某部储油罐基础开挖爆破设计

王开志， 杨旭升， 梁秋祥

(北部战区陆军第二工程科研设计所， 沈阳 110162)



某部储油罐基础开挖爆破设计

王开志， 杨旭升， 梁秋祥

(北部战区陆军第二工程科研设计所， 沈阳 110162)

在某部综合仓库库区内预建7座半地下储油罐，需开挖直径35m，最大深度16m的储油罐基础，因地质条件相对复杂，现场岩石多为碎石土和花岗岩组成，具有强风化、节理发育和含水量大等特点，采用爆破法进行储油罐基础开挖，制定了露天深孔松动爆破和预裂爆破相结合的总体爆破方案。根据现场环境，局部爆区采用逐孔起爆与多孔齐爆相结合的方式，优化布孔方式和炮孔参数；设计了一次起爆，预裂孔先爆，主爆区延迟75ms后爆的起爆网路。成功实施了爆破开挖工程，达到了预期效果，保证了工程质量，可为同类爆破工程提供参考。

储油罐； 基础开挖； 爆破设计

1　工程概况

某部综合仓库场区拟建7座相同规模的覆土油罐，内径25m，外径27m，高约12m，单个储罐容积5 000m3，钢结构，拟采用浅基础。罐底设计标高分别为：1号罐251.00m，2号、3号罐250.00m，4号罐247.00m，5号、6号、7号罐247.00m。爆破作业区高程3.20 ～16.00m之间。需要为在建储油罐开挖直径35m的基础进行土石方爆破。

1.1工程地质

该爆破工程地点周围均为山体，爆破环境较好。据现场鉴别、原位测试及土质分析，现场岩石主要以碎石土和花岗混合岩组成。

碎石土：主要由残积风化碎石组成，含粘性土及砂土，局部夹粘性土薄层及风化孤石。层厚1.50 ～5.70m，分布连续，层底埋深1.30 ～5.70m，层底标高245.02 ～266.25m。

花岗混合岩1：强风化、节理裂隙发育，岩芯基本质量等级为Ⅳ级。层厚1.00 ～9.60m,分布连续，层顶埋深0.00 ～5.70m，层顶标高245.02 ～273.02m。

花岗混合岩2：中风化、节理裂隙较发育，裂隙间可见少量次生风化物，岩体基本质量等级为Ⅳ级。层厚6.70 ～20.60m，分布连续，层顶埋深2.80 ～12.80m，层顶标高237.52 ～269.22m。

花岗混合岩3：微风化、节理很少，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。最大层厚19.50m，分布连续，层顶埋深10.30 ～28.00m，层顶标高231.61 ～262.52m。

1.2工程要求

(1) 确保工期。采取先进的爆破方法、合理的施工工艺及强有力的技术措施，保证爆破在要求的时间内完成。

(2) 确保安全。保证附近设施以及周围人员的绝对安全。

(3) 确保质量。按照要求爆破到位，工程质量达到优良标准。

2　爆破技术方案

2.1爆破总体方案

根据工程地质情况和爆破工程特点，主体采用露天深孔松动爆破，周边采用预裂爆破方案。布孔形式见图1。选用直径D为115mm钻机，主爆区采用三角形布孔形式，每个炮孔用两个起爆体，起爆体由150g2#岩石硝铵炸药和一个导爆管雷管组成，炸药选用硝铵乳化粉状炸药。

2.2爆破参数〔1-2〕

台阶高度H：4 ～16 m；底盘抵抗线W1：(25 ～45)D，取3 m；填塞长度l2：取l2=1.1W1=3.3 m，为确保安全，l2选3.5 m；超深h：取1 m；装药长度l1：(4 ～16)+1-3.5=1.5 ～13.5 m；孔距a；

图1　主爆孔、预裂孔布置Fig.1　Main blasthole and pre-splitting hole layout

a=mW1，取4 m；排距b：b=0.86a，取3.5 m。单孔装药量Q：按Q=q线l1计算，式中：Q为单孔药量，kg；q线为炸药线密度，kg/m，取10 kg/m；l1为装药长度，m。Q=q线l1=10×(1.5 ～13.5)=15 ～135 kg。钻孔数量估算：n≈πR2/(a×b) ≈129个；钻孔总延米估算：L总≈n×L平均≈1 341.6m；主爆区药量估算：Q总≈L药×q线≈8 901 kg。

根据地形情况，钻孔深度在4.4 ～ 16.4m，地面标高在250.00m以上的设计孔底标高为244.60m，地面标高在250.00m以下的，设计孔底标高为245.10m。

布孔形式为三角形〔3〕，同排孔孔深相同，B排孔为最浅孔，孔深为4.4m，C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P排孔的孔深，按照1m的增量依次递增，P排孔最深，为16.4m，具体孔深根据地形变化进行微调。单孔药量、孔深及填塞长度见表1。

表1　炮孔、药量及填塞数据

主爆孔装药结构见图2。

图2　主爆孔装药结构Fig.2　Structure of main blasthole charge

2.3预裂爆破设计

根据边坡需要较完整的要求，拟采用预裂爆破，因预裂孔不在同一高度，预裂效果可能不理想。

预裂爆破的参数选择：孔距a预=(8 ～12)D，本工程D为115 mm，a预取1 m；钻孔数量：n预裂=2πR/a预=110；孔深l：4 ～17 m；钻孔总延米：l预=n预裂×l平均=1 155 m；

装药线密度q线：

(1)长江科学院计算式：

q线=0.034(σ压)0.63d0.67；

(2)葛洲坝工程局计算式：

q线=0.367(σ压)0.5d0.36；

(3)武汉水利电力学院计算式：

q线=0.127(σ压)0.5a0.84(d/2)0.24；

式中：q线为炮孔的线装药密度，kg/m；σ压为岩石的极限抗压强度，MPa，花岗岩为80 ～200 MPa，取150 MPa；a为炮孔间距，m，为1 m；d为炮孔直径，为115 mm。

三种公式的计算结果分别为：0.187kg/m、2.06kg/m和0.784kg/m，计算结果差异较大，结合东江水电站爆破工程实例，该工程岩石为花岗岩，孔深为9.4m，孔径为110mm，孔距为1m，填塞长度为1m，装药线密度为0.766kg/m，使用2#岩石硝铵炸药。根据上述分析，预裂爆破装药线密度q线取0.75 kg/m，实际的装药线密度由现场试爆结果确定。

填塞长度确定为1 m；预裂爆破单孔装药量Q1预=q线l2=2.25 ～12 kg；预裂爆破总药量Q总=q线l总=783.75 kg,预裂孔装药结构见图3。

图3　预裂孔装药结构Fig.3　Structure of the pre-split hole

3　起爆网路设计

采用导爆管起爆网路。每个油罐基础一次起爆，预裂炮孔先爆，主爆区后爆，延时时间为75ms。

预裂炮孔共110个，分3组，每组孔数小于40个，组内采用簇联方式，用两发瞬发导爆管雷管起爆〔4〕，起爆药量783.75kg。

主爆区选用排间顺序起爆方式，即采用同排齐爆、排间延时的逐排起爆方式〔1〕，B排最先起爆，依次是C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P，排间间隔为50ms。根据爆区周围环境，1#、2#、3#爆区距离消防亭较近，采用逐孔起爆与多孔齐爆结合的方案，根据与建筑物的距离控制一次齐爆药量，见表2。主爆区起爆网路见图4。

表2　爆区与建筑物距离及允许一次齐爆的最大药量

注：“距离”为“爆区与建筑物距离”。

图4　主爆区起爆网路Fig.4　The firing network of main blasting zone

主爆区孔内均使用MS12段(550ms)导爆管雷管，孔外使用两发MS3段导爆管雷管实现排间延时，爆破持续时间1.225s，一次最大齐爆药量为1 000kg。一次起爆最大药量为9 336kg。爆破时序如图5所示。

4　爆破安全计算与校核

根据工程特点，在爆破工程产生的爆破地震、个别飞石和爆炸冲击波等危害中，爆破地震是主要危害，因此，对一次齐爆药量的控制是十分必要的。

爆破振动安全距离计算：根据爆破区域周边环境，1号罐距爆区约90m有座消防亭，为砖混结构，根据爆破振动安全距离计算一次齐爆药量〔5〕。计算公式如下：

(1)

式中：Q为一次齐爆总药量，延时爆破时取最大一段药量，kg；R为爆源至被保护物的距离，m；v为介质质点振动速度，取2 cm/s；K、α为与爆破区域地质地形等因素有关的系数和衰减指数，本工程为混合花岗岩，K=150，α=1.5。

图5　爆破时序Fig.5　Blast timing sequence

根据公式(1)，可计算当被保护建筑物距离爆区90m时，允许一次齐爆药量Q为131.2kg；当最大一次齐爆药量为1 000kg，被保护建筑物与爆区的距离应大于178m。

计算结果表明，爆区与消防亭距离90 ～178m时，根据具体情况，按表2调整一次齐爆药量；爆区与消防亭距离大于178m时，可按设计药量和起爆网路进行爆破，即可满足爆破振动安全要求〔6〕。

5　爆破效果及分析

2015年5月16日，按设计方案进行了爆破作业。爆破后，主爆区岩石块度均匀(图6)，爆堆集中稳定，边坡牢固，危害效应控制良好，被保护建筑物和设备安全，达到了工程目的。

图6　爆破效果Fig.6　Blasting effect

6　结语

按照工程要求，成功地实施了7座相同规模的覆土油罐基础开挖爆破。根据开挖对象为碎石土和花岗混合岩的地质条件和现场环境，设计并实施了深孔松动爆破与预裂爆破结合的技术方案，取得了良好的爆破效果，保证了工程质量，确保了被保护对象的安全。本工程为同类爆破工程提供了成功经验和重要参考。

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

〔6〕 爆破安全规程GB6722-2014[S]. 北京：中国标准出版社，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

王开志(1962-)，男，高级工程师，研究方向为工程装备。E-mail: 2291106609@qq.com

TD235.37

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.016