(rèn)真裝填,聯(lián)線可靠,方能獲得良好的爆破效果。裝藥前把工作面的工具提出井外,設(shè)備提至安全高度,非工作人員全部撤離至井筒以外。
a.裝藥。裝藥時(shí)采用串裝藥的方法,將每個(gè)炮眼欲裝的全部藥卷先在地面用竹片及線捆扎,加工成串聯(lián)藥卷。在工作面裝藥時(shí)將長藥卷一次裝入眼內(nèi),眼口部分用炮泥充填。
b.聯(lián)線。全部炮眼裝藥結(jié)束之后即可開始聯(lián)線。聯(lián)線前必須打開放炮開關(guān),并切斷通入井下的一切電源,以防意外電源接觸爆破母線造成事故。豎井爆破采用并聯(lián)網(wǎng)路,由于眼數(shù)較多,加之工作面有淋水、積水等原因,因此應(yīng)注意使通過每個(gè)雷管的電流大致相等,以防止因漏電而發(fā)生局部拒爆現(xiàn)象。
c.起爆。爆破網(wǎng)路聯(lián)好以后,必須認(rèn)真檢查,以免發(fā)生漏聯(lián)和錯(cuò)聯(lián)。爆破母線的連接必須在所有放炮準(zhǔn)備工作完成并經(jīng)檢查后進(jìn)行。放炮前必須打開井蓋門,當(dāng)所有人員撤離井口到達(dá)安全地點(diǎn)后,放炮工方可合閘起爆。
a.按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行爆破試驗(yàn),能夠達(dá)到進(jìn)尺1.6~1.8m左右的深度。
b.通過合理組織施工滿足施工進(jìn)度需求,保證了按計(jì)劃工期完成開挖任務(wù)。
c.施工時(shí)根據(jù)不同地段的巖石性質(zhì)適當(dāng)調(diào)整了各項(xiàng)參數(shù),井壁開挖滿足超欠挖控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的要求。
可以看出,根據(jù)爆破效果和實(shí)際巖石條件的變化,適當(dāng)調(diào)整周邊孔與設(shè)計(jì)開挖邊線的距離,以及適當(dāng)調(diào)整裝藥量等參數(shù)在豎井開挖中起著至關(guān)重要的作用。上述開挖控制技術(shù)可供類似地質(zhì)條件豎井開挖施工參考?!?/p>