受限區(qū)石質(zhì)路基控制爆破施工工法

1、受限區(qū)石質(zhì)路基控制爆破施工工法 受限區(qū)石質(zhì)路基控制爆破施工工法 1前 言 管道運輸是我國石油天然氣運輸?shù)闹饕绞?，天然氣具有易燃、易爆及管道壓力大、運輸線路長的特點，因此天然氣管道及設(shè)施安全保護相當重要。2001年8月2日國務(wù)院第313號文件石油天然氣管道保護條例第十六條規(guī)定： “在管道中心兩側(cè)各50米至500米范圍內(nèi)進行爆破的，應(yīng)當事先征得管道管理部門同意，在采取安全控制方案或安全保障措施后方可進行”。張石高速公路淶源至淶水段XXXX標距離陜京天然氣管道50500米受限范圍內(nèi)路基石方26萬立方米，為保證陜京天然氣管道的安全，集團公司技術(shù)中心成立科研小組并征得管道管理部門同意，采取微差爆破控制

2、施工方案，降低爆破振動，制定落實安全保護控制措施，保證了天然氣管道的安全和路基施工質(zhì)量，提高了施工進度，具有安全可靠、技術(shù)先進、實用經(jīng)濟等優(yōu)點，為特殊環(huán)境條件下的巖土工程爆破方案設(shè)計和爆破實施提供了一條新思路。2工法特點2.1采用微差控制爆破施工技術(shù)、爆破振動驗算和爆破振動跟蹤測試技術(shù)相結(jié)合的綜合控制爆破施工方案，確定爆破地震波的傳播規(guī)律與衰減規(guī)律，建立爆破振速、最大單響炸藥量、安全距離之間的相互關(guān)系。 2.2優(yōu)化微差控制爆破施工技術(shù)，采用非電起爆網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，優(yōu)化爆破施工工藝，合理確定孔徑、孔深、孔間距、起爆網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整裝藥量、調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)和起爆順序，嚴格控制單響起爆裝藥量。2.3配備爆破專業(yè)技術(shù)

3、人員和檢測設(shè)備，檢測方法、檢測手段符合爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）之規(guī)定，跟蹤檢測方案實用、準確、高效。2.4國家頒布的現(xiàn)行爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）中并無天然氣管道安全允許振動速度標準。按照管道企業(yè)“中國石油北京天然氣管道有限公司”要求，建設(shè)單位委托專業(yè)安全評估機構(gòu)昆明陽光安全科技有限公司對管道限制區(qū)域爆破施工安全性進行了論證，同時結(jié)合南水北調(diào)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和考慮足夠的安全系數(shù)，會同監(jiān)理單位、管道管理部門和總承包單位共同確定：天然氣管道安全允許振動速度為不大于1.5CM/S。3適用范圍本工法適用于附近有天然氣管道、石油管道、自來水管道等經(jīng)過的公路、鐵路、市政工程、水利工程、

4、建筑工程的石質(zhì)路基、基坑巖土爆破開挖。4工藝原理4.1微差控制爆破技術(shù)爆破方案采用毫秒延期微差控制爆破技術(shù)，其爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電導爆管微差起爆系統(tǒng)，此系統(tǒng)的優(yōu)點在于防水、防雷電、不受靜電、雜散電流的影響，不受雷管數(shù)量的限制，而且延期段次滿足施工需要、連接方式靈活、傳爆穩(wěn)定。在特殊的爆破環(huán)境進行爆破施工作業(yè)，在微差控制爆破基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化爆破施工技術(shù)和爆破施工工藝，使爆破方案更為安全、高效。微差控制爆破機理：微差控制爆破是應(yīng)用炸藥爆炸瞬間釋放的能量等于破碎周圍介質(zhì)所需要能量的等能原理、藥包微量化原理,合理分布藥包的空間位置,把一次大藥量起爆的藥包,以非電導爆管及其組成的網(wǎng)絡(luò)將其分割為數(shù)段

5、、數(shù)十段依次精確起爆的小藥包,從而有效地控制爆破巖石的破碎程度、爆破范圍、坍塌方向和爆破地震波、空氣沖擊波、飛石等危害效應(yīng),把同等安全條件下的爆破規(guī)模擴大數(shù)倍至數(shù)十倍，它是一種延期爆破，延期間隔時間是毫秒量級（1秒1000毫秒）。由于相鄰炮孔起爆間隔時間合理設(shè)計，致使各炮孔在爆破過程中的能量場相互發(fā)生影響達到較好的爆破效果。主要優(yōu)點有：4.1.1明顯降低爆破振動效應(yīng)、空氣沖擊波和飛石作用，尤其是降低爆破振動效應(yīng)，與瞬發(fā)齊發(fā)爆破相比，地震效應(yīng)降低了30%50%。4.1.2可增大一次爆破量，減少爆破次數(shù)，提高設(shè)備的利用率，經(jīng)濟效益顯著。4.1.3爆堆形狀整齊、集中，爆下的巖塊塊度均勻，大塊率低，減

6、少大塊二次破碎工程量50%，提高挖運工效。4.1.5提高炸藥能量的利用率，降低成本30%，減少炸藥能量浪費。4.2爆破振動驗算爆破振動驗算適用于爆破施工前和爆破振動檢測前的事前預防驗算，初步確定所采用的炸藥用量等爆破參數(shù)對天然氣管道的振動影響，使爆破施工一開始處于安全控制狀態(tài)。根據(jù)爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）的規(guī)定，爆破振動安全允許距離，可按經(jīng)驗公式計算： （4.1-1）式中：R-爆破工點至振動檢測點的距離，單位為米（m）；Q-炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，微差延時爆破為最大一段藥量，單位為千克（kg）；V-天然氣管道所處位置質(zhì)點振動安全允許速度，V=1.5cm/s； K、-與爆破點至計

7、算保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，可根據(jù)爆破安全規(guī)程要求按表4.1選取，或通過現(xiàn)場試驗確定。表4.1 爆區(qū)不同巖性的K、值巖性K堅硬巖石501501.31.5中硬巖石1502501.51.8軟巖石2503501.82.0在微差控制爆破中，根據(jù)爆破點與天然氣管道的距離和地形、地質(zhì)條件，計算最大一段裝藥量Q作為巖土爆破施工現(xiàn)場裝藥量控制的主要判據(jù)。 4.3爆破振動檢測4.3.1測點布置：從天然氣管道至爆源方向上共布置了5個振動觀測點，最近距離35m,最遠距離226m，測點的間距大致按對等間距分布，其中第5點布置在管道上部地面，每個測點均布置水平向和垂直向兩臺傳感器，爆破振動測點共布

8、置了10臺傳感器，采用振動檢測設(shè)備進行爆破振動動態(tài)檢測。4.3.2測試系統(tǒng)：采用電測法測量爆破瞬間測點質(zhì)點振動速度。測試儀器采用TOPBOX-508專業(yè)自動記錄儀配速度傳感器。根據(jù)工程爆破規(guī)模、爆破技術(shù)特點、測點部位和距離合理設(shè)置儀器參數(shù)。為提高抗干擾能力，各測點之間用屏蔽線連接。4.3.3監(jiān)測方案采用動態(tài)監(jiān)測方案，跟蹤測試，監(jiān)測記錄每一次爆破在振動觀測點的質(zhì)點振動速度尤其管道位置質(zhì)點的振動速度。 請見圖4.3.3監(jiān)測方案信息流程圖傳感器測點1、2傳感器測點3、4數(shù)據(jù)回放處理機現(xiàn)場測試測試現(xiàn)場準備傳感器測點5、6 傳感器測點7、8傳感器測點9、10 圖4.3.3監(jiān)測方案信息流程圖測量數(shù)據(jù)科學處

9、理和實踐應(yīng)用：應(yīng)用爆破質(zhì)點振動速度計算公式及一元回歸法對所測得的數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到與介質(zhì)、地形有關(guān)的系數(shù)K、,從而得到質(zhì)點振動速度V的衰減規(guī)律，然后根據(jù)質(zhì)點振動計算公式、允許的最大振動速度、爆破中心至天然氣管道之間的距離R，推算確定下次爆破的允許起爆藥量Q,以指導科學裝藥。請見表爆破振動安全距離與允許裝藥量表此表格提供的實踐統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于張石高速公路淶源至淶水段XXXX特定地形、地質(zhì)條件，對于其它特定條件下的爆破振動安全距離和允許裝藥量控制數(shù)據(jù)，應(yīng)當按照本綜合爆破控制方案提供的思路，通過爆破試驗和爆破振動檢測的方法進行總結(jié)，以適應(yīng)其它特定地形和地質(zhì)巖性條件，從而指導現(xiàn)場施工。5施工工藝流程

10、及操作要點5.1微差控制爆破施工方案設(shè)計原則1.保證陜京天然氣管道、附近民房及居民、現(xiàn)場施工人員、設(shè)備安全。對爆破振動、爆破沖擊波、爆破飛石的影響進行有效控制，嚴格控制最大單響藥量，落實安全控制措施。2.控制飛石方向，使爆破飛石方向朝向管道的反方向，采用微差爆破技術(shù)，嚴格控制爆破振動及沖擊波的能量，確保爆破安全效果的順利實現(xiàn)。3.嚴格執(zhí)行少藥量、多爆破次數(shù)規(guī)則，實現(xiàn)多個工作面施工平行作業(yè)模式，達到巖石爆破、裝、運的平行作業(yè)，減少大抵抗線條件下的爆破，增加臨空面、自由面，控制梯段抵抗線。4、合理安排和爆破施工組織，加強爆破施工方案的檢查和爆破效果的檢查，確保安全控制目標的實現(xiàn)。5.1.2施工工藝

11、流程施工準備炮孔布置爆破參數(shù)設(shè)計鉆孔與炮孔檢查裝藥、堵塞爆破網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)與起爆檢查爆破效果處理盲炮解除警戒。1.施工準備1）開工前，調(diào)查清楚地下燃氣管線的具體位置、走向以及與橋梁、路基的距離、相對位置等情況。2）進行受限區(qū)內(nèi)爆破施工區(qū)域和每次爆破范圍進行測量放線，界定爆破施工范圍，同時對爆破開挖深度進行高程測量，確定鉆孔深度。3）編制爆破施工組織設(shè)計、專項安全控制施工方案和爆破實施安全規(guī)程報當?shù)毓膊块T和當?shù)靥烊粴夤艿拦芾聿块T審批，經(jīng)批準后方可從事爆破作業(yè)。4）根據(jù)現(xiàn)場情況、周圍環(huán)境和地質(zhì)條件，按安全要求、爆破效果、工程特點、人才機配備，遵循公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTG F10-2006）和爆破安

12、全規(guī)程（GB6722-2003）要求，做好施工技術(shù)交底和安全技術(shù)交底工作。2.炮孔布置1）孔徑d選定鉆孔孔徑，主要取決于鉆機類型、臺階高度和巖石性質(zhì)，一般采用孔徑d=80100cm。2）鉆孔形式在路基爆破中，常用中深孔爆破臺階法，其鉆孔形式一般采用垂直鉆孔、傾斜鉆孔兩種，在施工中要根據(jù)實際情況正確選擇，常常垂直鉆孔和傾斜鉆孔結(jié)合使用。3）布孔方式為使爆破能量均勻分布實現(xiàn)微差控制爆破的安全效果，同時根據(jù)現(xiàn)場臺階臨空面情況、抵抗線分布，一般采用等邊三角形布孔和大孔距小排距梅花布孔兩種方式。3.爆破參數(shù)設(shè)計爆破參數(shù)設(shè)計原則是從降低爆破振動和減少爆破危害入手，根據(jù)巖性條件和爆破環(huán)境條件，嚴格參數(shù)設(shè)計和

13、及時調(diào)整改進，與爆破振動檢測密切配合，實行動態(tài)控制，確保安全目標的實現(xiàn)。1）臺階梯段高度H：臺階梯段高度的確定主要考慮路塹設(shè)計臺階高度和鉆孔、爆破、鏟裝的安全及高效率，一般根據(jù)各設(shè)備選型和開挖技術(shù)條件確定，工程實踐證明，梯段高度以8-10米為佳。2）超鉆深度h：鉆孔超鉆深度主要取決于巖石特征及巖石的層理、節(jié)理、裂隙等，根據(jù)經(jīng)驗一般取值0.5-1m。3）鉆孔深度L：鉆孔深度應(yīng)根據(jù)梯段高度、超鉆深度和鉆孔傾角按下公式確定。 （垂直孔） （5.1.2-1） (傾斜孔) (5.1.2-2)4）底盤抵抗線W1：底盤抵抗線參數(shù)與爆破振動控制密切相關(guān)，即炮孔中心至梯段坡底線的水平距離作為計算參數(shù)，通常按如下

14、經(jīng)驗公式確定： (5.1.2-3)5）孔距a、排距b：孔距指同一排深孔中相鄰兩鉆孔中心線間的距離，一般按下式確定： (5.1.2-4)在微差擠壓爆破中，布孔采用三角形布置時，排距按下式確定： (5.1.2-5)如果采用大孔距小排距布孔時可根據(jù)實際情況靈活控制排距。6）填塞長度L2：為充分利用炸藥能量，合理確定填塞長度，使炸藥能量盡量朝向抵抗線方向，填塞長度可按下式確定： (5.1.2-6)7）炸藥單耗q：單耗與巖石硬度和破碎程度有關(guān)。巖石越堅硬、越完整，要求破碎塊度小，則單耗大；反之，單耗小。一般按下式確定： (5.1.2-7)式中：-巖石密度（km/m3） -巖石普氏硬度系數(shù)第一排孔的q1按

15、下式計算： (5.1.2-8)式中：n-排數(shù)8）單孔藥量Q：單孔內(nèi)裝藥量由炮孔參量構(gòu)成的破巖體積乘以單耗確定。 Q=qaWH (5.1.2-9)對于多排孔爆破，第二排以后的每孔裝藥量為：Q=qabH (5.1.2-10)對于多排孔爆破，考慮到前排孔巖體的阻力，每隔若干排后藥量可增加10%20%。9）分層裝藥填塞長度和微差時間：為避免集中裝藥造成爆破振動過大或產(chǎn)生其它爆破危害，應(yīng)當采取改善炮孔中部和上部的巖石破碎效果，采取間隔裝藥，根據(jù)經(jīng)驗間隔長度一般為2.54.5m；巖石松軟取大值，反之取小值。為改善爆破效果，降低爆破振動，應(yīng)當合理確定微差間隔時間，根據(jù)經(jīng)驗一般微差間隔時間取50ms。此外，爆破網(wǎng)絡(luò)和起爆順序根據(jù)降低爆破振動的目的合理設(shè)計，同時根據(jù)動態(tài)控制的原則及時調(diào)整改進?？變?nèi)微差的起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電起爆網(wǎng)絡(luò)，可采用三角形、V型起爆網(wǎng)絡(luò)，為保證傳爆的穩(wěn)定性，連接方式采用復式并串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)較好。起爆順序?qū)τ谕慌诳锥?，采用自下至上孔?nèi)微差起爆較好，對于相鄰炮孔而言，存在多種排列方式，但是控制的主要原則是在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)均設(shè)計起爆間隔時間，增加巖石多次反復作用、多次撞擊，可提高爆破效果同時減低爆破振動。4.鉆孔與炮孔檢查嚴格按照爆破設(shè)計布孔、鉆孔，裝藥前必須檢查孔位、深度、傾角是否符合設(shè)計要求