книги из ГПНТБ / Эстеров, Я. Х. Буровзрывные работы на транспортном строительстве учебник

тральную незаряжаемую скважину большого диаметра для образова­ ния дополнительной обнаженной поверхности. В особо сложных условиях взрывание следует выполнять в два приема: вначале взры­ вать врубовые шпуры, а затем, после расчистки и подработки отбой­ ными молотками образовавшейся врубовой полости, взрывать осталь­ ные шпуры на всей площади забоя. Такая последователь­ ность значительно снижает темпы проходки, но зато позволяет при­ менить взрывной способ разработки породы в чрезвычайно неблаго­ приятных условиях, в которых применение обычного способа взрыв­ ных работ было бы невозможно.

В случаях когда толщина покрывающих пород над шелыгой свода тоннеля, сооружаемого под руслом реки или водоемом, составляет менее 10 м, применение взрывных работ запрещается.

Буровзрывныеработы при сооружении тоннелей кессонным спо­ собом могут быть применены только в том случае, когда в нижней части забоя залегают устойчивые породы, занимающие менее половины его поперечного сечения.

Расчет расположения и величин зарядов

Расчет величины зарядов при проходке под руслами рек и водо­ емами, как и при разработке замороженных пород, производят по фор­ муле’

где q — расчетный расход ВВ, определяемый по формуле (118)|или

(119), кг/м3;

h — глубина шпуров, м. .

Ориентировочно расчетный расход аммонита № 6ЖВ можно при­ нимать в пределах 0,25 — 0,6 кг на 1 м3 взрываемой породы.

Следует предварительно рассчитать радиус действия зарядов, в особенности контурных, с тем, чтобы влияние их не распространи-

.лось за пределы проектного контура.

В целях обеспечения безопасности работ величину зарядов необ­ ходимо проверять расчетом на сейсмическое действие.

При контрольных расчетах следует коэффициент а, зависящий от показателя действия взрыва п, принимать по табл. 35 в максимальном значении (при п ^ 0,5), а коэффициент kc, зависящий от свойств грунта, повышать вдвое для учета водонасыщенности грунта. Допусти­ мая величина шпурового заряда должна соответствовать радиусу сей­ смически опасной зоны, не превышающему толщину покрывающих пород.

При этом заряды следует рассчитывать на рыхление, а техника их выполнения должна быть аналогична описанной выше.

Шпуры необходимо располагать по концентрическим окружностям, причем врубовые шпуры—по окружности диаметром, равным (0,304- 4-0,35) D, где£>—диаметр выработки по внешнему проектному контуру обделки, отбойные—по окружности диаметром не более 0,6 D, а кон­ турные—по окружности диаметром (0,8 4- 0,9) D.

312

Глубина контурных шпуров /к не должна превышать ширины b кольца тюбинговой (блочной) обделки, а в слабых породах не должна

После взрыва шпуровых зарядов, инициируемых за один прием, следует тщательно осмотреть забой и при отсутствии повреждений крепи и ледогрунтовой стенки продолжить взрывание. Таким образом, в процессе взрывания образуется ступенчатый забой со значительным опережением врубовой части.

Техника выполнения взрывных работ и меры безопасности

Особое внимание буровзрывным работам необходимо уделять при пересечении выработкой контакта пород, обладающих различной крепостью и плотностью. Если такое пересечение приконтактной зоны выполнить при помощи отбойных молотков невозможно, то буровзрыв­ ной способ следует применить только для разработки породы в сред­ ней части забоя, сокращая до минимума размеры взрываемой площади.

При производстве буровзрывных работ в забоях тоннелей, соору­ жаемых под руслами рек и водоемами, рекомендуется периодически бурить ''опережающие и разведочные шпуры и скважины для уточ­ нения геологической и гидрогеологической обстановки и мощности покрывающих пород. Эти скважины можно использовать как врубовые полости для получения дополнительной обнаженной поверхности.

При кессонном способе взрывные работы в зоне сжатого воздуха выполняют только с применением электродетонаторов и мелких заря­ дов, рассчитанных на рыхление. Шпуры следует располагать таким образом, чтобы между взрываемой частью забоя и неустойчивыми по-

,родами сохранялась перекрывающая толща устойчивых пород. Если

вверхней части забоя или ниже подошвы выработки появятся плы­ вуны, взрывные работы следует прекратить.

Взрывчатые материалы следует транспортировать в зону сжатого воздуха после полной подготовки пробуренных шпуров к взрыву. Нельзя хранить ВМ в рабочей зоне.

По соображениям безопасности взрывные работы в зоне сжатого воздуха должны выполнять два взрывника. При переноске ВМ впе­ реди должен идти взрывник, несущий ВВ, за ним взрывник со сред­ ствами взрывания, а последним должен идти начальник смены. При шлюзовании взрывников, несущих ВВ и СВ, нахождение какого-либо в шлюзовой камере не допускается.

Заряжание шпуров взрывники производят в присутствии на­ чальника смены, после того как взрывник и начальник смены откроют служащие для проветривания забоя после взрыва сифонные трубы. Сифонные трубы необходимо держать открытыми до полного [провет­ ривания забоя после взрыва.

.г В рабочей зоне должен храниться неприкосновенный запас крепеж­ ных! материалов, а также самоспасатели, наличие которых следует проверять перед каждым взрывом.

3 1 3

Если работы в зоне сжатого воздуха ведутся без применения взрыв­ ного метода, то при встрече крупных валунов способ их разделки и удаления должен устанавливать главный инженер строительно­ монтажного управления.

§ 51. БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЕЙ

Общие сведения

При реконструкции тоннелей к стесненным условиям в подземных выработках прибавляются осложнения, связанные с ограничением времени, так как работы обычно необходимо производить с минималь­ ными задержками движения поездов. В условиях реконструкции мет­ рополитенов эти работы выполняют при наличии близко расположен­ ных эксплуатируемых линий.

Как правило, разработку породы до очертаний, соответствующих новым габаритам, и разборку старой бетонной обделки выполняют при помощи отбойных молотков без применения взрывных работ. Однако в отдельных случаях в особенно крепких породах применяют взрыв­ ной способ.

Работы по реконструкции тоннелей можно выполнять кружаль­ ным (внутренним) способом без перерыва.движения (в «окна»), внеш­ ним способом и с прекращением движения на все время рекон­ струкции.

К р у ж а л ь н ы й с п о с о б применяют при реконструкции тоннелей, сооруженных в очень крепких, устойчивых породах, без полного прекращения движения поездов (работа в «окна»). Взрыв­ ные работы, если они неизбежны, выполняют в следующем порядке.

Все работы по временному креплению выработки, бурению шпуров, подготовке оборудования к взрыву (отвод людей на безопасное рас­ стояние, укрытие их ит. п.) выполняют в течение смены и заканчива­ ют к моменту закрытия «окна». После пропуска последнего поезда пе­ ред началом «окна» к месту работ должны быть доставлены взрывча­ тые материалы. Как только поездной диспетчер даст разрешение на производство работ, сразу же начинают заряжание подготовленных заранее шпуров и производят взрыв. Таким образом, в распоряжении работающей смены после производства взрыва остается большая часть времени, в течение которого следует привести в порядок временную крепь, кружальное крепление, убирать породу, взорванную в начале смены, и подготовить тоннель для пропуска поездов.

Реконструкция тоннелей, выполняемая в н е ш н и м с п о с о б о м производства работ, заключается в разработке породы из подготови­ тельных выработок, которые находятся за пределами внешнего контура старой обделки, отделяющей рабочую зону от внутренней части тон­ неля, по которой продолжается движение поездов с некоторым огра­ ничением скорости. При этом выполнение рабочих операций по рекон­ струкции не связывают с прохождением поездов.

314

Расчет расположения и величин зарядов

При выполнении работ по реконструкции кружальным способом глубина шпуров ограничивается расстоянием между кружалами, принимаемым обычно равным 1 м. Величину зарядов определяют из расчета на рыхление по формуле (127). В целях обеспечения безопас­ ности взрывание следует производить электрическим или электроогневым способом с применением электрозажигательных трубок, обеспечи­ вающих получение интервалов практически любой продолжительности.

Величину зарядов рассчитывают по формуле, учитывающей объем взрываемой породы с удельным расходом, несколько превышающим заряд наибольшего камуфлета, т. е. при значении показателя дейст­ вия взрыва л = 0,2 -ь 0,3. Учитывая близость действующего.тоннеля, следует проверять рассчитанные заряды на сейсмическую безопасность по формуле (128).

Производство взрывных работ при реконструкции тоннелей внеш­ ним способом значительно упрощается, величины зарядов рассчитывают в обычном порядке по формуле (127) и проверяют их также на сейсми­ ческую безопасность по формуле (128).

Техника выполнения взрывных работ

имеры безопасности

Вособо сложных условиях производства взрывных работ при вы­ полнении реконструкции тоннеля кружальным способом необходимо применять взрывание по очередям, разделяя все шпуры на две, три группы или более. После взрыва очередной группы шпуров необхо­ димо осмотреть забой, и если была повреждена временная крепь, то до взрыва последующих зарядов необходимо исправить поврежденные элементы крепи или кружал.

При реконструкции тоннеля внешним способом для обеспечения сохранности старой обделки до возведения новой поверхности сопри­ косновения старой обделки с породой следует подрабатывать отбой­ ными молотками, а глубину шпуров и величину зарядов рассчитывают на рыхление породы.

При реконструкции тоннелей с полным прекращением движения

поездов взрывные работы можно производить с соблюдением общих требований безопасности, включая условия сохранности старой об­ делки до сооружения новой в пределах уширенного габарита.

§ 52. БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

Общие сведения

Тоннели метрополитена сооружают открытым способом в случаях мелкого заложения их, когда трасса метрополитена проходит в уело- ' виях небольшой застройки зданиями, а также при выходе тоннеля на поверхность.

315

В зависимости от инженерно-геологических условий тоннели со­ оружают в котлованах при помощи передвижной крепи (проходче­ ского перегонного щита КМ-6А), в котлованах с-откосами без крепле­ ния и в котлованах со свайным креплением, шпунтовым огражде­ нием или анкерным креплением стен котлована.

Обычно открытым способом тоннели сооружают в пределах «куль­ турного» слоя или в наносах, когда применение буровзрывных работ крайне ограничено. Однако возможны случаи, когда неизбежна раз­ работка пород взрывным методом.

Глубина котлованов или траншей при открытом способе не превы­ шает 15 м; производство взрывов в таких случаях не представляет особой сложности. Но возможно сооружение тоннелей в скальных породах осадочного происхождения, которые залегают с самой по­ верхности. В подобных условиях производство буровзрывных работ осложняется вследствие необходимости обеспечить рыхление скаль­ ной породы для ее дальнейшей разработки при условии сохранения временной крепи котлована или траншеи, а также обеспечения безо­ пасности людей, проживающих вблизи от места производства взрыв­ ных работ.

Методы взрывных работ, расчет и расположение зарядов

Эпизодические взрывы осуществляют при встрече отдельных валу­ нов или негабаритных глыб крепких пород. В таких случаях можно рекомендовать разделку их при помощи термитной смеси (см. § 47). Этот способ не представляет угрозы для жителей и городских построек любого характера.

Буровзрывной способ разделки негабаритов и валунов может быть осуществлен методом малых (микро-) зарядов, величина которых ко­ леблется в пределах от 20 до 50 г и определяется опытным путем в за­ висимости от объема взрываемого негабарита.

Число шпуров определяют расчетом, так, чтобы линия наимень­

Практикой разделки негабаритов установлены соотношения между объемом негабаритов, глубиной шпуров и величиной зарядов, указан­ ные в табл. 33.

316

поверхности, следует выпрлнять с обеспечением мер', предотвращаю­ щих возможное повреждение окружающих зданий и сооружений, и, в первую очередь, обеспечивающих безопасность людей.

Независимо от величины зарядов взрываемый участок следует надежно перекрывать защитными устройствами, предотвращающими возможный разлет осколков взорванной породы. С этой целью по­ верх взрываемых скважин или шпуров устраивают перекрытие из ме­ таллической сетки с ячейками 3 x 3 или 4 x 4 см, к концам которой подвязывают камни. Сетка может быть заменена сварной решеткой из проволоки-катанки сечением 5—8 мм или перекрытием из досок, укладываемых вразбежку. Главные требования к защитному пере­ крытию — свободный выход газов взрыва и гибкость его. Не следует устраивать сплошные перекрытия.

Для ограничения сейсмического действия взрыва рекомендуется по возможности применять взрыв скважинных зарядов, образующих Цредварительно сплошную щель, оконтуривающую взрываемый массив. Кроме того, необходимо мелкими взрывами шпуровых зарядов образо­ вать вторую обнаженную поверхность на всю глубину разрабатываемой выемки, чтобы создать условия для применения зарядов уменьшенной величины. При взрывании особое внимание следует уделять качест­ венному выполнению забойки, величина которой должна быть несколь­ ко больше длины линии наименьшего сопротивления, направляемой горизонтально. . ^

§ 53. СЕЙСМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВОВ ПРИ ПРОХОДКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК

Общие сведения

При взрыве за пределами сферы разрушения, размеры которой не превышают обычно 100 гсж (гйж — радиус сжатия), смеще'ние частиц грунта настолько не­ значительно, что деформация не выходит за пределы его упругости. Вследствие этого ударная волна взрыва превращается в сейсмическую, вызывающую лишь волновые колебания частиц грунта.

Под воздействием взрыва заряда в грунте образуются продольные волны (рис. 196, а), характеризующиеся' периодическим чередованием сжатия и разре-

,Рис. 196. Сейсмические волны взрыва:

а — продольные (сжатие и расширение); б — поперечные (сдвиг); в — поверхностные (волны Рэлея)

317

жения среды, сопровождаемым изменениями объема частиц. Эти волны обладают высокой скоростью; которая совпадает с направлением их распространения. Кроме продольных волн, при взрыве возникают поперечные волны сдвига (рис. 196, б), вызывающие изменения формы частиц грунта и смещение их в на­ правлении, перпендикулярном движению волны (без изменения объема).

В результате воздействия продольных и поперечных волн на поверхности земли образуются поверхностные волны Рэлея (рис. 196, в), быстро убывающие с глубиной. Под воздействием этих волн происходит изменение объема и формы частиц грунта.

Скорость продольной волны цпр превышает скорость поперечной эПопер:

%р = 1 >7 "г-1,8иПОперI

аскорость поверхностной волны цпов = 0,9 аПОпер-

Смещение частиц грунта под воздействием сейсмических волн находится

в функциональной зависимости от отношения у ^ , где Q—величина заряда, кг,.

a R — расстояние от центра заряда. Следовательно, в зависимости от веса заряда и расстояния, сейсмическое воздействие взрыва на искусственные соору­ жения может оказаться разрушающим.

Основными критериями сейсмического действия взрыва являются ампли­ туда А смещения сооружения (амплитуда колебаний) и период колебаний Т, или

частота колебаний пк — . При помощи их могут быть рассчитаны остальные

параметры сейсмических колебаний: ускорение а, сила F, с которой волна сдви­ гает сооружение, скоростью и кинетическая энергия Ек, передаваемая сооруже­ нию. Эти характеристики сейсмических волн взаимосвязаны следующими отно­ шениями:

а=4л2ПкА мм/с2;

наибольшие разрушения в горизонтальных выработках и сооруже­ ниях — в припортальной части их, а в вертикальных— на участках, расположенных близ устья сооружения. Кроме того, наибольшему разрушению подвержены участки подземных сооружений, находящие­ ся на контакте горных пород различной плотности и в местах резкого снижения рельефа поверхности, а также в местах изменения плотности тоннельной обделки.

Для определения безопасного расстояния гс в м по сейсмическому

318

где Кс — коэффициент, зависящий от свойства грунта в основании искусственного сооружения (табл. 34);

а — коэффициент, зависящий от показателя действия взрыва п

(табл. 35);

Q — величина заряда, кг.

Необходимо учитывать, что при размещении заряда в водонасы­ щенных грунтах или в воде значение коэффициента Кс требуется уве­ личивать в 1,5—2 раза.

Когда производится одновременное взрывание группы зарядов ВВ, то безопасное расстояние можно определять по формуле (128), если

расстояния от отдельных зарядов до охраняемого объекта различаются не более чем на 10%. При большей разнице безопасности расстояния следует определять по формуле

где QaKB — величина сосредоточенного заряда, эквивалентного по сейсмическому действию суммарной величине зарядов, кг.

Величину эквивалентного заряда в таких случаях определяют по формуле

«■-«■ №«■ (£)' +- +й (тгГ (Ш)

где Qg — величина некоторого сосредоточенного заряда, эквивалент­ ного по сейсмическому действию суммарной величине заря­ дов Qu Q2, ..., Qn, на действие которых выполняют расчет, кг;

г0 — расстояние от эквивалентного заряда до охраняемого объ­ екта:

/ Q i + V Q z + • • • + у Qn

319

Расчетами по формуле (129) можно пользоваться при расстояниях от места взрыва, в 100 раз превышающих диаметр заряда. При мень­ ших расстояниях величину максимально допустимого заряда опреде­ ляют экспериментально.

Если расстояние гс от охраняемого монолитного бетонного или же­ лезобетонного сооружения до места взрыва превышает 10 м, то для определения величины максимального заряда Qrnax в кг следует поль­ зоваться формулами:

при эпизодических взрывах

при систематически производимых взрывах

В случае применения для инициирования зарядов электродетона­ торов короткозамедленного действия, когда суммарная деличина за­ рядов, взрываемых с замедлениями не менее 20 мс, составляет не бо­ лее 2/3 сосредоточенного мгновенно взрываемого заряда, безопасного в сейсмическом отношении,’ для определения Qmax при гс > 100 ф, (где ds — диаметр заряда) рекомендуется пользоваться формулой

где пк — число групп электродетонаторов при короткозамедленном взрывании;

Кпр — коэффициент пропорциональности.

Вэтой формуле коэффициент /Спр принимают:

для монолитных бетонных и железобетонных сооружений — рав­ ным 15 (при эпизодических взрывах) и 90 (при систематически прово­ димых взрывах);

для кирпичных зданий —равным 1300 (при эпизодических взрывах) и 27 000 (при систематически проводимых взрывах).

При ведении взрывных работ в иных условиях необходимо при­ нимать меры, обеспечивающие снижение сейсмического воздействия взрывов на охраняемые объекты.

Снижение сейсмического действия взрывов на искусственные сооружения

Одним из радикальных способов снижения сейсмического воздей­ ствия взрывов на искусственные сооружения при проходке выработок большого сечения является применение скважин предварительного откола породы (предварительного щелеобразования). Сущность этого метода заключается в том, что в результате предварительного взрыва­ ния пробуренных по контуру выработок сближенных скважин с рас-

320