建基面基底岩层保护性爆破施工技术初探

顾定军

(中国平煤神马集团力源化工公司，河南 平顶山467000)

随着科学技术的发展,爆破技术的提高,各建设工程基底平整度要求不断提高,特别是岩石基底的平整度要求,减少因超挖引起垫层混凝土成本的增高,以及降低因爆破对岩石基底的影响。 研究基底岩层保护性控制爆破施工技术,可以大大提高基底岩层的整体完整性与稳定性,同时减少基底的超、欠挖量。

1 工艺原理

通过建立“爆炸损伤模型”,研究分析得出爆炸荷载作用对基底岩层的影响程度关系[1]。 据此,对基底须保留成型的岩层采取预留保护层及孔底空气柱缓冲层等措施,实施保护性控制爆破施工[2]。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

爆破施工的工艺流程如图1 所示[3]。

2.2 负挖工程特点

1)对基底岩层的成型要求高。 要求成型后的基底岩层表面不能有松动岩石,岩层整体稳定,轮廓完整,对超挖部分必须采用混凝土补填。

图1 爆破施工工艺流程

2)在对基底岩层进行爆破施工时,须采取保护性施工措施,以防止岩体中的微裂隙在爆炸外力作用下过度扩张而产生损伤,要求成型后的基底岩层表面不能有明显裂痕,可采取必要的加固措施,如高压灌浆、锚固等。

因此,施工中必须针对基底岩层进行保护性控制爆破,最大限度地降低爆破作用对基底岩层的直接或潜在破坏,确保岩体完整、成型完好,以降低后续补救成本。

2.3 施工规划与论证阶段

2.3.1 施工分区分层

施工分区分层需综合考虑下述因素来初步确定,并依据后续爆破振动监测和声波实验结果优化调整。

1)各基坑的设计要求(包括尺寸、深度等结构形式)。

2)保护性爆破设计方案的可行性要求:必须考虑上层爆破对基底下层岩体的损伤影响深度是否在允许范围内,爆炸损伤模型如图2 所示。

图2 爆炸损伤模型

3)爆后石渣开挖方式的选择:应有利于开挖施工。

4)施工进度要求:在保证质量前提下,应有利于快速、高效的进度要求。

2.3.2 爆破振动控制

不同的爆破振动测试系统具有不同的频率响应特性。 只有根据爆破振动波的频率特性,合理选用爆破振动测试系统,才能减少测试误差[4]。 爆破施工分层如图3 所示。 为确保上层爆破对基底下层保留岩体的损伤影响处于可控状态,必须对上层爆破采取控制措施。 爆破振动监测是一种常规有效的监控措施,通过对距离爆源30 m 处的岩体进行实时爆破振动监测来进行控制。

在正式施工前,选择不影响基底成型质量的区域进行爆破振动和声波监测实验,并对各种装药量情况下的实测振动数据进行统计、分析和比较,找到岩体振动速度与影响深度的关系,从而确定爆破振动控制参数,如图4 所示。 反过来可优化前面的施工分区分层方案。

图4 岩体爆破振动控制参数的确定示意图

2.4 施工实施检验阶段

2.4.1 方案的设计要求

开挖边界不允许出现欠挖;基底岩层必须完整,没有因爆破而引起的明显裂痕。 基坑超挖按设计要求控制。

2.4.2 设置底板预留保护层

为较好地保护基底岩层的完整性,控制基底超、欠挖,设置底板预留保护层,对其实施保护性控制爆破[5]。 对底板预留保护层进行爆破时,在孔底设空气柱缓冲层,采用浅孔小台阶一次性爆破的施工方案。 预留保护层的装药结构如图5 所示,采取的主要技术措施如下:

①大孔径,小药卷,增大不耦合系数,以改善爆破质量,采用中小直径钻头钻孔;采用ø32 mm 乳化炸药,连续径向不耦合装药结构。

②采用竹片绑扎,设置空气柱缓冲层,以缓冲爆炸对基底岩层的冲击破坏作用。

③控制超深,避免出现大范围的超、欠挖现象。

图5 预留保护层装药结构

1)底板预留保护层爆破参数选择

根据多个负挖工程的底板预留保护层保护性爆破施工经验,分析相关岩体爆破振动速度与影响深度的关系曲线,确定距离爆源30 m 处的岩体底板预留保护层爆破振动速度控制值为1. 5cm/s,围绕该允许振动速度进行试验与优化,最终得出底板预留保护层的保护性爆破参数见表1。

表1 底板预留保护层主要爆破参数表

2)起爆网路设计

采用逐孔起爆网路(全部炮孔孔内装两发毫秒15 段导爆管雷管),如图6 所示,并采用电火花激发起爆网路。

图6 逐孔起爆网路

2.4.3 爆破施工管理

1)按设计的孔网参数现场标定孔位,钻孔的实际孔位与设计孔位偏差不超过±5 cm,孔深偏差不超过+10 cm,倾角偏差不超过1%。 若发现孔位和深度等不符合要求,应适当调整设计参数[6]。

2)根据验孔结果确定空气柱缓冲层的高度及装药量,并按设计的装药结构形式装药。

3)确保炮孔的堵塞长度及质量。

4)保证爆破网路的连接质量,做到爆破网路的安全准爆。

2.5 效果评价

效果评价包括以下3 个方面:

1)爆后爆堆情况及石渣铲装效率。

2)爆破有害效应监测结果。 爆破飞石是否在控制范围内,爆破振动是否满足控制要求等。

3)底板和轮廓面是否整齐完整,是否控制在允许误差范围内。

3 结语

采用控制爆破技术后,几个负挖工程的基底开挖均达到了“基底岩层整体完整、稳定且轮廓完整,超、欠挖现象控制较好,后续混凝土垫层用量明显减少”的良好效果,经济效益明显提高。