大型弧形高边坡预裂爆破设计与施工技术.pdf

第3 3 卷第3 期 爆破 V o l 3 3 N o 3 2 0 1 6 年9 月B L A S T I N G S e p ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 3 ．0 1 1 大型弧形高边坡预裂爆破设计与施工技术 王永虎1 ，李雷斌2 ，金沐2 ，肖涛2 1 ．中国石油工程设计有限公司华北分公司，任丘0 6 2 5 5 0 ；2 ．中铁港航局集团有限公司，广州5 1 0 6 6 0 摘要舟山国家石油储备基地扩建项目，高边坡设计为弧形边坡，最大开挖高度1 2 7m ，坡脚高度8m ，坡 脚长7 5 2m ；自下而上共分9 级放坡，每级平台宽度3m ，台阶高度1 2 1 5m ，坡度4 5 ～5 3 ．1o ，设计坡面面积 7 53 2 0m 2 。该山体为中风化一微风化凝灰岩，为保证弧形高边坡开挖成型，且最大程度减小爆破对预留高 边坡的破坏，确保后期库区运营安全，采用深孔大孔径进行预裂爆破设计与施工，并对爆破参数、预裂孔的钻 孔技术、装药结构、爆破振动控制等进行了优化。从实际效果来看，深孔大孔径预裂爆破不仅保证了弧形高 边坡的成型，确保爆破施工中管线隧道在振动安全允许范围内，而且经济实用、大大节约了工期。 关键词弧形边坡；深孔；大孔径；顸裂爆破；爆破参数；装药；振动 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A 文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 6 0 3 0 0 5 9 0 5 P r e s p l i tB l a s t i n gD e s i g na n dC o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g yo fL a r g eA r cH i g hS l o p e W A N GY o n g ．h u l ，L IL e i ．b i n 2 ，f i NM u 2 ，X I A OT a 0 2 1 ．C P EN o r t hC h i n aC o m p a n y ，R e n q i u0 6 2 5 5 0 ，C h i n a ； 2 ．C h i n aR a i l w a yP o r tC h a n n e lE n g i n e e r i n gC oL t d ，G u a n g z h o u51 0 6 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h ee x p a n s i o np r o j e c to fZ h o u s h a nn a t i o n a lo i lr e s e n r eb a s e ，t h ed e s i g n e dh i g hs l o p ei sa r cs h a p e ， a n dt h eh e i s ti s1 2 7m ．t I l et o eh e i g h ti s8ma n dt h et o el e n g t hi s7 5 2m ．T h es l o p ei sd i v i d e di n t o9g r a d i n gf r o m b o t t o mt ou p ，w i t he a c hp l a t f o r m3n lw i d e ，b e n c hh e i g h tf r o m1 2mt o1 5m ．T h eg r a d i e n to fs l o p ei s4 5t o5 3 ．1d e - g r e e s ，a n dt h es l o p ea r e ai s7 5 ，3 2 0m 2 ．T h er o c ki sw e a t h e r i n gm o d e r a t e l y ．T h ed e e ph o l ep r e s p l i tb l a s t i n gt e c h n o l o g y w i t hl a r g e - d i a m e t e ri sa p p l i e dt om i n i m i z eb l a s t i n gd a m a g et ot h er e s e r v eh i i g hs l o p ea n dt of o r mt h ea r cs h a p eo fh i g h s l o p e ，w h i c he n s u r e st h es a f e t yo ft h el a t e ro i ld e p o t so p e r a t i o n ．T h eb l a s t i n gp a r a m e t e r s ，p r e s p l i th o l ed r i l l i n g ，c h a r - g i n ss t r u c t u r e ，a n db l a s t i n gv i b r a t i o nc o n t r o l l i n g 册o p t i m i z e d ．F r o mt h ep o i n to fp r a c t i c a le f f e c t ，t h ed e e ph o l ep r e s p l i tb l a s t i n gw i t hl a r g e - d i a m e t e re n s u r e st h es h a p i n go ft h ea r ch i g hs l o p e ，a n dk e e p sp i p e l i n et u n n e lv i b r a t i o ns a f e ； f u r t h e r m o r e ．t h ee c o n o m i c a le f f e c ta n dh J i g he f f i c i e n c ya r ea l s oo b t a i n e d ． K e yw o r d s a r cs l o p e ；d e e ph o l e ；l a r g eb o r e h o l e ；p r e s p l i tb l a s t i n g ；b l a s t i n gp a r a m e t e r s ；c h a r g i n g ；v i b r a t i o n 预裂爆破是在保护预留边坡的控制爆破中最常 用的一种，它在减少爆破对预留边坡岩体的破坏，保 持边坡的稳定性方面起着重要作用⋯。以舟山国家 石油储备基地扩建项目弧形高边坡为工程载体，介绍 了深孔大孔径预裂爆破的参数设计与施工方法。 收稿日期2 0 1 6 0 5 3 1 作者简介王永虎 1 9 8 2 一 ，男，工程师、硕士研究生，从事石油化工 项目管理， E ．m a i l 1 8 1 8 7 1 7 8 5 q q ．c o r n 。 1 工程概况 舟山国家石油储备基地扩建项目位于浙江舟山 市定海区临城街道岙山岛，设计规模3 0 0 万m 3 ，布 置1 0 万m 3 储油罐3 0 个。油库基地东南侧为中风 化一微风化凝灰岩组成的低丘陵地貌，场区建设涉 及山体高边坡开挖。高边坡设计为弧形边坡，最大 开挖高度1 2 7m ，坡脚高度8m ，坡脚长7 5 2m ，自下 万方数据 爆破 2 0 1 6 年9 月 而上共分9 级放坡，每级平台宽度3m ，台阶高 度1 2 1 5m ，坡度4 5 。一5 3 0 见表1 ，设计坡面面 积7 53 2 0m 2 。坡脚为通行路、罐区，边坡安全设计 等级为一级。 新建管线隧道贯穿山体，入口在第1 级边坡约 中部位置，见图1 。边坡爆破时应控制爆破振动对 管线隧道的影响。 表1 边坡开挖设计参数表 T a b l e1 D e s i g np a r a r a e t e r so fs l o p ee x c a v a f i o a 图1 边坡设计平面图 F i g ．1 P l a no fs l o p ed e s i g n 2 爆破方案选择 小孑L 径预裂爆破虽然能有效控制飞石，减少边 坡超欠挖，但施工时间太长、不经济且对于较深的预 裂孔不能保证钻孔角度心J 。考虑本工程工期紧 为 保证弧形高边坡开挖成型，且最大程度减小爆破对 预留高边坡的破坏，确保后期库区运营安全，结合现 场实际情况，采用深孑L 大孑L 径进行预裂爆破设计与 施工。 3 爆破器材及施工机具选择 根据现场实际情况，爆破器材及施工机具选择 如下 1 主炮孔、缓冲孔选用2 { } 岩石乳化炸药 咖9 0 ，塑料导爆管非电毫秒雷管；预裂孔使用2 岩石乳化炸药 西3 2 ，普通导爆索起爆。 2 主炮孔、缓冲孔及预裂孔等均采用西1 1 5 钻头的履带式潜孔钻机钻孔。 4 爆破设计 4 ．1 爆破参数设计 本工程中弧形高边坡共9 个台阶，每级边坡设 计参数不同，为方便定量化计算爆破参数，以管线隧 道人口处第l 级边坡为例进行分析。该处边坡设计 参数为 坡率l 0 ．7 5 ，台阶高度1 5m ，坡顶圆弧半径 1 0 5 ．6 5m ，坡脚圆弧半径11 6 ．9 0m ，见图2 。 4 ．1 ．1 主炮孔 主炮孔采用中深孔控制爆破，台阶高度1 5m ， 钻孔直径1 1 5m m ，其爆破参数如下【3J 1 钻孔角度a 取9 0o 。 a 平面图 b 剖面图 a P l a n b P r o f i l e 图2 管线隧道人口处第1 级边坡设计参数 单位m F i g ．2 D e s i g np a r a m e t e r so ff i r s tl e v e ls l o p ea tp i p e l i n et u n n e le n t r a n c e u n i t m 万方数据 第3 3 卷第3 期王永虎，李雷斌，金沐，等大型弧形高边坡预裂爆破设计与施工技术 6 1 2 排距b 0 ．2 5 ～0 ．3 3 日。式中，日为台阶 高度，m 。取b 3 ．8m 。 3 孔距口 ／／ 7 b ／8 ，则口 5 ．2m 。 4 超深h 0 ．2 ～0 ．5 b ，取1 ．0m 。 5 孔深L 日 h ，则L 1 6 ．0m 。 6 堵塞长度f 。 0 ．7 1 ．2 b ，取4 ．6m 。 7 底部装药长度2 。 0 ．3 0 ．5 b h ，取 2 ．5m 。 8 柱状装药长度l p L l o Z 6 ，则I p 8 ．9m 。 9 每延米装药量P 0 ．0 0 0 7 8 5XD P 。。式 中J D 。为药卷直径，m m ；p 。为炸药密度，g ／e m 3 。则底 部耦合装药P 6 _ 1 1 ．7 3k g ／m ，柱状不耦合装药p ， 7 ．1 9k g ／m 。 1 0 每孔装药量Q P 6 瓦 p ，l p ，则Q 9 3 ．3 2k g 。 1 1 单位炸药消耗量q Q ／ 口xb 1 1 ，则g 0 ．3 1 5k g ／m ’。 4 ．1 ．2 预裂孔 进行预裂爆破参数的初步设计时，可根据表2 选取。 表2 预裂爆破参数初步设计表 T a b l e2I n i t i a lp a r a m e t e r sd e s i g no fp r e s p l i tb l a s t i n g 管线隧道入口处第1 级边坡倾角为5 3 ．1o ，台 阶高度1 5m ，钻孔直径1 1 5m m ，预裂爆破参数计算 如下[ 3 ，4 | 1 坡顶孔距S 8 一1 2 D 。式中，D 为预裂 孔直径，m 。取S 1 ．5m 。 由于是弧形边坡，坡脚孔距S ’ R7 ／R ，R ’为坡 脚圆弧半径，m ；R 为坡顶圆弧半径，m 。则S ’ 1 ．6 6m 。 2 最小抵抗线B 当预裂孔与缓冲孔的孔径相同时，预裂孔到缓 冲孔的最小抵抗线，参照经验公式B 1 ．5S 。式 中，．s 为坡顶孔距，m 。则B 2 ．3m 。 3 线装药密度Z 。 D 2 ／1 2 1 0 0 。式中，D 为预 裂孔直径，m 。则Z 。 1 ．0 9k s ／m 。 4 超深h 0 ．3 日，则h 0 ．7m 。 5 孔深L ／／／s i na h 。式中，a 边坡倾角，。。 则L 1 9 ．5m 。 6 堵塞长度Z 。 由于不允许有飞石，堵塞长度f 。 0 ．7 ～1 ．2 B ， 取l o 2 ．3m o 7 单孔装药量Q ￡一f 。 1 Z 。，则Q 1 9 ．8 4k g 。 4 ．1 ．3 缓冲孔 缓冲孔是用来降低主炮孔对预留边坡的爆破危 害，同时为了降低大块率达到更好的爆破效果，在最 后一排主炮孔与预裂孔之间布置的炮孔。根据主炮 孔与预裂孔之间的距离，本次设计布置2 排垂直缓 冲孔。 当主炮孔与缓冲孔的孔径相同时，缓冲孔的排 距b 与孔距口为主炮孔的7 0 “ ／0 8 0 0 ，具体参数如 下 j { E 距b 0 ．8 3 ．8 3 ．0m ，孑L 距o 0 ．8 5 ．2 4 ．2m ，其余参数按照中深孔爆破参数相关计 算公式计算。 4 ．1 ．4 布孔方式 主炮孔、缓冲孔采用梅花形布孔，预裂孔沿坡顶 圆弧布置，见图3 。 蠢I 霜I 臼由面 图3 钻孔布置平面图 单位m F i g ．3 B o r e h o l el a y o u tp l a n u n i t m 4 ．1 ．5 装药结构 1 主炮孔连续装药结构，底部耦合装药，柱 状部分不耦合装药 不耦合系数1 ．2 8 。 2 缓冲孔连续装药结构，第1 排缓冲孑L 靠 近最后一排主炮孔 ，采用柱状不耦合装药结构 不 耦合系数1 ．2 8 ；第2 排缓冲孔 靠近预裂孔 ，采用 底部耦合装药结构。 3 预裂孔采用不耦合空气间隔装药结构。 所有炮孑L 均堵塞，主炮孔、缓冲孔及预裂孔的装 药结构，见图4 。 万方数据 6 2爆破 2 0 1 6 年9 月 型曙罂抒L 氟 H ■Hh - _ H H T 豁 图4 主炮孔、缓冲孑L 及预裂孔装药结构图 单位m F i g ．4C h a r g i n go fm a i np r o d u c t i o n ，b u f f e r a n dp r e s p l i th o l e s u n i t m 脉冲起器 注孔内用高段M S l 0 3 8 0m s ， 孔间用M S 3 5 0m s ，排间用M S 5 11 0m s ；所有预裂孔均同时起 爆破或根据最大单响药量控制分 组起爆。 4 ．1 ．6 起爆网路 1 主炮孔、缓冲孔工程爆破主炮孔及缓冲孔 采用的起爆网路是塑料导爆管非电毫秒雷管起爆系 统，孔外延期的接力式起爆网路，单孔单响可有效降 低爆破振动有害效应对新建管线隧道的影响 或根 据最大单响药量控制多孑L 同时起爆 ，图5 为逐孔 接力式起爆网路示意图∞J 。 2 预裂孔预裂孑L 内采用导爆索串联，所有预 裂孔均同时起爆或根据最大单响药量控制分组起爆 每组约5 1 0 个预裂孑L ，分组起爆时间间隔约 2 5m s 。导爆索主线与主炮孔的最初传爆雷管联接， 见图5 。 自由面 3 8 0 ④4 3 0 ④4 8 0 ④5 3 0④5 8 0 ④6 3 0 ④6 8 0 4 9 0 ④5 4 0 ④5 9 0 ④6 4 0 ④6 9 0 ④7 4 0 ④7 9 0 6 0 00 6 5 0 ④7 0 0 ④7 5 0o8 0 0 ④8 5 0 ④9 0 0 7 1 0 ④7 6 0 8 1 0 8 6 0 9 1 0 9 6 0 ④1 0 1 0 图5 逐孔接力式起爆网路示意图 F i g ．5 I n i t i a t i o np a t t e r no fh o l eb yh o l e 4 ．2 爆破振动控制 工程新建管线隧道与山体边坡爆破同时施工， 由于隧道人口在第l 级边坡正下方，隧道贯通需等 待第1 级边坡开挖完成之后，才能由隧道出口向入 口方向进行爆破贯通，同时考虑山体边坡对管线隧 道的爆破振动影响，隧道预留3 6m 约1 2 个进尺 ， 见图2 。 根据本工程前期多次爆破测得的振动数据及相 关爆破参数，线性回归得到以下3 个振动速度公 式‘6 1 竖直向移 2 4 7 ．9 科7 0 1 水平径向秽1 0 7 ．8 f 竭。” 2 、R ／ 水平切向删9 7 ．4 钢“的 3 式中秽为保护对象所在地质点振动安全允许速度， e m ／s ；Q 为炸药量，延时爆破为最大一段药量，k g ；R 为爆源至保护对象的距离，m 。 对于交通隧道，爆破安全规程 G B6 7 2 2 2 0 1 4 规定安全允许振动速度为1 2 1 5c m ／s ，取最 小值1 2 ．0e m ／s ，根据式 1 、 2 、 3 分别计算同 时起爆炸药量如下 Q 竖向 2 2 2 ．9 2k g ， Q 径向 3 0 5 ．8 2k g ， Q 切向 1 4 1 ．0 4k g 根据计算结果，取Q r a i n { 2 2 2 ．9 2 ，3 0 5 ．8 2 ， 1 4 1 ．0 4 } 1 4 1 ．0 4k g 作为同时起爆炸药量，来控制 山体边坡爆破振动对管线隧道的影响。 因此，主炮孔和缓冲孔采用逐孔接力式起爆网 路，单孔最大装药量为9 3 ．3 2k g 1 4 1 ．0 4k g ；预裂 孔每孔装药量为1 9 ．8 4k g ，按每组不多于7 个预裂 孔分组起爆，可确保山体边坡爆破时管线隧道在安 全允许振动范围内。 5 预裂爆破施工及效果分析 预裂爆破效果的好坏很大程度上取决于预裂孔 万方数据 第3 3 卷第3 期王永虎，李雷斌，金沐，等大型弧形高边坡预裂爆破设计与施工技术 6 3 的方向、角度和深度。施工前，用中海达G P SV 3 0 圆弧放样功能准确测出设计边坡线和预裂孔的位 置，然后距离预裂孔2m 左右再进行圆弧放样以便 预裂孑L 的定位，此时应注意两次放样时坡顶孔距与 “坡脚孔距”的区别，避免定向错误，见图6 。预裂孔 的角度应与设计边坡坡度一致，钻孑L 过程中用坡度 尺进行校正。 图6 预裂孑L 钻孑L F i g ．6P r e s p l i th o l ed r i l l i n g 从实际效果来看，采用深孔大孔径预裂爆破，爆 破效果达到了预期的目的，没有出现欠挖及超挖现 象，不仅保证了弧形高边坡的成型 见图7 、图8 ， 增加了预留边坡的稳定性，降低了山体边坡爆破振 动对管线隧道的影响，而且使装载、运输和机械破碎 等后续工序发挥高效率，节约了工期，同时也降低了 工程的总成本。 图7预裂爆破局部效果图 F i g ．7 P a no fe f f e c t sf r o mp r e s p l i tb l a s t i n g 图8 预裂爆破全局效果图 F i g ．8 T h ew h d ee f f e c t so fp r e s p l i tb l a s t i n g 6 结语 1 工程采用深孔大孔径预裂爆破方案，严格 控制了超欠挖，不仅保证了弧形高边坡的成型，增加 了预留边坡的稳定性。 2 主炮孔和缓冲孔采用逐孔接力式起爆网 路，预裂爆破按每组不多于7 个预裂孔分组起爆 分组起爆时间间隔2 5m s ，严格控制同时起爆炸 药量，确保了山体边坡爆破时管线隧道在安全允许 振动范围内。 3 深孔大孔径预裂爆破辅助缓冲孔，有效解 决了大块率问题，同时降低了单位炸药消耗量，提高 了经济效益，还使装载、运输和机械破碎等后续工序 发挥高效率，节约了工期。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 汪旭光．爆破设计与施工[ M ] ．北京冶金工业出版 社。2 0 1 3 2 4 7 - 2 6 2 ． 丁率．高边坡深孔预裂爆破施工技术[ J ] ．福建建 材，2 0 1 0 5 8 8 - 8 9 ． D I N GS h u a i ．H i i s hs l o p ed e e ph o l ep r e s p l i tb l a s t i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ．[ J ] ．F u j i a n B u i l d i n gM a t e r i a l s ， 2 0 1 0 5 8 8 - 8 9 ． i nC h i n e s e W Y I L I ECD u n c a n ．M A 咖0 C KW C h r i s t o p h e r ．R o c ks l o p e e n g i n e e r i n g4 t he d i t i o n [ M ] ．N e wY o r k S p o nP r e s s ，2 0 0 4 ， 2 5 3 - 2 6 1 ． R E A DJ o h n ，S T A C E YP e t e r ．G u i d e l i n e sf o ro p e np i ts l o p e d e s i g n [ M ] ．A u s t r a l i a C S I R Op u b l i s h i n g ，2 0 0 9 2 7 6 - 31 0 ． 杨年华．爆破振动理论与测控技术[ M ] ．北京中国铁 道出版社，2 0 1 4 1 4 8 ．1 4 9 ． 吴亮，金沐，李雷斌，等．露天矿边坡爆破对既有 隧道的影响分析[ J ] ．金属矿山，2 0 1 5 5 8 - 9 ． W UH a n g ，J I NM u ，L IL e i - b i n ，e ta 1 ．I n f l u e n c eo fs l o p e e x c a v a t i o no fo p e np i tm i n eo nt h ee x i s t i n gt u n n e l [ J ] ． M e t a lM i n e ，2 0 1 5 5 8 - 9 ． i nC h i n e s e 1 J 1 J 1 J 1 J 1』 2 2 3 4 5 6 6 心 心 口 H ∞ № № 万方数据