浅析露天开挖爆破设计方案

发表时间:2019/1/10   来源:《建筑学研究前沿》2018年第31期   作者:周贤伟
[导读] 斐济群岛共和国南德瑞瓦图(Nadrivatu)水电站是一个跨流域的引水式电站,工程主要包括挡水建筑物、输水系统、电站厂房、132KV开关站和输变电线路等。

中国水利水电第十工程局  四川成都  610072
        摘要:斐济群岛共和国南德瑞瓦图(Nadrivatu)水电站是一个跨流域的引水式电站,工程主要包括挡水建筑物、输水系统、电站厂房、132KV开关站和输变电线路等。坝址区河谷形态呈“V”型河谷,两岸岸坡较陡或呈陡壁,坡度在40o以上,坝址区地层为N1-N2的Mba组的火成岩,主要为玄武岩,质地较硬。坝区石方开挖主要采用梯段爆破、孔间微差顺序起爆、周边孔预裂起爆方式。
        关键词:斐济群岛共和国南德瑞瓦图(Nadrivatu)水电站;爆破设计;梯段爆破;爆破安全措施
       
       
        1工程概述
        斐济群岛共和国南德瑞瓦图(Nadarivatu)水电站工程位于斐济Viti Levu 岛中南部,坝址处于东经177°49′3″,南纬17°18′30″,距离Nadi机场135km,距离首都苏瓦约300km。
        工程主要包括挡水建筑物、输水系统、电站厂房、132KV开关站和输变电线路等,工程的主要功能为拦河蓄水发电。电站装两台冲击式水轮发电机组,每台22MW,共44MW,工程多年平均发电量为1.01亿KW·h。
        本工程大坝坝址位于Qaliwana和Nukunuku河流汇流处,控制流域面积92.7km2。挡水建筑物为混凝土重力坝,最大坝高41.5m,坝顶宽度8.5m,坝顶长度87.835m。
        2 坝区工程地质
        大坝坝址区河谷形态呈“V”型河谷,两岸岸坡较陡或呈陡壁,坡度在40o以上。坝址区地层为N1-N2的Mba组的火成岩,主要为玄武岩。坝址区或附近有断层发育,普遍走向为NE-SW,与大坝轴线呈斜交或大角度斜交。岩体裂隙比较发育,包括构造裂隙和原生裂隙。
        3 坝区石方开挖规划
        大坝岸坡按照从上到下的顺序分层开挖,分层开挖结合两岸各层上坝施工道路进行,坝基、坝肩开挖按照从坝轴线分别向上、下游退挖的顺序进行。
        进场后首先进行坝区顶部覆盖层及土方开挖,顶部覆盖层及土方开挖完成后,用YT-28手风钻钻孔,采用浅孔、小药量分层爆破,推土机和反铲清面,形成钻机工作平台。坝区石方开挖主要采用梯段爆破、孔间微差顺序起爆、周边孔预裂起爆方式。该爆破方式既可实现较大爆破生产规模,满足进度目标的需求,又能保证基坑边坡岩体稳定而不受振动破坏。
        基于施工强度和爆破特点,本工程主炮孔钻孔设备采用ATLAS D7型液压潜孔钻,钻孔直径φ80mm;在边坡设计开挖线处采用QC-100型支架式潜孔钻钻预裂孔,孔径φ100mm。
        4爆破参数选择与计算
        炮孔布置方式:本工程主炮孔采用梅花形布孔。
        炸药:主要采用乳化炸药和ANFO粒状销铵炸药。
        爆破材料种类和规格:雷管采用新西兰Orica公司提供的非电毫秒雷管3~15段;传爆材料采用导爆索;起爆器材采用非电雷管起爆器。
        4.1主炮孔爆破设计参数:
        ⑴.钻孔梯段高度H:
        本工程由于岩石裂隙较多,造成钻孔卡钻现象严重,因此考虑钻孔梯段高度适当降低,本次采用钻孔梯段高度6m进行设计。
        即:H=6m。
        ⑵.最小抵抗线:
        按炮孔直径计算:
        式中,—与岩石硬度有关的系数,一般为20~40,硬岩时取小值,软岩时取大值。本次取n=30;
        d—炮孔直径。
        =30*0.08=2.4m。
        取=2.4m。
        ⑶.超钻深度h:
        h=(0.15~0.35)
        当岩石较软时取小值,较硬时取大值。本工程为多孔玄武岩,取0.2。
        则 h=0.2×=0.2×2.4=0.48m。
        取h=0.48m。
        ⑷.钻孔深度L:
       
        L=(6+0.48)/sin75°=6.71。
        式中,H——梯段高度;
        h——超钻深度。
        ——孔斜,斜孔的倾角一般根据钻孔性能及爆区地质地形条件确定,倾角一般不小于60°,本次取75°。
        ⑹.孔距:a=m=1.0×2.4=2.40m(式中,m为炮孔密级系数,一般取0.8~1.4,本次取m=1.0;a为孔距)
        ⑺.排距b(施工时孔位呈梅花形错开布置):
        b=a.sin60°=2.08m
        ⑻.单位耗药量q:
        查枕状玄武岩坚固系数f=10~12,相应的松动爆破单位耗药量q=0.6kg/m3。
        ⑼.单孔装药量Q:
        第一排孔的单孔装药量:Q1= q×a××H=0.6×2.4×2.4×6=20.74kg
        从第二排孔起,以后各排的单孔装药量Q:
        Q=k×q×a×b×H=1.1×0.6×2.4×2.08×6=19.77kg
        式中,k—— 克服前排孔岩石阻力的增加系数,一般取1.1~1.2,本次取1.1。
        ⑽.堵塞长度:
        ,取系数为0.8;
        =0.8=0.8*2.4=1.92m。
        ⑾.装药长度:
        =L-=6.71-1.92=4.79m。
        根据以上计算,可得主炮孔爆破设计参数见下表:
        表4.2主炮孔爆破设计主要参数表

        4.2预裂孔爆破设计
        一、预裂孔爆破参数
        为了有效地保证基坑边坡成型后的稳定及其表面的平整度,在边坡设计开挖线处采用QC-100型支架式潜孔钻机沿边坡开挖线钻孔,形成预裂孔。预裂孔爆破设计参数如下:
        (1)孔深H
        由于主炮孔L=6.71m,考虑预裂孔深度应比主炮孔深度适当增加,考虑预裂孔深H=7.0m。
        (2)炮孔间距a:a =(7~10)d
        式中,d——炮孔直径,d=0.1m;
        a=(7~10)×0.1=0.70~1.00m;
        取a=0.8m。
        (3)装药不耦合系数:
        =D/d=2~5;
        D——炮孔直径:100mm
        d——药卷直径,选用Ф32mm、185g/卷;
        则=100/32=3.13;
        (4)线装药密度:
        根据相关规范采用以下公式:
       
        式中:a—炮孔间距,取a=0.8m
        δ—岩石极限抗压强度(),玄武岩的极限抗压强度一般为100~250,经计算:
        =157~279g/m,
        因岩石强度变化大,理论上每层强度的岩石对应一个线装药量,对实际施工而言,要求将最硬的岩石预裂成大于1cm的裂缝而使其对软层岩石的破坏减小到最低限度。根据经验取=250g/m。
        (5)加强装药量
        为克服预裂孔底部岩石的夹制作用,孔底需加强装药,查询《水利水电工程施工手册》第2卷中孔底装药增加系数表,可得加强装药量为;
        =(2~3)×250=500g/m~750g/m;
        取=600g/m。
        (6)堵塞长度:
        =0.6~2.0m
        取=1.0m
        根据以上计算,可得预裂孔爆破设计主要参数如下表:
        表4.2预裂孔爆破设计主要参数表

        二、预裂孔质量要求
        ①.保持各孔都在设计要求的预裂面上。
        ②.平直预裂面上的各孔要相互平行。
        ③.预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。
        ④预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%,且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。
        ⑤.预裂孔先爆,一般超前50ms以上。
        ⑥底部装药量适当增加,上部应适当减少装药,且孔口做好堵塞。
        ⑦预裂面与最近一排主炮孔之间的距离为主炮孔间距的一半,并减少装药量;
        5爆破安全措施
        (1)爆破前警戒
        1)爆破前应对附近村民发布爆破前公告,公告内容包括:爆破地点、爆破时间、爆破次数、警戒范围、警戒标志、各种信号及其意义,以及发出信号的方式、时间、安全措施等有关注意事故。
        2)在爆破作业地段,负责设置明确的工作范围标志,并安排警戒人员,在邻近交通要道和人行通道的方位或地段设置防护屏障。
        3)做好爆破前村民疏散、车辆及设备的撤离工作,爆破前15分钟,确保爆破危险区域内无人及车辆,警戒人员至少在起爆前半小时到指定地点上岗,按设计断绝各通往或经过爆破点的通道,直至发出解除警戒信号后,方准离开警戒岗位。
        4)爆破时,必须同时发出声响信号和视觉信号,使危险区附近的人员都能清楚地听到和看到。
        (2)减小爆破飞石危害措施
        1)加强堵塞,必要时采用韧性好、重量大、强度高的材料覆盖爆区。
        2)控制飞石方向,安排合适的方向作为起爆前沿。
        3)对保护对象采取防护措施,设置避炮棚,且应防止飞石反弹伤人。
        (3)哑炮处理
        当爆破网络出现故障或其它原因而出现哑炮时,需进行哑炮处理。处理哑炮时应由爆破工程师或爆破员来实施,其他人员一律不得进入控制区域,并且在处理哑炮时,爆破警戒不得解除。
        结束语
        由于影响爆破效果的因素是多方面的,地质情况、炮孔布置、爆破方式、炸药性能以及环境因素等都会影响爆破参数的选择,因此,爆破设计需要根据现场实际情况不断调整,本次爆破设计旨在用理论指导项目的爆破施工,实际施工时,将根据现场各方面的情况首先进行爆破试验,确定爆破参数。实施爆破时,还需结合爆破工程师的实际经验以及地质条件变化不断对爆破参数进行调整。
       
       
        参考文献
        [1]水利水电工程施工组织设计手册第二卷:施工技术【M】.北京:中国水利水电出版社,1997.

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