工程科技研发项目立项申请书（复杂环境下高陡边坡切薄壁石方安全控爆技术研究）.doc

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1、1XXXX 工程局有限公司科技研发项目立项申请书项 目 名 称 ：复杂环境下高陡边坡切薄壁石方安全控爆技术研究项 目 负 责 人 ： 申 请 经 费 ：66 万元 申 请 单 位 ：XXXX 工程有限公司 起 止 日 期 ： 2012.12-2014.6 2XXXX 工程局有限公司制一、国内外技术水平、现状及发展趋势（一）国内外技术水平及现状随着我国公路建设事业的迅猛发展，爆破作为土岩开挖的一种必要手段所面临的环境却越来越复杂。尤其是在人口密集、建筑物林立的城镇地区修建公路时，如何实现岩石路堑的安全高效爆破开挖一直是一个十分显著且亟待解决的问题。近些年来，国内外的爆破器材和爆破技术有了显著提高

2、，为解决这一爆破施工难题提供了良好的条件，主要体现在以下几个方面。1、爆破器材（1）凿岩机械自动化水平显著提高在凿岩工具由手工作业向机械化操作演化进程中，大抵经历百余年的变迁，自十九世纪初首先出现以蒸汽为动力的凿岩机开始，凿岩3机具在长期实践中结构有了突破性的变革，而且在动力系统上实现了三步大的飞跃，即由蒸汽、压气到液力驱动。时至今日，大型岩土工程全部实现了机械化凿岩，以风动和液压为驱动力的凿岩机，其性能、使用条件和应用范围均有各自的优越性，在不同的施工现场各领风骚，冲击式凿岩机、牙轮钻机、旋转钻机和金刚石钻机各显其能，尤其在钻凿深孔方面，更显示了巨大的优越性。（2）炸药雷管不断推陈出新我国从

3、20世纪70年代后期开始研制乳化炸药，目前不仅拥有了岩石型、煤矿许用型乳化炸药，还推广应用了有连续化、自动化生产工艺技术、设备，甚至独创了国外没有的粉状乳化炸药。与此同时，我国还自行研制、生产了塑料导爆管及其配套的非电毫秒雷管，并在工程爆破作业中获得了广泛的应用。低能导爆索（3.0g/m、1.5g/m） 、高能导爆索（34 g/m 及其以上） 、普通导爆索和安全导爆索已形成了配套的系列产品。尤其是近几年来，我国新研制了数码电子雷管，数码电子雷管是一种根据实际需要可任意设定延期时间并精确实现发火延期的新型电能起爆器材，具有使用安全可靠、延期时间精确度高、设定灵活等特点。目前我国的北方邦杰、京煤化

4、工、九联集团、213所等单位均推出了各自的电子雷管产品，并已在爆破工程中获得初步应用。可以说数码电子雷管为推进我国爆破器材行业的技术进步和促进工程爆破行业的技术进步提供了有效的装备和手段。（3）监测设备不断改进完善4随着电子技术的发展，近年出现了大量数码高清照相机、摄像机。利用它们可进行多方面的爆破测试，主要包括炸药、导爆管、导爆索等爆破器材的爆轰过程观测,爆破破坏过程、爆破鼓包运动、建筑物倒塌过程等爆破实验或现场爆破观测,以及爆破作用的其他方面观测。目前，爆破振动监测设备也有了长足的进步，不但可以现场监测，而且实现了远程传输，即由无线网络测振仪、高精度速度传感器、专用数据服务器组成的测试系统

5、搭载手机网络和因特网，可在任何有手机网络（3G 或 GPRS）的地方实现无线上网（Inter 网） ，并能瞬间将系统采到的爆破振动数据与波形（甚至现场视频画面）传到互联网上专用的大型服务器内，用户可在全球任何地方经互联网登录到服务器并立即看到数据、波形及现场图像。利用这些先进的测试设备，可将现场测试的爆破数据及时反馈给爆破技术人员，以利于爆破技术人员对下次爆破参数做出及时调整，实现爆破信息化施工。2、爆破技术（1）复杂环境下深孔爆破技术在人口密集、紧邻建（构）筑物的复杂环境下实施爆破时，传统上一般采用小药量、弱爆破的浅孔爆破形式。但采用浅孔爆破技术开挖大方量的石方，施工进度慢，效率极低，已不能

6、满足现代公路建设进度的要求，且施工成本高，因此，必须寻找新的石方爆破技术，在保证周边环境施工安全的前提下，提高爆破效率，降低施工成本。近几年来，我们曾在紧邻既有铁路、电视台、火车站、繁华闹市5区等复杂环境下开展深孔控制爆破技术研究，既保证了施工安全，又加快了施工进度。诸如在重庆北站距离既有铁路线仅5m 的复杂环境下采用深孔爆破技术，仅用两月时间成功爆破硬质砂岩8万 m3，该工程原定采用静态破碎和机械联合开挖施工，采用深孔爆破技术比原方案节省费用1680 万元，节省工期10 个月。在深圳安托山整治工程中，有相当一部分山体紧靠建（构）筑物，且高于建（构）筑物，相对高度达到3092m，距岩石高边坡坡

7、脚1545m 处有二排正在使用的8个 LNG 储气罐（储放液化天然气） ，总储量达1200 m3；同时还有相应的配套管线和办公楼、宿舍楼、车间和料库等建筑物顺山脚而建，与山脚的距离大都不足20m，爆破环境十分复杂。在该工程中采用了深孔控制爆破技术，配以合理防护措施的开挖方法进行施工，既保证了邻近建（构）筑物的安全，又加快了施工进度、降低了施工成本。此外，在济南电视台，广东浮法玻璃厂近区等复杂环境下均采用深孔控制爆破技术，获得了良好的爆破效果。重庆北站爆破环境 安托山爆破环境6（2）高陡边坡控制爆破技术对于高陡边坡的开挖，国内外普遍采用光面、预裂控制爆破技术。瑞典的朗格福尔斯基尔斯特、罗姆哈卓普

8、等人首先进行了光面爆破的试验。此后，光面、预裂爆破在美国、日本和加拿大等地相继出现，并逐渐得到发展与运用。随后我国在公路、水利水电、矿山等领域也开展了光面预裂爆破技术的应用研究。在公路方面比较典型的工程有环胶州湾高速公路路堑开挖工程，采用深孔加预裂爆破技术成功的实现了一次爆破开挖成形长达 470 m、深 10 m 的路堑，路堑边坡采用预裂爆破技术不仅减少了振动影响，而且保证了边坡开挖质量，减少了超欠挖，半孔率达 75以上；广西柳桂高速公路利用简易潜孔钻机钻孔，采用超深孔高台阶预裂爆破技术（台阶高达 27m） ，成功实现边坡成形机械化（达 90以上） ，在石灰岩复杂多变的地质条件下，爆后坡面稳定

9、、平整、美观，半孔率达 95左右；在贵州省贵新高速公路施工中，采用预裂爆破技术也取得成功，开挖的路堑边坡平整、稳定，形成了山区公路另一道亮丽的风景线。与此同时，铁路部门也在宜万铁路和京沪高速铁路等路堑边坡施工中采用光面、预裂爆破技术获得了良好的边坡效果。7宜万铁路边坡效果 京沪高铁边坡效果大量的实践表明，光面预裂爆破技术的成功应用可以保证路堑开挖工程的成形质量和边坡稳定。资料显示，在公路、铁路施工中，采用光面预裂爆破技术可使路堑边坡工程量减少 1020，其形成的光滑平整边坡无需作任何支护处理，同时也减少了线路运营过程中的边坡病害和维修工程量。（3）电子雷管干扰降振技术电子雷管是一种可以任意设定

10、并准确实现延期发火时间的新型电雷管，它采用一个微电子芯片取代普通电雷管中的化学延期药与电点火元件，不仅大大提高了延时精度，起爆时差精度达 1ms，而且保证了雷管的安全。目前，世界许多国家正在进行以电子雷管取代传统化学延期药剂的雷管的研究与应用。澳大利亚 Orica 公司、南非 AEL 公司和 Sasol 公司、瑞典 Dynamit Nobel 公司、法国 Davey BickFord 公司和日本旭化成工业公司等都研制和开发了电子雷管及其起爆系统。我国第一个自主研发的电子雷管专用集成电路“隆心 1 号”也已研制成功，并依此8研制了电子雷管、铱钵起爆器和铱钵表。如今，电子雷管及其起爆系统已在澳大利

11、亚、加拿大、美国、非洲等国家获得了实际应用，我国先后在三峡工程三期上游碾压混凝土围堰爆破拆除、内蒙古准格尔煤矿、江西德兴铜矿、杭州引水隧洞以及贵广线牛王盖隧道中进行了试验和应用。试验结果表明，采用电子雷管可有效降低爆破振动，改善破碎效果，提高爆破效率，加快施工进度。然而，电子雷管在我国的生产及应用均处于起步阶段，仅在一些典型工程中进行了试验应用，尚未形成一项通用的技术。同时，还有许多问题需要解决，诸如如何利用电子雷管实现真正意义上的错峰干扰降振就有待于进行深入细致的研究。3、控制措施爆破在取得大量工程建设目的的同时，也对周边环境产生着巨大的影响。长期以来，人们对如何控制爆破振动、爆破飞石等危害

12、效应进行了许多研究，也取得了较为丰富的研究成果。在爆破振动方面，建立了国内外较为通用的预测爆破振动的萨道夫斯基公式。在判断爆破产生的振动强度对建筑物和构筑物的影响时，许多国家都根据本国的工程特点和要求制定了爆破振动安全控制标准，如美国的 USBM、OSMRE 标准和德国的 DIN4150 爆破振动安全标准等。我国的爆破安全规程(GB 67222003)中对各类建（构）筑物允许的最大质点振动速度都作了明确的规定。目前，在进行爆破施工时，一般都需要对爆破振动进行监测。爆破振动监测的目的主要有两个：9一是通过反馈爆破振动监测数据，可及时调整爆破参数和设计方案，有效增加爆破安全性；二是检测爆区周边建（

13、构）筑物的爆破振动，评价被保护物处的爆破振动是否满足国家安全控制标准，从而实现对周边环境的有效 保护。在飞石控制上，试验研究了多种材料的飞石防护体系，尤其是近年来，国外一些研究人员正在利用可视化技术研究精确检测前排炮孔最小抵抗线的大小和变化情况，从而实现爆破飞石的主动控制，目前我国铁科院爆破室也正在积极开展此项技术的研究。近年来，在复杂环境下实施爆破时，逐渐建立了一种包括爆破参数优化、表面柔性覆盖防护（布鲁克网） 、边坡刚性锚固防护、沙袋防护挡墙、特殊对象专项防护和爆破振动监测的多元立体防护体系，实践证明，采用空间上封闭、时间上连续的多元立体防护技术，科学合理、效果显著。综上所述，我们可以看出

14、在复杂环境下的高陡边坡开挖中实施深孔爆破具有一定的技术基础，这些技术也能对具体施工起到一定的借鉴指导作用，但每个爆破工程由于其地形地质条件、岩石物理力学性质、环境条件等各不相同，这就造成了每个工程都具有其自身的特殊性，因此，并不能采取一个固定的技术模式来解决每一个实际工程，必须根据实际情况进行适当的调整，做到具体问题具体分析。复杂环境下高陡边坡切薄壁扩堑石方爆破工程就是一个需要细致研究和论证的问题。10（二）发展趋势根据爆破理论发展、爆破数值模拟及计算机辅助设计、高可靠性、安全性和精确性的爆破器材、爆破测试设备及检测技术的进步、现代信息和控制技术在钻爆施工中的推广应用，复杂环境下石方爆破工程应

15、朝向精细化爆破方向发展。所谓精细爆破，即通过定量化的爆破设计、精心的爆破施工和精细化的爆破管理，进行炸药爆炸能量释放和介质破碎、抛掷等过程的控制，既达到预期的爆破效果，又实现爆破有害效应的控制，最终实现安全可靠、技术先进、绿色环保和经济合理的爆破作业。精细爆破是本着“从效果着眼，从过程着手”的原则，提出的爆破新理念，以精确的实现预期爆破效果和节能、环保为目的，追求设计、施工、管理等工程要素的精细化的爆破。数码电子雷管、新型系列乳化炸药和遥控起爆等为爆破技术的精细化提供了有利条件。数码电子雷管的应用是起爆技术的一次革命，必将改变爆破技术设计方面的指导思想，许多以前认为是不可能做到的高难度爆破，由

16、于数码电子雷管的使用而变为可能。目前，高等院校、科研单位和施工单位的爆破工作者均在具有施工难度的爆破工程中开展数码电子雷管、信息化施工等技术的研究。二、立项的必要性11武罐线十四标段洛塘大桥右幅 0#和 1#墩桩基位于K83+070K83+115 山体一侧，右幅 1#-3 桩基在 K83+070K83+115 山体下方，由坡脚向内延伸 3 米左右为桩中心，因此，需要对山体进行爆破，爆破深度约在 7 米左右才能保证桥面净宽。由于省道紧靠此山体，车流量特别大，同时附近当地住户（不在红线范围内）无法拆迁，以爆破山体为中心半径 100 米范围内都有当地居民住户，致使爆破K83+070K83+115 山

17、体难度较大，同时该山体高度为 60 米呈 105倒仰，由于其山体倒仰施工机械无法展开作业面。12工程概况及周边环境实体照片该工程的主要施工难点为：（1）环境十分复杂，爆破安全要求高。爆区紧邻省道，车流量巨大，周边有新建好的桥墩、桥面以及大量民房，且这些建筑离爆区非常近，其中左幅箱梁离爆破山体仅有 5m，最近民房距爆破山体不到30m。爆破施工时必须严格控制爆破振动、爆破飞石和滚石对既有省道及周边建（构）筑物的影响，以达到安全施工的目的。（2）地形地质条件复杂。边坡高，爆破山体高度达到 60m，且山体成倒仰姿势；爆破厚度较小，宽度仅 7m 左右，属于高陡边坡切薄壁爆破，机械施工作业困难，爆破技术难

18、度大。（3）工期紧，任务重，该处山体如果不能快速爆破完成，将严重13影响洛塘大桥的后续施工，从而影响该标段的工期。由以上可以看出，该工程属于复杂环境下高陡边坡切薄壁石方控制爆破工程，安全性要求高，施工措施稍有不当，就可能产生较大的安全事故，且目前对于该种爆破工程尚未有成熟的施工经验可以借鉴，因此，有必要对该工程项目进行立项研究，寻找安全可靠的施工方法和控制措施，在保证工程施工安全的同时，快速完成该石方开挖任务，同时也为今后类似工程提供借鉴的经验。该课题将对复杂环境下高陡边坡切薄壁爆破工程的安全控爆技术、安全防护措施以及电子雷管干扰降振等方面展开研究，这几个问题也是目前工程爆破领域需要重点研究的

19、课题，开展该课题的研究将为公司在爆破技术方面提供较为先进的技术积累。三、研究内容及其技术路线（应有技术路线流程图）（一）研究内容1 高陡边坡切薄壁安全控爆技术研究根据该工程的特点及难点，确定采用分台阶深孔加预裂爆破技术逐层开挖该处石方，每层台阶高度的岩石一次爆破完成，边坡一次成型，尽量减少爆破次数，减少对附近居民的干扰。为了完成这一施工目标，该问题的研究内容包括：（1）确定合理的钻机类型及配套的技术指标；17（2）确定合理的深孔和预裂爆破技术参数，包括孔径、孔深、孔距、排距、装药量、装药结构、填塞长度等；（3）确定可靠的起爆网路；（4）确定合理有序高效的施工工艺。2 爆破飞石、滚石防护技术研究

20、该工程边坡高陡，且成倒仰之势，周边需要保护的道路及建筑物众多，因此，如何有效控制爆破飞石和滚石是另一个需要重点研究的内容。该部分研究内容包括：（1）研究前排最小抵抗线的精准测试技术，实现对爆破飞石和滚石的主动控制；（2）研究炮孔表面强力覆盖以及布鲁克网、排架、砂袋挡墙的综合遮挡防护技术，实现对爆破飞石和滚石的有效的被动防护；（3）利用数字视频监测技术，对爆破过程中的飞石和滚石进行实时监控。3 电子雷管干扰降振技术研究在爆破危害效应中，爆破振动最为显著。该工程周边有新建成的桥墩、桥面以及众多的民房，因此，有效控制爆破振动又是另外一个急需解决的问题。该工程将采用数码电子雷管，实现对爆破振动的有效控

21、制。研究内容包括：18（1）研究电子雷管合理的延期起爆时差；（2）研究电子雷管起爆网路的安全准爆控制措施；（3）形成一套完整的电子雷管爆破施工工艺。4 爆破振动监测及信息化施工技术研究在该工程的爆破实施过程中，必须对爆破振动进行实时监测，主要研究内容包括（1）爆破振动的有效监测方法；（2）爆破振动数据的正确采集、分析与处理；（3）爆破振动数据的实时反馈，通过数据反馈，对爆破参数进行及时调整，从而实现对爆破过程的动态管理，达到信息化施工的目的。（二）研究方法及技术路线1 主要研究方法（1）查阅相关的文献资料，总结复杂环境下石方深孔加预裂爆破技术、爆破防护技术、电子雷管干扰降振技术和爆破振动监测技

22、术研究现状，吸取其优点，弥补其不足，确定本课题的研究内容和方法。（2）仔细调研本爆破工程的地质地形条件、岩石物理力学性质和周边环境状况，根据工程特点，制定安全可行的爆破方案，主要包括安全高效的深孔控制爆破方案、爆破飞石、滚石的立体防护方案、电19子雷管降振爆破技术方案和爆破振动监测方案。（3）现场试验。根据制定的各项方案具体实施，施工中完成上述各项研究内容，确定高陡边坡切薄壁深孔加预裂控制爆破技术的合理参数、安全可靠的立体防护措施、电子雷管的降振施工工艺和爆破振动实时监测方法。（4）结合现场试验结果，提出各项技术的施工要点，总结各项技术的施工工艺和方法。（5）完成课题研究，撰写研究报告，形成科

23、研成果。2 技术路线研究的技术路线如下图所示。查阅文献，确定研究内容地形地质调查岩石性质调查周边环境调查制定施工方案爆破方案防护方案监测方案现场爆破试验及施工爆破飞石监测防护滚石监测监测振动监测总结提炼各项技术要点和施工工艺形成研究成果，完成课题研究工作20四、考核目标和技术经济指标，经济效益和社会效益评估，其它需要说明的问题1 考核目标和技术经济指标通过课题的开展，解决武罐线十四标段复杂环境下高陡边坡切薄壁控爆工程的施工难题，尽量减小对省道、已建桥梁和周边民宅的影响，实现环境友好、安全快速的公路爆破施工目标。（1）建立复杂环境下高陡边坡切薄壁深孔加预裂控制爆破施工方法。（2）提出爆破飞石、滚

24、石安全可靠的防护措施。（3）获得电子雷管干扰降振的设计及施工方法。（4）形成以爆破振动监测为核心的信息化施工方法。（5）在全国中文核心期刊上发表科技论文 23 篇。212 预期效益分析对复杂环境下的岩体实施深孔加预裂爆破，钻孔深度大，机械化程度高，破碎效果好，边坡一次成型，施工成本低，且安全高效。在武灌公路十四标的高陡边坡切薄壁爆破工程中采用深孔加预裂爆破技术，配以必要的防护和监控措施，既能保证施工安全，又能节省施工成本，节约工期，还能最大限度的减少扰民次数，这将给该工程带来巨大的经济效益和社会效益。五、申报单位和协作单位及分工：申报单位：中交一公局武罐十四标项目经理部，负责现场试验的协调及实

25、施。协助单位：北京科技大学，负责提供技术方案和技术指导，总结科研成果，撰写研究报告。六、项目进度计划：（1）2012 年 12 月2013 年 1 月：现有成果调研、总结，确定课题研究思路；（2）2013 年 2 月2013 年 3 月：根据现场调研情况，确定现场试验及施工方案；（3）2013 年 4 月2013 年 8 月：现场实施，并完成各项研究及测22试内容；（4）2013 年 9 月2014 年 2 月：结合现场试验结果，对试验数据进行分析，总结提炼各项技术的实施要点，形成各项技术的施工方法；5）2014 年 3 月2014 年 6 月：总结成果，撰写成果文件和汇报文件，发表科技论文

26、23 篇。23七、研发项目负责人及主要研究人员（一般应在 10 人以内）序号 姓名 年龄 项目职务 技术职称 项目分工 单位1 一公司2 一公司3 一公司4 一公司5 一公司6 一公司7 一公司8 一公司9 一公司10 一公司24八、项目经费（一）项目总经费 66其中局拨款 公司拨款 项目经理部承担 其它项目总经费 （万元）22 22 22（二）经费支出明细表序号 支出科目 年度 金额（万元） 备注1 人员培训费 2013 22 国内调研及资料费 2013 33 引进软件费4 仪器、机具购置费 2013 65 试验用材料费 2013 176 试验用劳务费 2013 197 试验用现场费用 2013 38 研究人员（含协作单位人员）补贴费用 2013 59 支付协作单位固定资产使用费 2013 51510 会议费 2013 311 不可预见费（以上的10） 2014 212 其他 2014 1合计 66明细表填表说明：以上支出项目为必填项目，可以补充其他支出项目15九、局技术发展处符合性审查意见：处长：年月日十、局专家委员会评估意见主任：年月日十一、局技术委员会审核意见主任：年月日15十一、局审批意见：局长：年月日