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多邊界條件下爆破技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用

多邊界條件下爆破技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用摘要:基于多邊界條件下爆破理論和山區(qū)高等級(jí)公路石方路基工程
的特點(diǎn),探討了爆破技術(shù)在山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)石方路基施工中應(yīng)用的
可行性和關(guān)鍵。實(shí)踐表明:在山區(qū)高等級(jí)公路路基施工中推廣和應(yīng)用新
的爆破技術(shù)是加快施工進(jìn)度和保證施工質(zhì)量的有效措施。
b 關(guān)鍵詞:多邊界爆破理論;抵抗線;裝藥量;石方路基;深挖;質(zhì)量;
進(jìn)度
  我國(guó)高等級(jí)公路經(jīng)過(guò)近二十年的建設(shè)取得了巨大成就,高等級(jí)公路
里程迅速增加。目前,高等級(jí)公路建設(shè)逐漸由平原微丘區(qū)向山嶺重丘區(qū)
延伸發(fā)展。尤其是隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,西部公路建設(shè)所面臨的
地質(zhì)地形將會(huì)越來(lái)越多的遇到起伏不平的巖石山區(qū)。為了滿足高等級(jí)公
路所需的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),必須克服波浪起伏、高差較大、溝谷相間等各種不
利地形,深挖高填土石方工程難以避免。而深挖高填工程數(shù)量大、傳統(tǒng)
施工速度慢、施工效率低下,同橋遂工程一樣,往往成為決定工程進(jìn)度
的關(guān)鍵。因此,必須研究推廣采用新的爆破技術(shù),以在山區(qū)高等級(jí)公路
建設(shè)中加快石方路基工程的施工進(jìn)度并確保施工質(zhì)量。
1 多邊界條件下爆破技術(shù)
隨著鑿巖機(jī)具、裝運(yùn)機(jī)具和爆破技術(shù)的發(fā)展,基于多邊界條件爆破理論
對(duì)公路工程影響較大的爆破技術(shù)是光面爆破和預(yù)裂爆破、深孔爆破以及
微差爆破技術(shù)。
1.1 多邊界條件爆破
多邊界條件即為地形變化條件,一般分為平坦地形、傾斜地形、山包地
形和埡口地形。多邊界爆破遵循“最小抵抗線原理”。圖1表示多邊界
爆破漏斗。
多邊界藥量計(jì)算如下。
Q=edKW3F(E·α)
式中 Q———為藥包的裝藥量,kg;
e———為炸藥換算系數(shù);d———為堵塞系數(shù);
K———形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲漏斗時(shí)的線耗藥量,
kg/m3;
W———為最小抵抗線,m;F———(E,α)為藥包性質(zhì)指數(shù);E——
—為拋擲(坍)率(%);
α———為自然地面坡度(°)。
圖1 多邊界條件下的爆破漏斗示意藥包間距(m): a=(1.0~1.
2)W子藥包間距(m)
 C=0.5nWsinα+1
式中 W———為相鄰兩藥包最小抵抗線的平均值;
n———為爆破作用指數(shù),其余同前。爆破作用半徑:
下爆破作用半徑 R下=Wn2+1
上爆破作用半徑 R上=WAa上n2+1式中 a上———為抵抗線出口點(diǎn)至
上破壞點(diǎn)之間的地
面坡度,(°);A———為崩塌系數(shù)。
1.2 光面爆破和預(yù)裂爆破
光面爆破和預(yù)裂爆破是專門針對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)挖界面進(jìn)行有效控制的爆破方法
。沿爆破開(kāi)挖區(qū)的設(shè)計(jì)輪廓或邊坡,以較小的間距合理布置一排相互平
行的鉆孔,在孔內(nèi)采用間歇或不耦合裝藥,并在開(kāi)挖區(qū)主爆破之后或之
前同時(shí)起爆,從而獲得符合設(shè)計(jì)輪廓、光滑平整和穩(wěn)定性好的邊坡面。
光面爆破和預(yù)裂爆破在技術(shù)上采用室洞控制爆破方法,其核心是藥包布
置原則。包括:
(1)在任何情況下,藥包布置均以最小抵抗線為設(shè)計(jì)依據(jù);
(2)根據(jù)路塹中心挖深和寬度,進(jìn)行藥包分層布置;
(3)盡量對(duì)藥包進(jìn)行縱向或橫向分集或分條布置;
(4)合理安排藥包的起爆時(shí)間。光面爆破和預(yù)裂爆破的主要參數(shù)有鉆
孔直徑、孔間距、抵抗線、線裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、最后一排主爆孔與裂
孔間距等。
鉆孔直徑(d):一般以50mm~70mm為宜,為增加不耦合系數(shù)也可采用
100mm~150mm。另外,孔深較大也可用較大的鉆孔直徑。
炮孔間距(a):孔距與孔徑成正比例關(guān)系,并與巖性、巖體構(gòu)造和炸
藥類型等因素有關(guān),即a=mαd。對(duì)于預(yù)裂爆破md=10~12;光面爆破
md=10~16。同時(shí)在光面爆破中孔距與最小抵抗線W成正比,即a=mW,
一般m處于0.6~1.0之間。
線裝藥量q(kg/m);光面爆破q=(0.1~0.15)KaW;預(yù)裂爆破q=
(0.1~0.4)Ka2
式中 符號(hào)同前。
裝藥結(jié)構(gòu)既能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的不耦合系數(shù)值,又要盡可能保證藥包爆炸
后,爆能沿鉆孔全長(zhǎng)均勻分布。裝藥結(jié)構(gòu)一般有連續(xù)裝藥和間隔裝藥兩
種。
1.3 深孔爆破
深孔爆破就是炮孔孔徑大于75mm且深度在5m以上的采用延長(zhǎng)藥包的一種
爆破方法,通常有拉槽深孔爆破和臺(tái)階深孔爆破兩種。炮孔需用大型的
潛孔鑿巖機(jī)或穿孔機(jī)鉆空。當(dāng)用機(jī)械清方時(shí),采用臺(tái)階深孔爆破效果更
好,可以實(shí)現(xiàn)路基石方施工全面機(jī)械化。
深孔爆破的優(yōu)點(diǎn)是勞動(dòng)生產(chǎn)率高,一次爆落的方量多,施工進(jìn)度快,爆
破時(shí)對(duì)路基邊坡的影響比大炮小。若配合預(yù)裂或光面爆破,則邊坡穩(wěn)定
,爆破效果易控制,爆破時(shí)比較安全。但由于需用大型機(jī)械,故轉(zhuǎn)移工
地、開(kāi)辟場(chǎng)地、修筑便道等準(zhǔn)備工作都比較復(fù)雜,且爆破后仍有10%~
25%的大石塊需經(jīng)第二次爆破解小。
深孔爆破梯段傾角最好為60°~75°,高度應(yīng)在5m~15m之間?刹捎
垂直孔和斜孔兩種炮孔,孔徑通常為80mm~300mm。公路工程中以100m
m~150mm為宜。超鉆長(zhǎng)度大致是梯段高度的10%~15%。巖石堅(jiān)硬者取
大值。
垂直孔深度(m): l=H+h斜孔的深度(m): l=H+h炮孔的間距
(m): a=MW
底板抵抗線(m): W=D7.85ptl
KmH式中 m———約為0.6~1.4,常取0.7~0.85;
D———為鉆空直徑,dm;p———為炸藥密度,kg/m3;K———為單
位耗藥量,kg/m3,且K′=K/3;τ———為深孔裝藥系數(shù);
H———為梯段高度,m;其余同前。
當(dāng)H<10m時(shí),τ=0.6;H=10m~15m時(shí);τ=0.5;H=15m~20m時(shí),
τ=0.4。W值確定后按下式估算L值:
L=W-H·ctgα式中 L———為炮孔與梯段頂邊緣的距離,m;
其余同前。為確保鑿巖機(jī)作業(yè)安全,此值應(yīng)大于2m~3m;否則,需調(diào)整
W值。
多排孔時(shí),排的間距b可取b=W。最后按下式計(jì)算炸藥量Q(kg):
Q=eK′WHa式中 符號(hào)同前。
1.4 微差爆破
多發(fā)一次爆破采用微差爆破技術(shù)具有減震、前發(fā)藥包為后發(fā)藥包開(kāi)創(chuàng)凌
空面進(jìn)而加強(qiáng)巖石破碎效果、降低一次爆破堆積高度、有利于機(jī)械作業(yè)
、減少巖石夾制力、節(jié)省炸藥、并可增大孔距等優(yōu)點(diǎn),提高每百米的炸
落方量。
1.5 拋擲(坍)爆破 定向爆破和松動(dòng)爆破
對(duì)于自然坡度較陡(>30°),地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜、凌空面大時(shí),
采用拋坍爆破。拋坍爆破利用巖石本身的自重坍滑
出路基,提高爆破效果,從而加快施工進(jìn)度并降低工程造價(jià)。當(dāng)路線通
過(guò)波浪起伏的峽谷或雞爪地形地段、橫切山包或山嘴、凌空面較多時(shí),
采用拋坍或拋擲爆破效率更為顯著。
在以借為填或移挖作填地段,特別是深挖高填相間、工程量大的雞爪型
地區(qū),采用定向爆破,一次可形成百米以上至數(shù)百米路基。
在軟石、次堅(jiān)石路基地段,采用松動(dòng)爆破技術(shù),配合機(jī)械化施工作業(yè),
可大大提高施工效率,在堅(jiān)石路段宜采用深孔技術(shù)進(jìn)行松動(dòng)爆破。
2 路基石方特點(diǎn)
2.1 工程數(shù)量大,占路基土石方工程數(shù)量比例也大
。個(gè)別路段每公里可高達(dá)十多萬(wàn)立方米,占路段土石方總量的95%以上
,占整段公路投資的65%以上。有必要進(jìn)行爆破施工和機(jī)械化作業(yè)。
2.2 石方工程相對(duì)集中。有利于大爆破施工和機(jī)械化作業(yè)。
2.3 地形地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜,地形緩陡連續(xù)或相間、地勢(shì)迂回曲折;地質(zhì)
巖石也可能呈現(xiàn)為軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石連續(xù)或相間。需要采用各種爆破
技術(shù)綜合爆破,且裝運(yùn)推機(jī)械進(jìn)場(chǎng)有一定困難。
3 公路石方路基施工探討
通常將邊坡高度等于或大于20m的石質(zhì)路塹稱為深挖石方路塹。其挖深
較大、石方集中、地形復(fù)雜、施工難度大。公路部門傳統(tǒng)石方機(jī)械化水
平較底,爆破施工隊(duì)伍技術(shù)力量較薄弱,同時(shí)受地形和地質(zhì)條件制約,
深挖石方路塹施工方法主要是采用淺眼爆破、藥壺炮、貓洞炮和普通洞
室炮爆破進(jìn)行。存在以下缺點(diǎn)。
3.1 淺眼爆破、藥壺炮、貓洞炮等小炮開(kāi)挖方法因受巖石地質(zhì)條件、
機(jī)械清方等因素影響較大,爆破工效低,施工速度慢,同時(shí)在地質(zhì)條件
不好的情況下未必能形成高大而美觀的巖石邊坡;
3.2 普通洞室爆破因其技術(shù)含量低,對(duì)巖石邊坡、周圍環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生
較大的破壞;
3.3 加大鑿巖設(shè)備投入、克服地形條件制約,在深挖石方路塹的施工
中盡量使用中深孔爆破,確?焖、優(yōu)質(zhì)的工程效果,這一做法目前尚
未達(dá)成共識(shí)。
因此,采用控制爆破技術(shù),改變?nèi)藗兟浜蟮谋剖┕ひ庾R(shí),探討深挖石
方路塹的快速優(yōu)質(zhì)施工技術(shù),是山區(qū)高等級(jí)公路施工中亟待解決的問(wèn)題
。根據(jù)多邊界爆破理論近年來(lái)在209國(guó)道和318國(guó)道恩施州改建
工程、西安蘭(田)。▔勡┒䴕鈱S霉沸陆ü饭こ痰膶(shí)踐(圖
2為深孔爆破用于深挖石方路塹)及其它工程應(yīng)用來(lái)看,推廣和應(yīng)用石
方爆破施工的快速施工方法,能加快石方施工進(jìn)度并能確保山區(qū)高等級(jí)
高巖石邊坡的穩(wěn)定和美觀。
圖2 深孔爆破用于深挖石方路塹示意
(1)正確確定周邊炮眼的位置、
方向、深度、角度,并選用低密度、低爆速和高體積威力的炸藥,是保
證光面爆破成功和增強(qiáng)爆破效果的關(guān)鍵。
(2)采用預(yù)留邊坡保護(hù)層、分集或分條分層布置藥包、松動(dòng)或拋坍洞
室控制爆破進(jìn)行路塹主體方量開(kāi)挖,然后至坡頂向下用挖掘機(jī)配合淺眼
爆破進(jìn)行刷坡和清方,能適用于各種復(fù)雜地形條件的深挖石方路塹開(kāi)挖
,且成本低廉。
(3)采用預(yù)裂———洞室控制爆破相結(jié)合的方法進(jìn)行深路塹石方深孔
爆破或松動(dòng)爆破方快速開(kāi)挖,然后用挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)配合自卸
氣車聯(lián)合清方,效果更為顯著。
(4)利用有利地形進(jìn)行定向爆破、拋坍(擲)業(yè),對(duì)具有一定巖石厚
度邊坡路塹具有顯著效果。
4 結(jié)語(yǔ)
公路石方爆破施工是一項(xiàng)技術(shù)含量高的綜合性工作,必須提高認(rèn)識(shí),根
據(jù)路段地形地質(zhì)、施工機(jī)具及工程整體安排等條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和組織
施工,對(duì)加快工程進(jìn)度、保證工程質(zhì)量和施工安全都具有重要的意義。
因此,根據(jù)工程實(shí)踐總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn),推廣新的爆破技術(shù)和施工方法是山
區(qū)高等級(jí)公路修建的一項(xiàng)重要任務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]王鴻渠,多邊界石方爆破工程[M].北京:人民交通出版社,1994,122-189
[2]方左英.路基工程[M].北京:人民交通出版社,1990,202-226
[3]孫國(guó)富,馮馬必,田墨林等.山區(qū)高等級(jí)公路石方爆破施工技術(shù)研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,1  相關(guān)性:畢業(yè)論文,免




 

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