沉井刃脚岩壁的处理

第19卷 第2期石家庄铁道学院学报Vo.l19 No.2 2006年6月J OURNAL OF SH IJI A Z HUANG RA I L WAY I NSTI TUTE Jun.2006

沉井刃脚岩壁的处理

董新涛

(中铁十四局集团第四工程有限公司, 山东济南 250002)

摘要:以渝怀铁路阿蓬江大桥深水基础钢沉井施工为例,介绍了深水钻岩爆破技术在沉井刃脚岩壁处理中的应用。详细说明了爆破方案的选择、参数设计等,分析了实际爆破效果。施工结果表明,深水钻岩爆破技术安全性高、效益明显,是解决大高差河床中沉井稳定性问题的有效手段之一。

关键词:深水桥梁基础;沉井;刃脚;爆破

中图分类号:TU753.64 文献标识码:A 文章编号:10063226(2006)02012804

1 工程概况

渝怀铁路阿篷江大桥桥跨的结构形式为:5 32m预应力砼简支梁+(40+60+40)m预应力砼连续梁+2 32m预应力砼简支梁+1 24m预应力砼简支梁。大桥下游建有鱼滩水电站,蓄水位标高429. 90~430.90m,桥位处水面宽约120m,平常水的流速小于1m/s。桥位处上覆砂粘土、卵石土、块石土、坡残积粘土,下伏基岩为砂岩、角砾岩、泥质灰岩夹页岩,页岩及灰岩属V级次坚岩,所夹页岩属V级软石,桥址地层属单斜构造,地层产状:N25~35E/49~57NW,节理产状:!N69W/ ,N50E/42SE,∀N65W/ ,N25W/85S W。该桥4#和5#墩位于深水中,水深达17m。4#墩位处基岩层面高差达9.6m,河床覆盖层最大厚度3m,河床基岩面走向形成23.7的坡面。5#墩位处基岩层面高差达9.2m,河床覆盖层最大厚度2.7m,河床基岩面走向形成21.8的坡面。4#和5#墩设计为低承台桩基础,每墩16根钻孔桩,直径1.5m,承台底高程419.69m,部分承台位于岩层中。设计采用钢沉井施工,钢沉井内径21.0m,外径23.0m,高为17.5m。受桥墩处河床面高差的影响,沉井着床困难,稳定性差。施工中采用了深水钻岩爆破技术对刃脚处基岩进行了处理,有效地解决了上述难题。

2 深水钻岩爆破设计

2.1 施工方案选择

4#和5#墩位处岩面高差大,钢沉井施工存在以下问题:(1)施工过程中的稳定性较差;(2)着床困难;

(3)刃脚设计难度大且着床后底部封堵困难。经过对墩位处的地质情况反复勘测和调研,决定采取将桥基处坡面岩石爆破后再开挖以降低岩面的施工方案(见图1)。

2.2 爆破方案选择

水下岩石开挖爆破一般采用下列两种方法:水下裸露药包爆破或水下钻孔爆破。水下裸露药包爆破效果差,工期特别长,炸药单耗大、水下冲击波影响范围大,一般用于水下孤石处理;而水下钻孔爆破需要潜水员携带钻孔工具潜入水底钻孔布药,效率低,进度慢,有时还会造成潜水员伤亡,虽爆破效果不错,但存在操作困难,成本高,安全性差,工期较长等缺点。为避免以上缺点,采用深水钻岩爆破技术,即利用水上浮平台作为作业平台,采用潜孔钻机成孔,在浮平台上进行装药。与上述两种水下岩石爆破方法相比,该法有如下特点:所有作业全在水面浮平台上进行,安全程度高;进度快,工期短;投入少,经济效益好。

收稿日期:20051030

作者简介:董新涛 男 1971年出生 工程师

第2期董新涛:沉井刃脚岩壁的处理129

图1 施工总体方案图

2.3 技术设计方法

(1)采取适当加大超钻,相应增大单孔爆破面积,以减少钻孔数,并确保不留根底;

(2)采用宽孔距爆破技术和水耦合无堵塞装药结构,并适当加大单耗,提高破碎效果;

(3)炸药选用2#岩石乳化炸药,此炸药特点是威力大,水抗性能强,并且冲击、摩擦、热感度和火焰感度均很低,使用过程安全。布药时将药包顺内导管装入孔中并与导爆管连接组成起爆网络;

(4)采用塑料导爆管非电起爆系统,利用等微差爆破技术,严格控制分段药量,保障周围设施的安全。

2.4 技术设计

(1)炮眼布置。被爆岩体需一次爆破到位,且岩石爆破后应破碎、松散、易清理。根据4#、5#墩墩位处被爆岩面大小,经计算分别布眼126个和138个,采用宽孔距布孔,梅花形排列。

(2)炮孔深度。炮孔深度L=H+h。其中,H表示岩石的开挖深度,根据设计提供的地质资料推算,本工程开挖深度H取300~500c m;h为超钻深度h=0.3H,经计算,实际钻孔深度L=390~650c m。

(3)单孔装药量计算。Q=K1K ab H。其中,K1为水深影响系数,水深18~20m时,取值为1.2~1.4; K为单位用药量,玄武岩取K=1.6kg/m3;H为开挖深度;a为炮孔间距,为2.0m;b为炮孔排距,为1.5~ 2.0m。

(4)外套管直径D=120mm,炮孔直径d=100mm,药卷直径d=80mm。

(5)装药结构。水压力作用下,炸药的起爆感度要降低,因此,为使炸药可靠起爆,装药结构采用连续装药结构,每个炮孔旋转两组雷管,每组两个雷管。

(6)采用孔内高段别雷管,孔外微差网路,孔外采用低段别毫秒雷管簇连,从一端到另端逐组起爆。

(7)爆破振动预估及最大分段药量确定[1,2]。Q max=R3(V kp/C K0)3/a。其中,V kp为地层质点振动的临界速度;R为自爆源中心至被保护物或测点的距离;K0为介质系数,主要取决于爆破地震波传播途径的介质性质;C为控制爆破修正系数;a为衰减指数,一般爆破取1.0~2.0。

根据观测资料表明,水下钻孔爆破引起的地震衰减相对较慢,为简便计算,假定不考虑在水域中衰减,计算距离从岸边算起。最大分段药量可按下式计算:Q m ax=R3(v/k)3/a。其中,取v=3c m/s,k=200, a=1.7;当距离为80m时,Q max=315kg;当距离为120m时,Q max=1063kg。

2.5 安全措施

合理选取爆破参数和单位炸药消耗量,减小爆破振动和水中冲击波。采用多段微差起爆,减小爆破振动。装药时,每装2~3卷药包进行一次深度测量,防止卡药。装药时药孔上部预留20~40c m不装,防止产生大量飞石。按设计连接爆破网络,网络施工必须按操作规程进行,认真细致,不可马虎大意。严格检查起爆材料的质量,精心进行测定。水下爆破时,地面上人员撤离到爆破现场200m以外。在上、下游1500m处设立警戒,禁止人员在警戒线内游泳或潜水。

3 施工工艺

3.1 钻孔