四川混凝土重力坝土石方开挖爆破工程施工组织设计.docx
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四川混凝土重力坝土石方开挖爆破工程施工组织设计
大坝土石方开挖爆破施工组织设计
XX年XX月XX日
1、概况
1.1工程概况
XX水电站位于XX一级支流周公河中下游,地处XX市西南侧XX市XX区XX镇和周河乡境内。
坝址距XX市公路里程约168km,距下游XX市约23km,工程区左岸顺河有XX至望鱼乡的三级公路通过。
XX水电站大坝为混凝土重力坝,坝顶高程706.5m,最大坝高45m,坝顶宽5m,坝顶长169.4m,水库正常蓄水位703m,总库容0.0286亿m3,总装机容量56MW。
1.2工程地质条件
工程区位于川西平原西部边缘山区,地处峨眉山与龙门山接壤地带,岩石软硬相间,在风化等地质营力作用下,易形成单面山、条状山脊及陡崖地形。
坝址区出露地层为砂页岩,多属软岩类,坝址所处河段河谷较宽阔,岩体风化强烈,岸坡松散堆积物广布。
河床砂卵砾石层厚2~4m,下伏为J2S泥岩夹砂岩,强风化岩体厚2~5m,其表层松散堆积物有强风化岩体,结构松散,承载力低。
左坝肩为残坡积崩塌堆积体分布区,靠坝肩一带物质成分以粘土夹碎石为主,后缘部分夹砂岩大块石,在ZK5号钻孔附近有地下水溢出,说明该堆积体内地下水位埋深浅。
由于堆积体底界面倾角小于15°(大部分底界面倾角小于10°),不致沿底界面产生整体滑移,天然状态下,整体处于稳定状态,前缘局部地形坡度较陡部位可能产生小范围的蠕滑变形。
右坝肩以顺向岩质边坡为主,自然边坡稳定性较好,坝肩开挖应尽量以不切岩层倾角为宜,并及时进行支护处理。
坝肩及引水隧洞进水口开挖对该堆积体都存在一定影响,引水隧洞进口开挖将对该堆积体产生向外的滑移,对施工期及运行期引水隧洞进口造成一定影响,建议坝肩及引水隧洞开挖前进行边坡稳定验算,并采取相应的处理措施。
1.4施工条件
XX电站枢纽工程位于XX市XX镇境内,对外交通比较方便,坝址距上游XX23km,
爆破区域离最近的居民建筑物距离为100米,大部分爆破点离居民建筑物都较远,只要爆破施工时注意控制好爆破的单响起爆药量,是可以将爆破震动危害控制在国家标准以内,对周围建筑物不会造成影响。
施工用电则就近从业主指定的主降压变电站输出端接至各用电点。
2、爆破技术设计
2.1爆破方案设计原则
采取光面(预裂)等控制爆破技术,确保边坡稳定性及建基面岩石的完整性,尽量减少爆破对基岩的扰动。
岩石爆破开挖速度应满足工程进度的需要。
不因爆破震裂边坡及坝基基础,使大坝和基础的防渗能力遭到破坏。
保证爆后开挖轮廊线与设计开挖线基本吻合。
尽量减少捡底小炮和人工清挖量,加快工期。
爆破飞石距离:
S≤300m。
爆破地震波:
距爆源中心60m处,爆破震动速度V≤2.0cm/s;
爆破噪声:
距爆源中心60m处,噪音不超过80dB;
空气冲击波:
以不损坏周围建筑物为限。
2.2设计依据
中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》(GB6722—2003)。
《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SL47—94)。
建设单位技术资料。
2.3总体方案选择
综合考虑各种因素,采用如下方案爆破:
边坡:
钻孔直径不得大于110mm;在岩石边坡部位不宜采用药室、集中药包爆破法。
边坡开挖爆破除应满足一般石方开挖爆破的基本要求外,还应做到既要保证最终边壁的完整,又要保证其长期稳定(地质条件满足要求的前提下)。
爆破的动力作用是影响边坡稳定的因素之一,因此,当接近最终边坡时,应采取最有效的控制爆破技术,减少爆破的振动效应和后拉破裂作用。
过去通常是预留保护层,然后采用浅孔爆破开挖该保护层,这种方法施工进度较慢,工期较长,清基任务大,质量也不理想。
因此对于边坡开挖采用控制爆破技术。
采用中小孔径浅孔台阶有序微差爆破、缓冲爆破、预裂爆破边坡开挖爆破的方式,有序微差爆破主要在于控制爆破的振动影响和对基础岩石的破坏,预裂爆破控制最终边坡的齐整度,缓冲爆破是主爆区与预裂之间的一种爆破,它由一排或二排炮孔组成,目的在于防止主爆区炮孔爆破对预裂壁面造成损坏。
因此边坡采用台阶爆破及辅助预裂爆破相结合的方式,自上而下分层开挖。
在开挖过程中,注意边坡开挖后的卸荷裂隙。
为保证边坡质量,必须采用预裂爆破技术。
坝基底部紧邻水平建基面爆破开挖方案
本工程计划采用“预留保护层,保护层进行一次爆破”方法进行,预留保护层厚度为2m,据岩石情况,一般采用孔底加柔性垫层的保护层一次爆破方法,在遇局部岩层完整性差的情况下,应采用水平光面爆破。
为保证建基面岩石的完整性,开挖保护层时,采用斜向钻孔,小孔径起爆爆破,若岩石比较破碎时,最后尚需用撬挖的办法,达到建基面设计高程。
保护一次爆破的主要技术措施为:
多排小梯段爆破。
由于有良好的临空面,破碎效果好,使爆炸能量主要沿临空面方向破碎岩石、抛掷岩块,相应减小了底部及侧向岩体的爆炸荷载。
用小直径乳化药卷。
可使装药沿孔深分散,不偶合系数加大,炸药单耗降低。
在药包底部加柔性垫层。
垫层段可以缓冲炸药爆炸产生的冲击波和高温、高压气体对水平建基面的岩体的作用。
柔性材料可用锯末、旧棉絮、发泡材料等做成,空气也能起到缓冲作用。
如果炮孔内有水,柔性材料被水浸泡,或空气垫层段被水填充,垫层则起不到应用的缓冲作用。
因此,要求将炮孔内的水清除。
垫层段长度由爆破试验确定。
垫层段范围内的岩体被爆破震松,易清除。
采用孔间微差爆破网络。
与常规的爆破相比,孔间微差爆破的部分炮孔是三个临空面条件下起爆的,大大改善了侧向约束条件,从而增加了破碎程度,减少了药量。
如果先爆孔和后爆孔的起爆时差选择合适,后爆孔较大运动速度的岩块将会撞击先爆的较慢速度的岩块,使爆破效果得到较大改善,且保护层开挖均属多排爆破,有效地控制了单段药量,降低了振动破坏效应。
既控制了爆破对底部岩体的影响,也有效地解决了大面积爆破开挖梯段排数过多、破碎效果差、后排底根高的问题。
用国内已经成熟的宽孔距小抵抗线爆破,可将炸药爆炸能量尽可能用来破碎岩石,从而改善岩石爆破破碎效果,减轻爆破对基岩的破坏作用,且有利于降低单耗。
采用不藕合装药结构,增大不藕合系数,可削减爆轰波对岩石的冲击压力峰值,减小破裂区范围,减弱爆破对基岩的破坏作用。
提高钻孔精度。
在水平方向和垂直方向提高钻孔精度,有利于保证建基面以下岩体的完整和平整度,从而改善爆后基岩的质量。
2.4爆破参数设计
2.4.1最大允许单响药量的设计
1、爆破规模确定:
采用公式:
V=K(Q1/3/R)a计算。
式中:
Q----单响药包重量,kg;
R----控制点距爆源中心的距离,m;
K,a----与爆破点地质有关的系数;
V----控制点的地质震动速度,cm/s。
2、安全判据。
根据设计原则,依照《爆破安全规程》(GB6722—2003)相关内容,一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物爆破振动安全允许标准,以及新浇大体积处凝3天爆破振动安全允许标准,取最高标准V≤2.0cm/s。
3、最大允许单响药量计算。
根据控爆岩地质条件,参照相关资料,取:
K=248a=1.76
代入上式,计算出最大允许单响药包如表1:
最大允许单响药量表表1
距离R(m)
10
20
50
70
100
150
200
单响药量Q(kg)
0.27
1.6
25.03
68.07
200.2
675.68
1601.6
2.4.2边坡爆破参数设计
1、预裂爆破参数
炮孔按设计开挖边坡坡度顺坡度钻孔,其各项爆破参数根据实际情况和以往经验选取如下:
⑴炮孔直径:
115mm;
⑵预裂孔与缓冲孔的间距:
1.5m~2.0;
⑶台阶高度H:
据开挖断面的不同情况和要求,在台阶高度不大于20米的情况下,取设计台阶高度H;
⑷炮孔深度L:
L=H/sina米;
⑸孔距a:
取a=0.8m;
⑹药卷直径:
¢25~¢35mm;
⑺线装药密度:
250~300g/m;
⑻装药不偶合系数:
15.0
⑼炮孔堵塞长度L:
L=1.0~1.2m;
注:
以上参数,均应根据现场实际情况在一定范围内进行调整,但不得违反参数选取的原则。
实际参数及装药时一定要综合考虑各种因素,必要时可做试验以确定单耗。
2、缓冲孔爆破参数设计
缓冲炮孔布置在预裂炮孔之前1.0m处,布置1~2排。
炮孔直径为115mm,垂直钻孔,缓冲炮孔采用松动爆破,具体爆破参数如下:
⑴炮孔直径:
115mm;
⑵主炮孔与缓冲孔的间距:
L=2.0~2.5m;
⑶台阶高度H:
据不同情况和要求取H=3.0~6.0m;
⑷炮孔深度L:
L=(3.0~6.0)/sina米;
⑸孔距a:
取a=2.5~3.5m;
⑹药卷直径:
¢35mm;
⑺装药方式:
连续装药;
⑻炮孔堵塞长度L:
L=1.3~1.5m;
⑼炸药单位耗药量:
0.30~0.40kg/m3,
2.4.3常规梯段爆破参数设计
常规梯段爆破是指保护层以上石方,其中岸坡石方开挖采用梯段浅眼小台阶爆破法施工,边坡开挖时可不布置掏槽孔,河槽石方开挖由于没有临空面,采用设有掏槽爆破区的梯段台阶爆破法施工,掏槽爆破孔布置为倾斜孔,即斜眼掏槽,深度2.5m,二排炮孔,第一排炮孔最大倾角45°,第二排炮孔最大倾角60°;表面孔距2m,表面排距1.0m;爆破方式:
采用加强松动爆破,单排孔同时起爆;爆破钻孔采用岩石电钻钻孔。
炮孔直径为40mm,台阶高度2.0m~2.5米。
主炮孔采用大孔距密排距的加强松动爆破技术;垂直钻孔,爆破参数根据经验选择如下:
⑴炮孔直径:
40mm;
⑵炮孔深度L:
据不同情况和要求取L=2.2~2.8m;在开挖过程中,根据实际情况进行调整。
⑶排距b:
取b=1.3~1.8m;
⑷孔距a:
取a=2.0~2.5m;
⑸药卷直径:
¢35mm;
⑹装药方式:
连续装药;
⑺炮孔堵塞长度L:
L=1.4~1.5m;
⑻炸药单耗:
q=0.4~0.45kg/m3;
⑼单孔装药量:
2.0~4.5kg;
2.4.4保护层开挖爆破参数设计
1、爆破对基岩破坏深度的计算
⑴使岩石不产生裂缝的半径(深度)计算:
R抗拉={(1-2β2)P0R0a1/[σt]}1/2a
式中:
R抗拉——岩石不产生裂缝的保护层厚度;
[σt]——岩石的允许抗拉强度。
⑵使岩石不被压碎的半径(深度)计算:
R抗拉={P0R0a2/[σt]}1/2a
式中:
R抗拉——岩石不被压碎的保护层厚度;
[σt]——岩石的允许抗拉强度。
根据待爆岩石实际情况,使用二号岩石乳化炸药,其中
ρw=1100kg/m3、D=5000m/s、Qw=4.18×106J/kg。
R0/R1=2,可求得:
P0=3.2×108N/m2,据相关资料,
岩石的[σr]=50N/mm2、[σt]=[σr]/10、μ=0.3、R0=32mm。
经计算得:
β={1-2μ/2(1-μ)}1/2=0.534
a1=2-μ/1-μ=1.57
a2=2+μ/μ
R抗拉={(1-2β2)P0R0a1/[σt]}1/2a=26.4cm
R抗拉={P0R0a2/[σt]}1/2a=6.8cm
经计算,保护层的破坏深度为药卷直径的8.25倍,即基岩离炮孔底部深度大于8.25倍药卷直径时,由应力波产生的切向拉应力小于岩石的动态抗拉强度极限。
根据待爆岩石的地质情况,取保护层的破坏深度为药卷直径的9~10倍作为设计参考依据,即40mm的炮孔直径破坏深度为36~40cm。
2、保护层开挖参数
炮孔直径42mm。
采用密孔、少药量、且炮孔底部加柔性垫层法施工。
预留10cm的撬挖层;柔性垫层长度:
10~20cm,通过爆破试验确定;单位炸药耗药量:
0.3kg/m3;采用减弱松动爆破;在保护层开挖前先进行爆破试验以取得爆破参数后再进行开挖。
同时严格控制钻孔深度,避免钻入建基面。
对于岩石边坡预裂爆破,施工前应先进行爆破试验以选用合理的爆破参数,爆后相邻两炮孔间岩面的不平整度要求不大于15cm,孔壁表层不产生明显的爆破裂隙,炮孔痕迹保存率控制在规范SL47-94第3.4.1条的规定范围内。
具体保护层开挖爆破参数如下:
⑴炮孔直径:
40mm;
⑵布孔方式:
梅花型倾斜布孔;
⑶最小抵抗线W:
W=0.6m;
⑷炮孔深度L:
L=1.3~1.5m;
⑸排距b:
b=0.9~1.1m;
⑹孔距a:
a=1.0~1.3m;
⑺药卷直径:
¢35mm;
⑻单孔装药量:
Q=kabL,暂取K=0.3kg/m3,则单孔装药量为:
0.40~0.80kg,根据实际情况,进行装药量调整,调整参数应遵循参数的设计原则,以保证开挖质量和安全为准。
⑼炮孔堵塞长度L:
L=0.5~0.6m;
⑽距设计建基面0.2~0.35m的岩石,用风镐或人工撬挖。
2.5爆破网络设计
爆破网络采用非电毫秒微差起爆网络,起爆顺序:
预裂炮孔起爆→掏槽爆破区起爆→主爆区逐排起爆→减弱爆破炮孔起爆,预裂孔用导爆索起爆,捆绑时用竹片支撑,用3段毫秒导爆管雷管分区起爆,根据临空面确定主爆孔的第一排起爆位置。
原则是“孔内高段,孔外低段,孔内延时,孔外接力”的网络。
(见网络图)
2.6施工工艺
1、布孔:
由专业技术人员根据本设计方案的孔网参数进行布孔。
2、钻孔:
采用液压钻机CM351、7655型手风钻和2.5KW岩石电钻按布孔位置方向、深度进行钻孔。
3、验孔:
由专业技术人员用炮杆逐孔检查孔距、孔向及孔深,若不合要求应及时修正。
4、装药:
按设计方案参数计算所得的各孔装药量计算表(另备),逐孔填装,严禁漏装、多装。
5、堵塞:
选用半干黄粘土,用炮杆逐孔捣实。
6、联网:
由专业技术人员联网,并由另两人分别复查。
7、警戒:
根据现场情况,划出警戒线(距离300米)范围,起爆时,所有无关人员均应撤至警戒线外。
各警戒点均由安全警戒人员把守。
8、起爆:
由指挥长发布起爆信号。
9、爆后检查:
由爆破员进入爆区,检查是否有安全隐患,并及时制定处理措施。
2.7工作程序图
3、安全保证措施
建立安全生产责任制和安全生产管理机构,确定每位工作人员的安全职责和工作内容,落实责任,把安全目标分解落实到人;
建立安全培训教育制度,加强对施工人员的安全教育,定期学习安全生产法律、法规和各项安全管理制度,提高职工安全意识,并加强安全生产操作技能培训,做到人人讲安全,时时讲安全;
制定各施工环节的具体安全操作规范,从制度上和本质安全上改善安全生产条件;
贯彻执行国家的有关安全生产、劳动保护的政策,严格执行《爆破安全规程》,遵守《无职工因工死亡事故、中华人民共和国民用爆破物品管理条例》的规定。
加强安全检查力度,建立安全检查制度和安全奖惩制度
施工期间,应在临时便道和施工区边缘设置防护栏和警戒标志,严禁无关人员和车辆进入爆破作业区。
进入爆破作业现场的人员严禁携带引火物、电池、易燃易爆品、带电体等物品,爆破作业现场严禁吸烟。
每班施工前,各岗位应认真检查本岗位的设备、工用具及材料等是否完好、合格,发现事故隐患,不得施工,应立即上报项目负责人,待排除故障检查后,方准施工。
遇雷雨、闪电、大雾等恶劣天气时,禁止进行爆破作业,照明不足的黄昏和夜晚不准进入爆破作业。
每次爆破应有记录,如遇盲炮等不安全因素,应由工程技术人员制定处理措施。
设计施工实行动态管理,根据每次爆破效果,及时调整设计参数和施工工艺,对不同的岩层,使用不同的参数和装药量。
爆破器材的储存:
XX电站临时爆破器材库购买的爆破器材,当施工需要爆破器材时,可集中一次运送当日所需爆破器材,对当日未使用完的爆破器材必须清退回爆破器材库,爆破器材库派专人看守,并对库房的爆破器材认真如实记录;领取时必须由爆破员亲自领取,并登记后方可离库。
火工品的运输:
①、炸药与雷管应分别放在两个专用背包或木箱内;禁止装在衣袋内;
②、领到爆破器材后应直接送到爆破点,禁止乱丢乱放;
③、一人一次限运送起爆器材10公斤,炸药一件。
装药原则及注意事项:
①、装药时,装药工必须采用不发生火花的炮棍装填爆破物品,按设计装药量装填后必须进行堵塞,保证堵孔长度和填塞质量。
装药完成后再从远离起爆端开始实施爆破警戒,警戒人员都应有口哨和小红旗,能放出声响和视觉信号。
当警戒完成后,由现场负责人发出起爆指令,起爆员起爆。
所有施工人员均应戴安全帽。
②、装药时防止药包与雷管脱离而拒爆,装入起爆药包后,严禁强力捣压起爆药包;
③、装药时密度要适中。
连续装药进不能有间断;间隔装药时分隔药包中要放好起爆药包;
④、有水孔时,要做好药包的防水处理或采用抗水炸药。
盲炮处理原则及注意事项:
①、处理盲炮时,无关人员不准在场;并在警戒区边界设置警戒岗哨,禁止闲杂人员进入;
②、禁止拉出或掏出起爆药包;
③、处理盲炮时必须按《爆破安全规程》中有关操作细节进行处理;
④、盲炮处理完毕后,收集残余爆破器材并作好记录;
⑤、盲炮应当班处理,若不便当班处理应留人值守。
4、安全评估及防范措施
4.1爆破公害及安全评估
序号
项目
指标
设计值
直观感觉
1
飞石
m
Smax=300
不影响人、物的安全
2
噪声
dB
65~80
50米外小于鞭炮声
3
地震波
cm/s
2
60米外无强烈震感
4
灰尘
有风时约1.5分钟散尽,无风时约3分钟散尽
5
各工种作业管制
min
20
有效警戒时间
4.2安全防范措施
1、起爆时间:
爆破作业前,发出安全告示,通知爆破时间及有关注意事项。
根据工程进度和作业面的情况,大致确定爆破时间分为2个时段,原则上避开各工种上班高峰期,第一个时段为中午12:
00—1:
30;第二个时段为下午6:
00—7:
30;(能见度允许的条件下实施)。
在施工过程中,因施工进度和安全需要,可适当的调整起爆时间。
2、人员疏散与警戒:
起爆时,警戒范围内的人员、机械均须疏散,警戒范围为距爆区300内的区域。
统一警戒和起爆信号。
确认达到起爆条件后,方可起爆。
4.4安全警戒方案
1、爆破前成立爆破指挥部,由指挥长负责指挥各项爆破事宜。
2、确定安全警戒范围,设立警戒点。
(距爆区300m范围为警戒区域)
3、爆破作业区域内严禁无关人员进入。
4、严格按设计方案施工,严禁违章操作和擅自更改方案。
5、爆破时必须同时发出声响(警报或哨音)和视觉信号(小红旗),使危险区内的人员都能清楚地听到和看到。
第一次信号——预告信号,所有与爆破无关人员应立即撤离到危险区以外,或撤至指定的安全地点,在危险区入口处应设立岗哨。
第二次信号——起爆信号,确认人员和设备安全撤离危险区,具备安全起爆条件时,方准发出起爆信号。
根据起爆信号,准许起爆。
第三次信号——解除警戒信号。
经检查人员检查,确认安全后,方准发出解除警戒信号,在未发出解除警戒信号之前,负责警戒的人员应守岗位,除爆破指挥长批准的检查人员外,不准任何人进入危险区内。
6、起爆:
指挥长检查起爆前的各项工作,并确定符合要求后,方准下达起爆指令。
7、其它未尽事宜,严格按照《GB6722—2003中华人民共和国标准爆破安全操作规程》中有关详细规定执行。
5、施工进度计划安排
根据目前施工情况及进度计划安排如下:
(1)XX年6月中旬~XX年11月中旬,进行左岸坝区爆破开挖施工。
(2)XX年6月下旬~XX年2月下旬,进行右岸坝区爆破开挖施工。
6、爆破设备及人员配置
爆破设备配置如下:
序号
机具名称
型号规格
数量
备注
1
空气压缩机
3.0m3
3台
供风
2
潜孔钻
CM351
1台
钻孔
3
手持式风钻
7655D
10台
钻孔
4
岩石电钻
2.5Kw
20台
钻孔
人员配备如下:
布孔
后勤
钻孔
装药及堵塞
网络连接
技术
警戒
2人
2人
20人
10人
2人
1人
5人
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