地铁及爆破施工方法 |
文章来源:网络 提供人:刘刚 提供日期:2022-12-11 |
一、地铁施工方法及其使用条件
伴随着我国社会主义经济建设的迅猛发展与综合国力的增强,城市的规模也不断的增大,城市人口流量还在增加、再加上机动车辆呈现逐年上涨的趋势,交通状况不断恶化。为了改善交通环境,采取了各种措施,其中兴建地下铁道得到了普遍的认可,如最近几年在北京、广州、深圳等城市便兴建了大量的地下铁道。由于在城市中修建地下铁道,其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地质、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响较大,因此各自所采用的施工方法也不尽相同。下面将就城市地下铁道施工方法分别加以介绍。施工方法的选择应根据工程的性质、规模、地质和水文条件、以及地面和地下障碍物、施丁设备、环保和工期要求等因素,经全面的技术经济比较后确定。
目前,国内外地铁施工方法主要有如下几种:
一 、地铁区间施工方法
(一)明挖施工法
通常在地面条件允许的情况下,地铁区间隧道宜采用明挖法,但对社会环境影响很大,仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用,该方法现较少采用。 明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。 明挖法是各国地下铁道施工的首选方法,在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法,明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区,因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护,防止地表沉降,减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济,常被用为首选方案。但其缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,噪声与震动等对环境的影响。
(二)盖挖施工法
埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下采用盖挖法施工。依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板,在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复为盖挖顺作法;反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。
(三)暗挖施工法
暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛,目前北京地区的隧道施工当中亦以该两种方法居多。
1.钻爆法
我国地域广大、地质类型多样,重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中,广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护(与通常的山岭隧道相当)。 钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆、装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时,常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法,例如:上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破,有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护,有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。防水基本采用截、堵、排等几种方法,其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板,然后再灌注二次混凝土衬砌被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
2.盾构法
我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50~60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道,采用的是比较老式的盾构机(如网格式、压气式、插板式等),80年代末、90年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点,目前,该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的发展。据不完全统计,我国各城市地铁采用的盾构机已有60多台,其中上海30台,广州20台,北京、南京、天津、深圳各4台,大多是土压平衡盾构机型。 盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构(shield )是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置,钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶;钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离,就在盾尾支护下拼装(或现浇)一环衬砌,并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆,以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井,在竖井内安装盾构,盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构法施工工艺见下图所示。 按盾构断面形状不同可将其分为:圆形、拱形、矩形、马蹄形4种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好,衬砌拼装简便,可采用通用构件,易于更换,因而应用较为广泛;按开挖方式不同可将盾构分为:手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种;按盾构前部构造不同可将盾构分为:敞胸式和闭胸式2种;按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为:人工井点降水、泥水加压、土压平衡式,局部气压盾构,全气压盾构等。 随着盾构法研究的深入、工程应用的增多,盾构法施工技术以及盾构机修造配套技术也得到了发展提高:上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建,除区间单圆盾构外,目前正在使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道,此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道;采用直径11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道,这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑,大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同,但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。 除了上述几点外,我国盾构技术的进步还表现在以下4个方面:①掌握了盾构机的选型和配套技术,与外国合作设计生产盾构机,配套施工设备包括管片模具完全能够自行设计制造;②掌握了盾构隧道的设计和结构计算技术以及防水技术;③掌握了盾构掘进控制技术,如盾构掘进参数选择控制、碴土和压力管理、地表沉降控制、盾构机姿态和隧道轴线控制、管片防裂、同步注浆等,实现了信息化施工,可以确保盾构施工的安全、优质、高效和环保;④掌握了不同地质条件和复杂环境条件下的施工及相关的施工技术。 我国盾构掘进速度最高已达到月进400m以上,平均进度一般为月进160~200m,最高平均进度可达月进240m。地表沉降可控制在+10~-30mm以内,可以在距既有建、构筑物不足1m的距离安全掘进隧道,既有建、构筑物的变形量可控制在2~5mm以下;隧道轴线误差可控制在30~50mm以内。 盾构法的主要优点:除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,施T易于管理,施工人员也比较少;土方量少;穿越河道时不影响航运;施工不受风雨等气候条件的影响;在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较高的技术经济优越性。 工程实例:北京地铁五号线即采用了盾构法施工地铁五号线是一条贯穿北京市中心的南北向地下交通大动脉。南起丰台区宋家庄,向北经蒲黄榆、祟文门、东单、东四、雍和宫止于昌平区太平庄北站,全长27.7 km。由于该路段地上大型建筑物密集,交通流量大,地下管网复杂,为减少对城市经济和市民生活的影响,经专家论证,决定在雍和宫至北新桥约700 m长的试验段率先采用盾构施工方法。该盾构为大直径土压平衡盾构机。
3.掘进机法
在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动,又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖,受地质条件影响大。
4.浅埋暗挖法
浅埋暗挖法又称矿山法,起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程,是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上,针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于,它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。 顾名思义,浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是:利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。 浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为:动态设计、动态施工的信息化施工方法,建立了一整套变位、应力监测系统;强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用;研究、创新了劈裂注浆方法加固地层;发展了复合式衬砌技术,并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。 由于该工法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。
5.顶管法
顶管法是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水松软地层等特殊地层和地表环境中中小型管道工程的施工。主要由顶进设备、工具管、中继环、工程管、吸泥设备等组成。
6、新奥法
新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。 新奥法(NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称, 在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。 当前,世界范围内应用新奥法设计与施工城市地铁工程取得了相当大的发展。如智利的圣地亚哥新地铁线采用新奥法施工地铁车站,车站位于城市道路下7~9m, 开挖面积230m2,相当于17m(宽)×14m(高);我国自1987 年在北京地铁首次采用新奥法施工复兴门车站及折返线工程,车站跨度达26m。针对我国城市地下工程的特点和地质条件, 新奥法经过多年的完善与发展,又开发了“浅埋暗挖法”这一新方法,与明挖法、盾构法相比较,由于它可以避免明挖法对地表的干扰性,而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性,因此目前广泛应用于城市地铁区间隧道、车站、地下过街道、地下停车场等工程,如根据新奥法的基本原理,采用“群洞”方案修建的广州地铁二号线越秀公园站及南京地铁一期工程南京火车站站,断面复杂多变的折返线工程、联络线工程也多采用新奥法。 在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法,尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
7、沉管法
沉管法是将隧道管段分段预制,分段两端设临时止水头部,然后浮运至隧道轴线处,沉放在预先挖好的地槽内,完成管段间的水下连接,移去临时止水头部,回填基槽保护沉管,铺设隧道内部设施,从而形成一个完整的水下通道。 沉管隧道对地基要求较低,特别适用于软土地基、河床或海岸较浅,易于水上疏浚设施进行基槽开外的工程特点。由于其埋深小,包括连接段在内的隧道线路总长较采用暗挖法和盾构法修建的隧道明显缩短。沉管断面形状可圆可方,选择灵活。基槽开挖、管段预制、浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业,彼此干扰相对较少,并且管段预制质量容易控制。基于上述的优点,在大江、大河等宽阔水域下构筑隧道,沉管法称为最经济的水下穿越方案。 按照管身材料,沉管隧道可分为2类:钢壳沉管隧道(有可分为单层钢壳隧道和双层钢壳隧道)和钢筋馄凝土沉管隧道。钢壳沉管隧道在北美采用的较多,而钢筋混凝土沉管隧道则在欧亚采用较多。 沉管隧道施工主要工序:管节预制→基槽开挖→管段浮运和沉放→对接作业→内部装饰。
工程实例:广一州珠江隧道是我国第一条公路与地铁合用的越江隧道,公路隧道全长1 238.5 m。河中段隧道埋置在河床下.不影响水面通航,河中沉管段全长457 m。该沉管为多孔矩形钢筋混凝土结构,其中包括两个双车道机动车孔、一个地铁孔、一个电缆管廊。沉管断面为典型矩形断面,外形尺寸为33 mx7.956 m(宽x高),底板厚1.2 m、顶板厚1.0 m,两外侧墙分别为0.7 m和0.55 m、最长管节的混凝土量达12 000砰。管段的基底坐落在河床的风化花岗岩层上。开槽时采用了炸礁施工。基础处理采用灌砂法。
(四)混合法
可以根据地铁隧道的实际情况,在地铁隧道的施工过程中采用以上2种或2种以上的方法同时使用,称其为混合法。 工程实例:北京地铁东四站位于朝阳门内大街与东四南大街交叉日上,处于繁华的市中心,有多路公交车经过。车站主体顺东四南大街,呈南北走向,东四南大街规划道路红线宽70 m,现状路宽为22 m,朝内大街已改造完,道路红线宽60 m,两方向客流均衡,交通十分繁忙;且远期六号线顺朝内大街,呈东西走向,在此站换乘。本车站两端为明挖段,结构形式为3层三跨框架结构;中间为暗挖段,结构形式为单层三拱两柱结构。车站总长度197 m,暗挖段长为96.80 m,明挖段长为100. 20m。 爆破理论: 研究炸药瞬间爆炸后产生的爆轰波与爆轰气体传播给周围岩石的过程中,岩石(或介质)的破坏、移动和抛掷之规律的理论。由于爆破作用的高速、高压及高温、加之岩性多变,迄今研究这一过程尚无统一名称,因此有称爆破机理或爆破原理者。研究者各以载荷、力学过程、破坏形式为论点,已有近十种论点之多。具一定代表性的有:爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论等。 二、爆破分类及特性
控制爆破是为达到一定预期目的的爆破,分为以下几类:
一、定向爆破
定向爆破是一种加强抛掷爆破技术,它利用炸药爆炸能量的作用,在一定的 条件下,可将一定数量的土岩经破碎后,按预定的方向,抛掷到预定地点,形成 具有一定质量和形状的建筑物或开挖成一定断面的渠道的目的。 在水利水电建设中,可以用定向爆破技术修筑土石坝、围堰、截流戗堤以及 开挖渠道、溢洪道等。在一定条件下,采用定向爆破方法修建上述建筑物,较之 用常规方法可缩短施工工期、节约劳力和资金。 定向爆破主要是使抛掷爆破最小抵抗线方向符合预定的抛掷方向,并且在最 小抵抗线方向事先造成定向坑,利用空穴聚能效应,集中抛掷,这是保证定向的 主要手段。造成定向坑的方法,在大多数情况下,都是利用辅助药包,让它在主 药包起爆前先爆,形成一个起走向坑作用的爆破漏斗。如果地形有天然的凹面可 以利用,也可不用辅助药包。
二、预裂爆破
进行石方开挖时,在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度 的贯穿裂缝,以缓冲、反射开挖爆破的振动波,控制其对保留岩体的破坏影响, 使之获得较平整的开挖轮廓,此种爆破技术为预裂爆破。预裂爆破不仅在垂直、 倾斜开挖壁面上得到广泛应用;在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采 用预裂爆破。 预裂爆破要求: (1)预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石,缝宽不宜 小于 1.0cm;坚硬岩石缝宽应达到 0.5cm 左右;但在松软岩石上缝宽达到 1.0cm 以上时,减振作用并未显著提高,应多做些现场试验,以利总结经验。 (2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于 15cm。预裂面不平整度通常是指预裂 孔所形成之预裂面的凹凸程度,它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标,可 依此验证、调整设计数据。 (3)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。 预裂爆破主要技术措施如下: (1) 炮孔直径一般为 50~200mm,对深孔宜采围较大的孔径。 (2)炮孔间距宜为孔径的 8~12 倍,坚硬岩石取小值。 (3)不耦合系数(炮孔直径 d 与药卷直径 d0 的比值)建议取 2~4,坚硬岩 石取小值。 (4)线装药密度一般取 250~400g/m。 (5)药包结构形式,目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上(图 1-21)。 分散药卷的相邻间距不宜大于 50cm 和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹 制作用较大,底部药包应加强,约为线装药密度的 2~5 倍。 (6)装药时距孔口 1m 左右的深度内不要装药,可用粗砂填塞,不必捣实。 填塞段过短,容易形成漏斗,过长则不能出现裂缝。
三、光面爆破
光面爆破也是控制开挖轮廓的爆破方法之一,它与预裂爆破的不同之处在于 光爆孔的爆破是在开挖主爆孔的药包爆破之后进行。它可以使爆裂面光滑平顺, 超欠挖均很少,能近似形成设计轮廓要求的爆破。光面爆破一般多用于地下工程 的开挖,露天开挖工程中用得比较少,只是在一些有特殊要求或者条件有利的地 方使用。 光面爆破的要领是孔径小、孔距密、装药少、同时爆。 光面爆破主要参数的确定: 1. 炮孔直径宜在 50mm 以下。 最小抵抗线 W 通常采用 1~3m,或用下式计算 2. W=(7~20)D 3. 炮孔间距 a a=(0.6~0.8)W 4. 单孔装药量。用线装药密度 Qx 表示,即 Qx=kaW 式中 D-炮孔直径; K-单位耗药量。
四、岩塞爆破
岩塞爆破系一种水下控制爆破。在已成水库或天然湖泊内取水发电、灌溉、 供水或泄洪时,为修建隧洞的取水工程,避免在深水中建造围堰,采用岩塞爆破 是一种经济而有效的方法。它的施工特点是先从引水隧洞出口开挖,直到掌子面 到达库底或湖底邻近,然后预留一定厚度的岩塞,待隧洞和进口控制闸门井全部 建完后,一次将岩塞炸除,使隧洞和水库连通。 岩塞的布置应根据隧洞的使用要求、地形、地质因素来确定。岩塞宜选择在 履盖层薄、岩石坚硬完整且层面与进口中线交角大的部位,特别应避开节理、裂 隙、构造发育的部位。岩塞的开口尺寸应满足进水流量的要求。岩塞厚度应为开 口直径的 l~1.5 倍。太厚,难于一次爆通、太薄则不安全。 水下岩塞爆破装药量计算,应考虑岩塞上静水压力的阻抗,用药量应比常规 抛掷爆破药量增大 20%~30%。为了控制进口形状,岩塞周边采用预裂爆破以 减震防裂。 岩塞的布置应根据隧洞的使用要求、地形、地质因素来确定。岩塞宜选择在履盖 层薄、岩石坚硬完整且层面与进口中线交角大的部位,特别应避开节理、裂隙、 构造发育的部位。岩塞的开口尺寸应满足进水流量的要求。岩塞厚度应为开口直 径的 l~1.5 倍。太厚,难于一次爆通、太薄则不安全。 水下岩塞爆破装药量计算,应考虑岩塞上静水压力的阻抗,用药量应比常规 抛掷爆破药量增大 20%~30%。为了控制进口形状,岩塞周边采用预裂爆破以 减震防裂。
五、微差控制爆破
微差控制爆破是一种应用特制的毫秒延期雷管,以毫秒级时差顺序起爆各个 (组)药包的爆破技术。其原理是把普通齐发爆破的总炸药能量分割为多数较小的能量,采取合理的装药结构,最佳的微差间隔时间和起爆顺序,为每个药包创 造多面临空条件,将齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波,同 时各药包产生的地震波相互干涉,从而降低地震效应,把爆破振动控制在给定水 平之下爆破布孔和起爆顺序有成排顺序式、排内间隔式 (又称 V 形式) 、对角式、 波浪式、径向式等,或由它组合变换成的其他形式,其中以对角式效果最好,成 排顺序式最差。采用对角式时,应使实际孔距与抵抗线比大于 2.5 以上,对软 石可为 6~8;相同段爆破孔数根据现场情况和一次起爆的允许炸药量而定装药 结构一般采用空气间隔装药或孔底留空气柱的方式,所留空气间隔的长度通常为 药柱长度的 20%~35%左右。间隔装药可用导爆索或电雷管齐发或孔内微差引 爆,后者能更有效降震爆破采用毫秒延迟雷管。最佳微差间隔时间一般取 (3~6) W(W 一最小抵抗线,m),刚性大的岩石取下限。 一般相邻两炮孔爆破时间间 隔宜控制在 20~30ms,不宜过大或过小;爆破网路宜采取可靠的导爆索与继爆 管相结合的爆破网路,每孔至少一根导爆索,确保安全起爆;非电爆管网路要设 复线,孔内线脚要设有保护措施,避免装填时把线脚拉断;导爆索网路联结要注 意搭接长度、拐弯角度、接头方向,并捆扎牢固,不得松动。 微差控制爆破能有效地控制爆破冲击波、震动、噪音和飞石;操作简单、安 全、迅速;可近火爆破而不造成伤害;破碎程度好,可提高爆破效率和技术经济 效益。但该网路设计较为复杂;需特殊的毫秒延期雷管及导爆材料。微差控制爆 破适用于开挖岩石地基、挖掘沟渠、拆除建筑物和基础,以及用于工程量与爆破 面积较大,对截面形状、规格、减震、飞石、边坡后面有严格要求的控制爆破工 程。
三、影响爆破施工作业的因素 1.钻孔对爆破作业的影响 钻孔和爆破是密切相关的,如果钻孔没能正确 进行,爆破就不可能达到预期效果。因此,最佳的钻 孔作业,可以说是最优爆破的先决条件。 1.选择孔径的影响 通常决定孔径的因素,是根据爆破工程特点、岩石物理力学性质和凿岩设备的类型。孔径d较小时,钻孑L、爆破所耗费的费用较高,装药、填塞炮孔和联线作业耗时多且劳动强度大。但最大缺点是不能满足大规模施工进度的要求。然而小孔径具有炸药单耗低,对周围环境破坏作用小和小孔径凿岩设备操作简便、维修方便、机动灵活等优点。增大孔径药包直径也增大,从而使炸药具有较高的爆速,炸药的爆轰过程更加稳定,受外界因素的影响更小。因此,常常可获得较高而又可靠的改善岩石破碎的能量效率。但是,如果孔径太大,炮孑L排列相应增大,还需增加填塞长度,导致台阶坡面和顶部大块率增加,特别是在有宽间距裂缝的岩石中更是如此。 2.确定孔深的影响 当炮孔深度很小时,爆破的经济效益很低。主要原因是孔深的减小会引起孔间距、最小抵抗线和爆器材的费用,增加了爆破作业时间。如果炮孔太如果炮孔倾斜偏差这对爆破效果影响是很大的。 每一炮孔内的药包分配,应能保证岩层的破坏装药结构的改变可以引起炸药爆炸性能的改变,从而提高爆炸能量的有效利用率。如果,炮孔为浅孔,应采用全偶合连续药包,因为浅孔中连续药包更实用、更经济。在进行深孔爆破时采用间隔装药,避免炸药过于集中在炮孔下部而造成上部破碎不良。尤其炮孔穿过的岩层软硬不同时,采用分段装药,药包置入硬岩层中,而堵塞体置于弱岩层中,将会明显降低大块突出率,并降低单位炸药消耗量。在一些控制爆破中,如:光面爆破,预裂爆破等,采用不偶合装药,能够降低爆炸应力的峰值并延长对岩石的作用时间,从而减少对新自由面的破坏作用而达到预期效果。在深孔爆破分段装药中,正确选择间隔大小是很重要的。间隔长度过大,将导致破碎能力下降,马尔钦可等人的资料主张在露天深孔爆破时,间隔长度与药包长度的最优比值应为0.17~O.4岩石愈难爆取值应愈小。在炮孔下部装填高密度、高威力炸药(如:浆状炸药),在上部装入低密度炸药(如:铵油炸药)的组合装药结构,可适应岩石阻力下大上小的规律,使爆炸能量在岩石中分布的更合理并能有效的克服根底,改善爆破效果。
3.增加超深的影响
炮孔超深能降低装药中心位置,以便更有效地克服炮孔底部阻力,避免或减少留根底,爆破时能达到设计深度,但是,炮孔超深值?过大,装药药柱过低,台阶下部过度破碎,将对下一个台阶顶部造成破坏,给下一个台阶穿孔带来困难。同时台阶上部容易出现大块和伞岩,对爆破环境安全不利。r值大小,一般为r一(o.15~0.3)W(w一最小抵抗线)。当岩石松软,层理发达时,r值取小值,当岩石致密坚硬时,则r值取大值。
4.抵抗线和炮孔间距的影响 在一组已定的爆破条件下,有一个最优抵抗线,可使适度破碎和松动的岩石体积最大。而且底部岩石的爆破效果也令人满意。最优抵抗线应能保证爆轰气体在登录空中之前,已消耗完成其所具有的能量,一般地讲,最优抵抗线处于(20~35)倍孔径的范围内。通常岩石坚硬,致密难爆,取值小,反之取大值。爆破施工中,在抵抗线很小的情况下,不仅浪费炸药,使钻孔工作量增大,还会造成大量的飞石和强烈的空气冲击波,这是由于爆炸能量没有被充分利用的缘故,而抵抗线太大,又会造成严重的后冲和留根底。抵抗线和炮孔间距的相对大小也是很重要的。炮孔间距过小时,容易造成沿炮孔连心线过早破裂,而沿抵抗线方向的岩石得不到充分破碎,影响岩石的破碎质量,产生大的岩块。孔距过大又会使相邻孔之间的岩石爆不下来,一般地讲,当抵抗线W和孔间距a相等时,可获得相当好的爆破效果。 炮孔以等边三角形错开布置时(a=1.15w)将获得最优破碎块度。一些资料和实践表明,适当地减小抵抗线和加大孔距,是改善爆破质量的途径之一。 5.炮孔填塞的影响
足够的炮孔填塞长度和良好的炮孔填塞质量, 可以阻止爆轰气体产物过早地从炮孔中冲出,并在岩石破裂之前使炮孔内保持较高的气体压力,使有效破碎岩石的能量大大增加,获得良好的爆破效果。一般在填塞良好的炮孔中,爆速和殉爆度都有明显的提高,使用低爆速的炸药尤为显著。因此填塞质量是至关重要的,通常线孔的填塞物是用适当比例的砂和黄土糅合而成,深孔、水孔填塞用钻屑或沙土,不能用稀软的泥和夹着碎石的填料。最优的炮孔填塞长度,是随着岩石实际温度的减小而增加的。当炮孔填塞长度小于20倍孔径时,常常出现空气冲击波,飞石,起爆网络被切断等问题。在我们目前常 采用的深孔松动爆破中,炮孔填塞长度应不小于25倍孔径,并且等于或大于最小抵抗线。最优炮孔填塞长度应以不产生“冲炮”(爆轰气体产物过早地从孔口冲出)为准。实践表明,凡是产生“冲炮”的炮孔,其周围的岩石得不到充分破碎,易产生不合标准的大块。因此,在爆破施工中,不能强求所有的炮孔填塞长度都一样,要根据炮孔的具体情况而定。
6.起爆药包位置的影响
起爆药包放在什么位置,决定着药包爆轰波传播方向,也决定着应力波和岩石破裂,破坏后发展方向。只有一个起爆药包的浅孔爆破,一般是把起爆药包放在孔口第二个药卷位置,装药比较方便,且可以节省起爆材料。反向爆破时则把起爆药包放在孔底(孔底先放少量炸药),并使雷管的聚能穴朝向孔口。这样可以提高炮孔的利用率,孔底不留残药。
在有两个起爆药包的深孔爆破中,起爆药包分别放置于装药的i/3和2/3处,使炸药在孔内爆炸的更彻底。炮孔如果穿过不同性质的岩层,应将起爆药包放置在最难爆破的岩石内。
7.爆区的形状和大小的影响
爆区应尽可能地大到实际可行。就提高钻爆效率而言,一次爆破的炮孔应尽可能多。岩石的破碎程度,通常是随着炮孔的排数增加而提高。在整体和快状岩石中,单排孔爆破的岩石破碎块度,通常不好。这是由于tl由面的上部和下部的抵抗线通常变化很大,炸药爆破所产生的气体很快从裂缝中逸出(前次爆破引起后裂造成的)。但是后冲现象和地震强度又是随着炮孔排数的增加而增强,因为后排孔的部分药包没有有效的自由面。如果爆区长度许可的话,爆区的长度比应大于3~3.5。由于爆区拉长了,爆区旁的岩石一般不会限制被爆岩石的侧 向运动,从而有利于被爆岩石的前移,即能提高爆堆的松散度。 8.起爆顺序和间隔时间的影响
在多排孔微差爆破时,各排孔起爆先后的顺序是很重要的。先起爆炮孔将一部分岩石炸碎并抛移一定距离,给后续起爆的炮孔创造了新的tl由面。每一个炮孔的最小抵抗线都是经过计算与它的药量相适应的,如果后排孔比前排孔先起爆的话,势必使后排孔爆破时的最小实际抵抗线增大,往往造成严重的飞石和后冲后果。在设计爆区某点起爆时,应尽可能地逐渐减少爆区内的最大起爆孔数,即给后爆各孔创造出最大的有效自由面,并使爆破时实际体产物造成的应力场作用下破碎的。因此齐发爆破 和延期爆破的岩石破碎过程是不同的,其效果也是不同的。例如单排孔台阶爆破在邻近炮孔间采用较短的微差间隔时间时,其爆破效果就优于齐发爆破的效果,这是因为微差爆破利用先行起爆的药包造成的应力场,来帮助后续起爆药包破碎岩石,同时在岩石崩落过程中,相邻两排炮孔的岩石相互碰撞挤压产生的补充破碎,也是破碎质量得到进一步改善。
多排孔爆破最佳延时间隔时间,是随着孔径d和抵抗线w的增加而增加的。适宜的孔间延时问隔时间的计算公式多种多样,在施工中常采用的微差间隔时间是25---75毫秒,从前排孔到后排孔微差间隔时间应逐渐有小而大。
总之,在爆破工程的设计和施工中,各爆破参数虽然各有其独特性,但又存在着内部联系。所以在选择爆破参数时应全面考虑,抓住重点;如炸药单耗和最小抵抗线等参数,统筹兼顾。通过对爆破参数的不断优化,就能对爆破的质量和爆破的效果加以控制。
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