一高速公路施工组织设计(5)

2019-03-10 12:04

昌金高速公路A7标段施工组织设计

炮孔存在。一排炮孔中相邻孔间的距离,叫做孔距。炮孔抵抗线对附近炮孔间距之比,称为间距比,或称邻近系数。

孔内炸药爆炸将产生一定的能量作用于介质。一定的钻孔(药包)直径及其装药密度,应有相应的爆破孔网面积,即抵抗线和孔距的乘积。用公式表示,则:

Ax=Bx·Sx∝Mx·Ex

式中:Bx—抵抗线; Sx—孔距;

Mx—药包在孔内单位长度质量; Ex—某炸药单位质量能量。

假定在一介质中使用的是同品种同威力的炸药,当药包直径及其密度发生变化时,相应参数和孔网面积亦应变化。微差爆破中炮孔间距比的大小会影响爆岩破碎效果。 当采用小抵抗线时,应力波反射拉伸应力增强。在多孔爆破时,既能加强反向应力的作用及孔间叠加应力;又能增加爆炸气体的作用,有利于岩体的破碎。如配臵的间距过大,孔间可能破裂不完全,留下形似驼背的凸出体与坡脚岩坎;相反,孔距过小,起爆后引起孔间“预裂”(较早地出现裂缝),松动了堵塞物,使爆炸气体散逸出去,损失了爆破能量,减弱了抵抗线方向岩体径向裂缝的发展,也容易产生大块体。

爆破的目的不同,对岩体破碎的要求也不同。所以,不能把开挖轮廓的控制爆破(预裂或光面爆破)的设计间距与梯段开挖爆破的间距予以等同。研究指出,施行一排单孔微差顺序爆破时,间距比为1.2-1.8。针对本工程地质特点,中等硬度的岩石,取1.4-1.5。松软岩石取1.5-1.80。排孔同时爆破时,间距一般等于或稍大于抵抗线。开挖爆破排孔同时起爆间距比可为1.15(多排孔错开布臵,呈等角分布)或者用1.5-2.0(较宽孔距布臵)。两种布臵排孔起爆的实践经验表明,岩石的块度较均匀,大块率较低。 3.1.1.4梯段高度和钻孔深度

梯段高度H(或H/sinα)加超钻深度h,便得钻孔深度(或长度)。

在梯段爆破设计中,抵抗线与孔深亦应有合理的匹配关系。现就选择与确定梯段高度的原则,做如下的分析。

1)梯段高度和装载设备的运转安全与效率

梯段过高,接近梯面的设备在装渣过程中是不安全的,特别是对不稳定的高边坡。对于小抵抗线的高梯段,小型机械靠近梯段边缘空孔,也是非常危险的事。梯段高度按反铲挖掘高度的1.5倍设计。实践表明,当梯段高度过大,铲装效率低;过小不能发挥机械的有效生产能力。表3.3反映铲斗容积和相应合适的梯段高度关系。

表3.3 斗容和梯段高度关系

铲斗容积/m3 合适梯段高度/m 4.0 12-15 3.0-2.5 10-12 1.0-0.75 8-10 0.5 5-8 【江西省公路桥梁工程局】 - 21 -

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2)钻孔深度和钻孔质量、钻进效率关系

梯段爆破的底线处是人们注视的关键部位,钻孔在定位时、在钻进过程中都会有误差和误差的积累。孔越深,偏差值会越大。如果施工不严格,定位开门以及钻孔主位上有偏差,很可能引起钻孔的过度偏离或交叉,影响爆破效果。孔越深,越不利。 钻孔深度小,形成钻机迁移频繁;钻孔过深,钻进效率减慢。因此,钻孔深度也是影响钻爆以至开挖速度和经济效益的重要参数。 3)梯段高度和破碎效果

据伦格弗尔斯的试验研究结果得出:当垂直梯段高度为h=2B(B为抵抗线),钻孔深度L=2B+0.3B=2.3B,底部装药高度hb=1.3B。上部留出1.0B为堵塞段时,爆后底部光滑不留根,而药柱上方的岩石也被顺利地推出。所以,实际取用H≥2B(对于2:1斜孔,H≥1.8B)是可行的。当梯段高度过小,呈“矮胖”状岩体等爆,再加堵长不足,能量从孔口散逸,产生空气冲击波和飞石,而整体的破碎效果却不良。相反,对那H/B之比值大的高薄梯段,爆破时容易挠曲破碎,而梯段的岩石附落时还可得附加破碎。 4)梯段高度和岩体结构面

选择梯段高度与岩体结构面有密切关联。因此,在规划开挖步骤时不应忽视。有利的结构面爆后梯段仍为稳定,H值可取高些。不利的结构面将会产生不稳定的多悬挂的岩块,势必取用低限值以策安全。 5)梯段高度和药包性质

抛掷爆破的爆堆较低,而松动爆破的爆堆却较高。排数的多少,也一定程度上影响爆堆的高度。低爆堆的可适当增加梯段高度H值。 6)高梯段爆破的起爆问题

取用较高梯段时,其相应孔深亦较大。若设计给予的单耗药量q值较小时,孔内将可能是间隔装药方式。此势必使用导爆索或多起爆药包的起爆方法,以实现所有炸药都能爆轰。后者将给施工带来一些不便。许多工程基本上都利用导爆索下孔办法解决。 基于以上若干点综合分析和爆破实践认为:炮孔深度与抵抗线之比L/B≥2-4时,是比较合理的。如果岩体较稳定而钻进效率又不减低的情况下,适当加大H值是有益的,同时考虑到边坡施工的特殊性,在修边坡时缓冲段的爆破台阶高度选择为5m。 3.1.1.5单位体积药量和孔内装药量

所谓单位体积耗药量(简称单耗药量),就是爆破1 m3石方所付出的炸药用量。一般用q(Kg·m-3)表示。在梯段爆破中,开挖爆破石方的体积计算是很简单的。当爆岩体积V=常数,设计的q值越大,则总装药量越多。相反,如对岩体的爆破困难程度估计不足,用药量偏低,便不能满足要求。

单耗药量是工程爆破设计中的重要指标之一。正确选定数据,只能依赖于对该岩体剖析和透彻了解施工的具体要求。

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1) q的取值问题

在研究钻孔直径、抵抗线、间排距及孔深的同时,就要考虑q的取值问题。在一般的开挖爆破中,要注意:梯段高度H大,药包在孔内占据的长度小些;相反,H小些,药包在孔内占据的长度大些。因为H大,钻孔装药爆破负担的岩体,易遭弯曲变形破坏,岩石爆落下冲击地面又增加了破碎度。也很容易理解,当药包在孔内占据的长度与孔长之比百分数越高,对岩体的破碎性增强;相反,则产生大块体的数量和可能性增大。 2)要掌握岩石的物理力学性质

岩体的结构性及其节理裂隙发育程度等也很重要。裂隙有原生和次生之分,它的存在影响岩石密度、强度与波阻抗,从而影响到q的取值。 3)要掌握炸药品种及其威力

国产炸药的威力指标常用爆力与猛度,也有用相对威力表示的。炸药在岩体内(埋藏条件下)爆轰速度和波阻抗也很重要。因为爆破时岩石的应变与炸药对岩体的波阻抗大于或接近于岩体的波阻抗值。 4)要考虑施工条件

据工程设计目的和施工条件对爆岩破碎度的要求(例如在某介质条件下,一般宜取单耗药量为q1。如挖掘机能力、破碎机喂料口尺寸的不同,采用的单耗药量应为q = q1±q2。其中q2为理论增减数值)以及爆破时岩石抛散对环境和安全的影响。

以上诸点包含了爆破的几何条件、地质和工程因素,是比较全面的,也是必要的。对岩石爆破单耗药量的确定,首先是要围绕工程对破碎要求这一中心,考虑多项影响因素,避免单一、片面地定数据。其次是通过试验设计数据的合宜性。在目前一般条件下,可依据表3.4选取q 值。

表3.4 各种岩石松动爆破单耗药量q值表

岩 石 名 称 页岩 千枚岩 板岩 泥灰岩 砂岩 风化破碎 完整,微风化 泥质,薄层层面张开,较破碎 较完整,层面闭合 泥质胶结,中薄层或风化破碎 钙质胶结,中厚层,中细粒结构,裂隙不甚发育 硅质胶结,石英质砂岩,厚层,裂隙不发育,未风化 砾岩 白云岩 大理岩 石灰岩 胶结性差,砾石以砂岩或较不坚硬的岩石为主 胶结性好,以较坚硬的岩石组成,未风化 节理发育,较疏松破碎,裂隙频率>4条/m 完整、坚硬的 中薄层或含泥质的,或鲕状、竹叶状结构,裂隙较发育的厚层,完整或含硅质、致密的 岩 石 特 征 描 述 岩石坚固性系数 2-4 4-6 3-5 5-8 4-6 7-8 9-14 5-8 9-12 5-8 9-12 6-8 9-15 单耗药量 /Kg·m-3 0.33-0.45 0.40-0.52 0.37-0.52 0.40-0.56 0.33-0.48 0.43-0.56 0.47-0.68 0.40-0.50 0.47-0.64 0.40-0.56 0.50-0.64 0.43-0.56 0.47-0.68 【江西省公路桥梁工程局】 - 23 -

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风化严重,节理裂隙很发育,多组裂隙交割,裂隙频花岗岩 率>5条/m 风化较轻,节理不甚发育或未风化的伟晶粗晶结构的 细晶均质结构,未风化,完整致密岩石 流纹岩 粗面岩 蛇纹岩 片麻岩 正长岩 闪长岩 石英岩 安山岩 玄武岩 辉长岩 辉绿岩 橄榄岩 较破碎的 完整的 片理或节理发育的 完整坚硬的 较风化,整体性较差的 未风化,完整致密的 风化破碎,裂隙频率>5条/m 中等坚硬较完整的 很坚硬完整致密的 受节理裂隙切割的 完整坚硬致密的 受节理切割的 很完整、很坚硬致密的 4-6 7-12 12-20 6-8 9-12 5-8 9-14 8-12 12-18 5-7 8-14 14-20 7-12 12-20 8-14 14-25 0.37-0.52 0.43-0.64 0.53-0.72 0.40-0.56 0.50-0.68 0.40-0.56 0.50-0.68 0.43-0.60 0.53-0.70 0.37-0.52 0.47-0.64 0.57-0.80 0.43-0.60 0.53-0.80 0.47-0.68 0.60-0.84

对现地地质情况的分析可知,本次开挖的岩石主要为坚固系数在4-8之间的花岗岩。 据表,仅以单因素如岩石坚固性系数,便给出单耗药量q值,似不够完善,往往会导致与爆破结果有较大的出入。不难理解,过去岩石抗压强度(Kg·cm-2)除以100所得的f值,只能反映岩石块体,不一定能完全代表被爆岩体结构的状况。对于某种沉积岩,其抗压强度虽高,但岩性脆,节理发育,主节理产状有规律,用较低的单耗药量也能获得满意的破碎效果。另外,即使是同一岩性的岩体,岩石的强度比前者低得多,但岩石节理不大发育,布孔时不能有效地利用结构面条件,那么即使赋予较大的q值,实际的破碎度反不如前者。其他种类的岩石也有类同的结果。可见,选用q值时要研究多因素,特别需要地质方面提供的较为全面确切的资料。 3.1.1.6钻孔超深及其影响因素

不论垂孔或倾斜孔,爆后显示的梯面基本上(或者说大部分)都是有一定斜度的。前者是由于后冲作用的结果(孔越大则越显著),后者便是设计认定的理所当然的实际结果。不管何种钻孔方式,可以预料到:炸药起爆后,炮孔底部的能量总是向着垂直于自由面方向发展的,因而局部残留岩坎是自然的、似乎是不可避免的。当炸药被激发爆轰后,冲击波向四周扩散,抛掷只靠那向上方向的冲量。如果能量不足,只会发生塌落,不会有良好的破碎效果。针对上述两种情况,用设计钻孔带超深来解决。

在实施分层开挖的梯段爆破中,为了克服“岩层”(一定厚度的岩体)的阻抗,爆后不留岩坎,一次达到预想的设计高程,在钻爆方面,一般需设计超钻深度及其装药爆破。

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严格地说,超深依赖于岩石、炸药、孔径、孔斜、抵抗线和梯段高度等因素,也与孔内起爆点位臵有关。当地质条件和使用的炸药确定后,就可以恰当地取用超深h问题(见表3.5)。

表3.5 超深和梯段高度、岩石硬度系数关系

超深h/m f值 H/m 7 10 15 20 25 1-3 0.60 0.70 0.85 1.00 1.25 4-5 0.70 0.85 1.00 1.25 1.50 6-9 0.85 1.00 1.25 1.50 1.75 10-12 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 说 明 孔径D≠150mm时,须乘以D/150修正。 本次工程的f值为3-5。

超深不仅寄托于参数关系的计算,还要考虑介质的强度、层理、节理等条件,无疑会影响h的取值。在大多数的露天爆破作业中,必须有超深以保证爆破设计面的高程。表3.6反映了超深取值与地质、抵抗线的关系。

表3.6 钻孔超深估算表

施工作业面地质条件 底部有张开层面 底部 易爆 正 常 困 难

3.1.1.7炮孔堵塞设计

炮孔都是要堵塞的(尤其施工中常用硝铵类炸药)。堵塞效果有时对应变能的利用也许无重大影响,但对防止或减少气体外逸是不容臵疑的。溢出的途径是清楚的:一部分气体从孔口;而另一部分从受载岩石的裂隙中溢出的。所以,重视孔口堵塞,对于延缓爆炸气体的作用时间和破岩效果是有利的。

1) 堵塞物的成分和质量:要注意使用堵塞料的性质、作用和它的密实性(包括与周围岩石的结合程度)。我们认为:干燥的粒状物质能显示出惰性和磨擦效能。带棱角的石子是一种良好的堵塞物,当来自下部爆炸气体的强压冲击时,能起“拱”的作用,有助于维持孔内较高的压力。钻孔附近的岩屑、爆区附近的土砂混合物用起来是方便的。充填时尽可能地设法促其更密实。因为它的密实度比坚硬或中等坚硬的岩层要小得多。

2) 堵塞长度:体现堵塞的另一重要指标是钻孔堵塞长度。如上部堵段过大,爆后必然是岩体自然塌落,大块体分布于爆堆的表面。相反堵段过小,导致飞石、噪音和空气

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超深比(h/B) 0 0.1-0.2 0.3 0.4-0.5


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