王開志， 楊旭升， 梁秋祥

(北部戰(zhàn)區(qū)陸軍第二工程科研設(shè)計所， 沈陽 110162)

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某部儲油罐基礎(chǔ)開挖爆破設(shè)計

王開志， 楊旭升， 梁秋祥

(北部戰(zhàn)區(qū)陸軍第二工程科研設(shè)計所， 沈陽 110162)

在某部綜合倉庫庫區(qū)內(nèi)預(yù)建7座半地下儲油罐，需開挖直徑35m，最大深度16m的儲油罐基礎(chǔ)，因地質(zhì)條件相對復(fù)雜，現(xiàn)場巖石多為碎石土和花崗巖組成，具有強風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育和含水量大等特點，采用爆破法進(jìn)行儲油罐基礎(chǔ)開挖，制定了露天深孔松動爆破和預(yù)裂爆破相結(jié)合的總體爆破方案。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，局部爆區(qū)采用逐孔起爆與多孔齊爆相結(jié)合的方式，優(yōu)化布孔方式和炮孔參數(shù)；設(shè)計了一次起爆，預(yù)裂孔先爆，主爆區(qū)延遲75ms后爆的起爆網(wǎng)路。成功實施了爆破開挖工程，達(dá)到了預(yù)期效果，保證了工程質(zhì)量，可為同類爆破工程提供參考。

儲油罐； 基礎(chǔ)開挖； 爆破設(shè)計

1　工程概況

某部綜合倉庫場區(qū)擬建7座相同規(guī)模的覆土油罐，內(nèi)徑25m，外徑27m，高約12m，單個儲罐容積5 000m3，鋼結(jié)構(gòu)，擬采用淺基礎(chǔ)。罐底設(shè)計標(biāo)高分別為：1號罐251.00m，2號、3號罐250.00m，4號罐247.00m，5號、6號、7號罐247.00m。爆破作業(yè)區(qū)高程3.20 ～16.00m之間。需要為在建儲油罐開挖直徑35m的基礎(chǔ)進(jìn)行土石方爆破。

1.1工程地質(zhì)

該爆破工程地點周圍均為山體，爆破環(huán)境較好。據(jù)現(xiàn)場鑒別、原位測試及土質(zhì)分析，現(xiàn)場巖石主要以碎石土和花崗混合巖組成。

碎石土：主要由殘積風(fēng)化碎石組成，含粘性土及砂土，局部夾粘性土薄層及風(fēng)化孤石。層厚1.50 ～5.70m，分布連續(xù)，層底埋深1.30 ～5.70m，層底標(biāo)高245.02 ～266.25m。

花崗混合巖1：強風(fēng)化、節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。層厚1.00 ～9.60m,分布連續(xù)，層頂埋深0.00 ～5.70m，層頂標(biāo)高245.02 ～273.02m。

花崗混合巖2：中風(fēng)化、節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙間可見少量次生風(fēng)化物，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。層厚6.70 ～20.60m，分布連續(xù)，層頂埋深2.80 ～12.80m，層頂標(biāo)高237.52 ～269.22m。

花崗混合巖3：微風(fēng)化、節(jié)理很少，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ級。最大層厚19.50m，分布連續(xù)，層頂埋深10.30 ～28.00m，層頂標(biāo)高231.61 ～262.52m。

1.2工程要求

(1) 確保工期。采取先進(jìn)的爆破方法、合理的施工工藝及強有力的技術(shù)措施，保證爆破在要求的時間內(nèi)完成。

(2) 確保安全。保證附近設(shè)施以及周圍人員的絕對安全。

(3) 確保質(zhì)量。按照要求爆破到位，工程質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

2　爆破技術(shù)方案

2.1爆破總體方案

根據(jù)工程地質(zhì)情況和爆破工程特點，主體采用露天深孔松動爆破，周邊采用預(yù)裂爆破方案。布孔形式見圖1。選用直徑D為115mm鉆機，主爆區(qū)采用三角形布孔形式，每個炮孔用兩個起爆體，起爆體由150g2#巖石硝銨炸藥和一個導(dǎo)爆管雷管組成，炸藥選用硝銨乳化粉狀炸藥。

2.2爆破參數(shù)〔1-2〕

臺階高度H：4 ～16 m；底盤抵抗線W1：(25 ～45)D，取3 m；填塞長度l2：取l2=1.1W1=3.3 m，為確保安全，l2選3.5 m；超深h：取1 m；裝藥長度l1：(4 ～16)+1-3.5=1.5 ～13.5 m；孔距a；

圖1　主爆孔、預(yù)裂孔布置Fig.1　Main blasthole and pre-splitting hole layout

a=mW1，取4 m；排距b：b=0.86a，取3.5 m。單孔裝藥量Q：按Q=q線l1計算，式中：Q為單孔藥量，kg；q線為炸藥線密度，kg/m，取10 kg/m；l1為裝藥長度，m。Q=q線l1=10×(1.5 ～13.5)=15 ～135 kg。鉆孔數(shù)量估算：n≈πR2/(a×b) ≈129個；鉆孔總延米估算：L總≈n×L平均≈1 341.6m；主爆區(qū)藥量估算：Q總≈L藥×q線≈8 901 kg。

根據(jù)地形情況，鉆孔深度在4.4 ～ 16.4m，地面標(biāo)高在250.00m以上的設(shè)計孔底標(biāo)高為244.60m，地面標(biāo)高在250.00m以下的，設(shè)計孔底標(biāo)高為245.10m。

布孔形式為三角形〔3〕，同排孔孔深相同，B排孔為最淺孔，孔深為4.4m，C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P排孔的孔深，按照1m的增量依次遞增，P排孔最深，為16.4m，具體孔深根據(jù)地形變化進(jìn)行微調(diào)。單孔藥量、孔深及填塞長度見表1。

表1　炮孔、藥量及填塞數(shù)據(jù)

主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)Fig.2　Structure of main blasthole charge

2.3預(yù)裂爆破設(shè)計

根據(jù)邊坡需要較完整的要求，擬采用預(yù)裂爆破，因預(yù)裂孔不在同一高度，預(yù)裂效果可能不理想。

預(yù)裂爆破的參數(shù)選擇：孔距a預(yù)=(8 ～12)D，本工程D為115 mm，a預(yù)取1 m；鉆孔數(shù)量：n預(yù)裂=2πR/a預(yù)=110；孔深l：4 ～17 m；鉆孔總延米：l預(yù)=n預(yù)裂×l平均=1 155 m；

裝藥線密度q線：

(1)長江科學(xué)院計算式：

q線=0.034(σ壓)0.63d0.67；

(2)葛洲壩工程局計算式：

q線=0.367(σ壓)0.5d0.36；

(3)武漢水利電力學(xué)院計算式：

q線=0.127(σ壓)0.5a0.84(d/2)0.24；

式中：q線為炮孔的線裝藥密度，kg/m；σ壓為巖石的極限抗壓強度，MPa，花崗巖為80 ～200 MPa，取150 MPa；a為炮孔間距，m，為1 m；d為炮孔直徑，為115 mm。

三種公式的計算結(jié)果分別為：0.187kg/m、2.06kg/m和0.784kg/m，計算結(jié)果差異較大，結(jié)合東江水電站爆破工程實例，該工程巖石為花崗巖，孔深為9.4m，孔徑為110mm，孔距為1m，填塞長度為1m，裝藥線密度為0.766kg/m，使用2#巖石硝銨炸藥。根據(jù)上述分析，預(yù)裂爆破裝藥線密度q線取0.75 kg/m，實際的裝藥線密度由現(xiàn)場試爆結(jié)果確定。

填塞長度確定為1 m；預(yù)裂爆破單孔裝藥量Q1預(yù)=q線l2=2.25 ～12 kg；預(yù)裂爆破總藥量Q總=q線l總=783.75 kg,預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)Fig.3　Structure of the pre-split hole

3　起爆網(wǎng)路設(shè)計

采用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路。每個油罐基礎(chǔ)一次起爆，預(yù)裂炮孔先爆，主爆區(qū)后爆，延時時間為75ms。

預(yù)裂炮孔共110個，分3組，每組孔數(shù)小于40個，組內(nèi)采用簇聯(lián)方式，用兩發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管起爆〔4〕，起爆藥量783.75kg。

主爆區(qū)選用排間順序起爆方式，即采用同排齊爆、排間延時的逐排起爆方式〔1〕，B排最先起爆，依次是C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P，排間間隔為50ms。根據(jù)爆區(qū)周圍環(huán)境，1#、2#、3#爆區(qū)距離消防亭較近，采用逐孔起爆與多孔齊爆結(jié)合的方案，根據(jù)與建筑物的距離控制一次齊爆藥量，見表2。主爆區(qū)起爆網(wǎng)路見圖4。

表2　爆區(qū)與建筑物距離及允許一次齊爆的最大藥量

注：“距離”為“爆區(qū)與建筑物距離”。

圖4　主爆區(qū)起爆網(wǎng)路Fig.4　The firing network of main blasting zone

主爆區(qū)孔內(nèi)均使用MS12段(550ms)導(dǎo)爆管雷管，孔外使用兩發(fā)MS3段導(dǎo)爆管雷管實現(xiàn)排間延時，爆破持續(xù)時間1.225s，一次最大齊爆藥量為1 000kg。一次起爆最大藥量為9 336kg。爆破時序如圖5所示。

4　爆破安全計算與校核

根據(jù)工程特點，在爆破工程產(chǎn)生的爆破地震、個別飛石和爆炸沖擊波等危害中，爆破地震是主要危害，因此，對一次齊爆藥量的控制是十分必要的。

爆破振動安全距離計算：根據(jù)爆破區(qū)域周邊環(huán)境，1號罐距爆區(qū)約90m有座消防亭，為磚混結(jié)構(gòu)，根據(jù)爆破振動安全距離計算一次齊爆藥量〔5〕。計算公式如下：

(1)

式中：Q為一次齊爆總藥量，延時爆破時取最大一段藥量，kg；R為爆源至被保護(hù)物的距離，m；v為介質(zhì)質(zhì)點振動速度，取2 cm/s；K、α為與爆破區(qū)域地質(zhì)地形等因素有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，本工程為混合花崗巖，K=150，α=1.5。

圖5　爆破時序Fig.5　Blast timing sequence

根據(jù)公式(1)，可計算當(dāng)被保護(hù)建筑物距離爆區(qū)90m時，允許一次齊爆藥量Q為131.2kg；當(dāng)最大一次齊爆藥量為1 000kg，被保護(hù)建筑物與爆區(qū)的距離應(yīng)大于178m。

計算結(jié)果表明，爆區(qū)與消防亭距離90 ～178m時，根據(jù)具體情況，按表2調(diào)整一次齊爆藥量；爆區(qū)與消防亭距離大于178m時，可按設(shè)計藥量和起爆網(wǎng)路進(jìn)行爆破，即可滿足爆破振動安全要求〔6〕。

5　爆破效果及分析

2015年5月16日，按設(shè)計方案進(jìn)行了爆破作業(yè)。爆破后，主爆區(qū)巖石塊度均勻(圖6)，爆堆集中穩(wěn)定，邊坡牢固，危害效應(yīng)控制良好，被保護(hù)建筑物和設(shè)備安全，達(dá)到了工程目的。

圖6　爆破效果Fig.6　Blasting effect

6　結(jié)語

按照工程要求，成功地實施了7座相同規(guī)模的覆土油罐基礎(chǔ)開挖爆破。根據(jù)開挖對象為碎石土和花崗混合巖的地質(zhì)條件和現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計并實施了深孔松動爆破與預(yù)裂爆破結(jié)合的技術(shù)方案，取得了良好的爆破效果，保證了工程質(zhì)量，確保了被保護(hù)對象的安全。本工程為同類爆破工程提供了成功經(jīng)驗和重要參考。

〔1〕 汪旭光. 爆破設(shè)計與施工[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2011：224-257.

WANGXu-guang.Blastingdesignandinstruction[M].Beijing:MetallurgicalIndustryPress, 2011: 224-257.

〔2〕 張若松，王剛，呂曉亮，等. 復(fù)雜環(huán)境下電纜隧道控制爆破[J]. 工程爆破，2014,20(1)：30-34.

ZHANGRuo-song,WANGGang,LVXiao-liang,etal.Controlcabletunnelblastingundercomplicatedenvironment[J] .EngineeringBlasting, 2014,20(1):30-34.

〔3〕 馮桂云，劉長玲. 預(yù)裂爆破在邊坡開挖中的應(yīng)用研究[J]. 工程爆破，2013,19(4)：25-29.

FENGGui-yun,LIUChang-ling.Applicationofpresplittingblastinginslopexcavation[J].EngineeringBlasting, 2013,19(4): 25-29.

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〔5〕 陳華騰，鈕強，譚勝禹，等. 爆破計算手冊[M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991：159-165.

CHENHua-teng,NIUQiang,TANSheng-yu,etal.Blastingcalculationmanual[M].Shenyang:LiaoningScienceandTechnologyPress,1991:159-165.

〔6〕 爆破安全規(guī)程GB6722-2014[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014 [S].Beijing:ChinaStandardspress, 2014.

Blastdesignofoilstoragetankfoundationexcavation

WANGKai-zhi,YANGXu-sheng,LIANGQiu-Xiang

(TheSecondEngineeringResearchandDesignInstituteofNorthernTheaterArmy，Shenyang110162,China)

7oilstoragetanksareneededtobebuiltinonewarehousearea.Thediameterofthefoundationis35mandthemaximumdepthis16m.Accordingtotherelativecomplexenvironmentwithstrongweathered,jointdevelopmentsandlargemoisturecontentgravelsoilandgranite,themethodofopenpitdeep-holelooseningblastingcombinedwithpre-splittingblastingwasadoptedintheexcavationofoilstoragetankfoundation.Thehole-alongshootingandmulti-holehomogeneousblastingwereconjunctivelytakenandtheblastholelayoutandparametersdesignwereoptimized.One-timeinitiationnetworkofpre-splittingdetonationwastakenfirstandthemainblastingzonedelayed75ms.Thedesiredeffectwasachievedandthequalityoftheprojectwasensured.Itprovidedareferenceforsimilarblastingprojects.

Oilstoragetank；Foundationexcavation；Blastdesign

1006-7051(2016)04-0077-05

2016-03-29

王開志(1962-)，男，高級工程師，研究方向為工程裝備。E-mail: 2291106609@qq.com

TD235.37

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.016