一次爆破成型技术在道路开挖中的应用∗

2018-05-30李继业张剑兴蒲朝钦郭春阳

采矿技术 2018年3期

李继业,张剑兴,蒲朝钦,郭春阳

(1.中交一公局第四工程有限公司, 广西南宁 530003;2.贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵州贵阳 550002)

0 引言

施工便道作为工程施工中的重要通道,科学合理的设置和管理便道是保证施工和通行的前提,尤其是在复杂的施工地段,管理者需要面对诸多方面的考验[1G3].基于爆破施工进度和成本进行综合考虑,目前对于施工便道主要采用爆破开挖.为实现一次爆破成型且保证爆破质量,李荣兴、王林等[4G8]论述了逐孔起爆技术的基本原理和特点,采用多穿孔、装药充分分散、优化爆破参数、高精度电子雷管起爆等措施,建立爆破效果评价指标等级,明显改善了爆破效果,降低了生产成本.然而,爆破施工初期存在地表不平整,利用爆破设计参数进行爆破开挖时,施工便道平整度和爆破效果难以达到要求,严重影响着爆破施工进度.针对遵义市东快线道路施工中存在的施工便道爆破开挖不平,影响挖运进度和施工成本的问题,采用了一次成型爆破开挖技术,并取得了良好的效果.

1 工程概况

1.1 工程简介

遵义市东快线为遵义市南北向主干路,是连接新火车站片区、红花岗经济开发区的主要道路之一.本标段起点与拟建东快线相接,终点与拟建东快线播州区路段相连,全线路基总长3.46 k m,标准路幅宽40 m.其中边坡开挖高度大于或等于8 m的边坡有6处,具体情况为:K2＋600~K2＋880路段右侧,最大坡高35.7 m,坡长约220 m,共5级边坡;K2＋913.229~K3＋940路段右侧,最大坡高38.5 m,坡长约60 m,共5级边坡;K3＋980~K4＋440路段右侧,最大坡高29 m,坡长约80 m,共4级边坡;K5＋729~K6＋060路段右侧,土质边坡,最大坡高14 m,共2级边坡.

1.2 地质特征

工程岩体是典型的细砂岩,细砂岩的粒径0.01~0.1 mm;钙质胶结,胶结好;层厚,坚实,裂隙不发育,未风化,岩石普氏坚固系数f＝8~12,天然状态下单轴抗压强度普遍在34~45 MPa,单轴抗拉强度普遍在6~8 MPa.

1.3 存在问题

工程初期采用爆破开挖施工便道,爆破效果差,主要表现在:大块数多;挖掘机采装效率低;部分区段超深过多或超深不足,爆破根底现象严重;在挖运过程中,汽车轮胎磨损严重,运输效率低.

2 施工便道一次爆破成型技术

长久以来,绝大多数施工便道的爆破设计工作是根据常用公式和经验完成的.遵义市东快线施工便道开挖的爆破设计关键在于:考虑地质条件和孔径大小,确定单孔作用半径;施工便道深孔及部分浅孔区域,以孔深大于孔排距为原则分区段设计孔排距;从深孔到浅孔逐步降低超深深度,浅孔无超深;基于单耗一定,分区段变更单孔装药量.经工程实践,不仅实现了施工便道一次爆破成型,而且保证了爆破质量.

2.1 分段确定孔距

孔排距是决定爆破效果的重要参数之一[9G10],尤其对存在不等孔深的施工便道,进行分段施工时,孔排距的设计显得更加重要.首先,在掌握地质条件和确定孔径的条件下,根据生产经验,确定单孔爆破作用范围,通常排距小于等于单孔作用范围,孔间距小于等于2倍单孔爆破作用范围;其次,由于孔间距或排距大于孔深易产生大块、根底,而孔间距或排距远小于孔深易造成孔网参数密集,钻孔与装药成本过高.因此,针对施工便道具有不等孔深特点,结合区段的长度和高度调整孔间排距大小,在部分深孔区段及全部浅孔区段,实施孔间距、排距小于等于孔深.

2.2 分段设计超深

超深是决定施工便道爆后成型质量好坏的关键因素之一[11].超深过大,破坏路基,形成坑凹;超深不足,则欠爆,形成根底.因此需要合理设计坡道施工炮孔的超深.

施工便道超深的设计原则:从深孔到浅孔逐步降低超深深度,浅孔无超深.若超深过大,爆破下一坡面岩石路基,挖运过程中出现坑洼,并影响下一工作面钻孔工序;若超深不足,容易产生根底,不仅开挖、通行困难,而且二次处理成本高;此外,施工便道作为运输“动脉”,若爆后台面凹凸不平,加重汽车轮胎的磨损,影响汽车的运输效率.对于施工便道,深孔有超深,最大超深深度h1,并以分区段长度为步长逐步降低炮孔超深深度,浅孔无超深,即:区段H1超深h1,区段H2超深h2,区段H3超深0,区段Hn超深0 m.

综上所述:超深的设计应综合考虑地质条件、孔径大小、单孔作用半径,施工便道深孔及部分浅孔区域,以孔深大于孔排距为设计原则分区段设计孔排距;从深孔到浅孔逐步降低超深深度,浅孔无超深.

3 工程应用

为了解决遵义市东快线施工便道爆破开挖过程中存在的问题,利用一次爆破成型技术进行施工便道爆破开挖.

3.1 北侧施工便道

北侧施工便道坡长150 m,设计坡度8%,爆破坡面宽14 m;坡面设计标高是坡底的标高.图1(a)和图1(b)分别是北侧施工便道外三维示意图与无人机航拍图.

图1 北侧施工便道爆区

首先根据生产经验确定单孔爆破作用范围R＝3.5 m,并遵循排距b≤R;孔间距a≤2R.针对北侧施工便道具有不等孔深特点,在坡道部分深孔区段及全部浅孔区段,实施孔间距、排距小于等于孔深.分段设计炮孔超深.超深的设计原则为:深孔有超深,最大超深深度1 m,各分区段以步长0.25 m逐步降低超深深度,浅孔无超深.主要超深深度有:1,0.75,0.5,0.25 m;至浅孔区段,为防止爆破破坏路基,造成坑洼,不设超深.

北侧施工便道设计参数见图2.

图2 北侧施工便道爆破设计参数

布设炮孔时,根据设计的孔网参数运用GPSRTK空间定位,按照梅花形方式布设炮孔,并对每个炮孔的位置、深度和孔号等记录并存储.

钻孔钻机为 HCR2200RD、志高 D440、志高450D,均装配直径为120 mm的钻头,按设计要求钻孔.钻孔技术要求:孔深为超欠不超±0.5 m,间距偏移不超±0.3 m,方位角和倾角不超1°30′;对不合格的炮孔酌情采取清孔、补钻、回填等措施.

3.2 南侧施工便道爆破实践

南侧施工便道坡道,斜坡长度150 m,最大高差12 m,设计坡度8%,爆破坡面宽14 m,爆破挖运后将形成28 m宽斜坡.图3(a)和图3(b)分别是南侧施工便道的三维示意图与现场实景.

图3 南侧施工便道爆区

爆破技术实施内容与以上北侧施工便道的相同,南侧施工便道设计参数见图4.

北侧施工便道与南侧施工便道的爆破效果佳,无冲炮现象,岩石外推均匀、铺散范围未掩埋附近运输通道,岩块适中,后排拉沟明显.

目前,对于爆破大块尚没有公认的定义,判断是否是大块需结合现场采装设备的实际情况而定.现场配备挖掘机HITACHI 670(自配斗容约3.8 m3)与挖掘机 Ko matsu.850LC(自备斗容约4.7 m3),超出挖掘机最大采装能力的岩块,需由破碎锤或二次爆破处理,称之为大快.北侧施工便道与南侧施工便道爆后均未使用破碎锤处理大块,挖掘机装车效率达9~10车/h,较正常水平采装效率(7~8车/h)提高27%,充分保证了施工便道进度.北侧施工便道爆破挖运后形成规整台面,根平底齐,运输车行走顺畅;南侧施工便道爆破挖运后,一次成坡,未有高低不平区段,运输车行走顺畅.