CN109738143A - 一种研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，包括试验场地的选取、试验管道的埋设、试验炮孔的爆破以及试验测试。试验炮孔的爆破包括试验炮孔的布设、试验炮孔的装药及试验炮孔起爆；试验测试包括：试验管道内部应力应变测试，获得爆破振动作用下管道内部应力应变的变化情况；试验管道内部振动速度、加速度测试，获得爆破振动作用下管道内部振动速度、加速度变化情况。
Description
技术领域
本发明涉及爆破和管道工程技术领域，尤其涉及一种研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法。
背景技术
近年来，我国油气管道建设取得了突破性进展，大型石油和天然气埋地管道工程越来越多。同时埋地管道作为一种水油气等材料的主要运输工具，近年来在工程领域的方方面面大受重视，且埋地管道埋设在土壤中，其受力状态比较复杂，填上的方式和土体的状态都会影响到管道所受的压力。由于管道埋在地下，在役时的检测工作非常困难。埋地管道常用来运输易燃易爆的石油、天然气，一旦发生断裂或泄漏，除了直接造成的损失之外，还可能引起火灾、爆炸、中毒等重大安全事故，使人民的生命和财产造成重大损失，破坏社会的生产和经营，并直接影响到社会的安定。但由与现在大多现役管道未有系统规范的管理，同时现在城市基础建设日趋增多，部分地铁车站隧道采用爆破施工，爆破产生的地震效应可能对附近埋地管道安全产生影响，甚至会对人民的生命安全带来危害。有必要进行爆破振动对临近埋地管道的影响研究，避免引起管道的破坏。
因此，研究爆破荷载对埋地燃气管道的破坏效应，探讨埋地燃气管道振动破坏的控制标准，既为管道工程的受力计算、抗爆防爆设计提供科学依据，又为邻近管道施工工程的科学决策提供理论支持，对国民经济以及工程建设都具有重要意义。
发明内容
为了获取研究区域基坑开挖爆破作用下埋地混凝土管道的动力响应特性，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，包括以下步骤：
S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和燃气管道埋设分布情况，根据研究区基坑开挖爆破工程案例，分析出研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数；
S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；
S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；
S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；
S5、监测元件布设：在爆破试验前分别对管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对管道内壁环向和轴向应力应变测试、速度测试及加速度测试；
S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；
S7、对试验数据进行保存。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S1中获取研究区域基坑工程地质情况和燃气管道埋设分布情况，包括获取研究区域燃气管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S1中炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S2中选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S3中试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土且分层夯实。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S4中试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S5中监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在燃气管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；
所述步骤S5中监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所述步骤S6中试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。
进一步地，在本发明的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法中，所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.目前关于管道动力响应特性方面的研究大多数采用现场测试、数值模拟以及Blast-Pro型冲击测试仪进行研究，而现役管道由于大部分均埋设于地下，故其动力响应特性均难直接被测试到，采用现场试验的方法可以直接测到管道的应力应变以及速度等振动特性。
2.试验过程中针对试验场地中的燃气管道进行了上下左右四个方向的爆破试验，做到了爆源在不同空间位置处爆破对临近燃气管道动力响应特性研究。
3.试验过程中针对试验场地采用单孔单发原则，每个孔的炸药量以及孔深均不相同，实现了控制单一变量的原则，这样可以更好的揭示爆源在不同空间位置处爆破对临近燃气管道动力响应特性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明研究爆源在不同空间位置处爆破对临近燃气管道动力响应特性的方法的一流程图；
图2是实验炮孔与管道平面布置示意图；
图3是管道与药包相对位置断面示意图；
图4是动态应变测点布置断面示意图；
图5是M1监测断面动态应变测点布置示意图；
图6是M2监测断面动态应变测点布置示意图；
图7是M3监测断面动态应变测点布置示意图；
图8是单独测点应变片布置示意图；
图9是燃气管内振动速度监测点布置示意图；
图10是燃气管内加速度测点布置示意图；
图11是本发明一实施例中爆破炮孔11爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图；
图12是本发明一实施例中爆破炮孔10爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图；
图中，1-炮泥，2-药包，3-管道，4-爆破炮孔，5-地表，6-土层，7～16-爆破炮孔，M1～M3监测断面，17～28-应力应变，29-环向应变片，30-轴向应变片，D1～D5-振动速度监测点，A1～A5-振动加速度监测点。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，本实施的基坑开挖爆破时临近混凝土管道动力响应特性的获取方法包括以下步骤：
S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和燃气管道埋设分布情况，根据研究区基坑开挖爆破工程案例，分析出研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数；
获取研究区域基坑工程地质情况和燃气管道埋设分布情况，包括研究城区混凝土管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。分析研究区域基坑开挖爆破工程案例，主要是为了通过研究城区基坑开挖爆破的工程情况，为现场燃气管道爆破试验寻找实际工程背景，以便试验方案的确定，具体的，获取的混凝土管道埋设分布情况用于确定试验原型,为试验方案确定提供依据支撑，根据调查结果,对管道情况进行分析,采用与实际工程一样的上述参数进行试验,实验一比一原型试验模拟。
具体的：
多选试验场地上部为粉质黏土、下部为强风化粉质砂岩，试验场地地下水类型主要为孔隙水、基岩裂隙水两种类型，试验深度无地下水，故符合试验场地要求。试验场地应空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况应和实际情况类似。
S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。
具体的
S2.1试验场地应选取为一般粘性土层，管道埋深(管顶至地面)为2.0m，其中回填土时不得损坏燃气管道及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且其分层夯实程度满足相应规范要求。
S2.2燃气管8m，管道内径100cm管道外径102cm。
S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；关于试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且分层夯实并应满足相关规范要求。
请参考图2、3，具体的：
S3.1试验场地应选取为一般粘性土层，管道埋深(管顶至地面)为2.0m，其中回填土时不得损坏混凝土管道及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土，且其分层夯实程度满足相应规范要求。
S3.2承接式混凝土水管3为四节，每节管道长度2.5m，管道内径100cm管道外径120cm。
S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。
请参考图2、图3，在本实施例中，根据S1的结果，布设合适孔深、孔径及数量的炮孔7～炮孔16进行试验。具体的：
S4.1试验炮孔布设包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置，其中炮孔7～炮孔11间距为5米，炮孔7与管道的距离为5米，炮孔12～炮孔16间距为5米，炮孔12与与管道的距离为5米；；
S4.2钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度，其中炮孔7～炮孔16孔深为4米，孔径为90mm；
S4.3清孔采用大型空气压缩机对孔内水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。
S5、监测元件布设：在爆破试验前分别在试验管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对试验管道内壁环向和轴向进行应力应变测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前分别在试验管道上方土体相应位置处固定土压力计、速度计及加速度计，以对试验管道正上方土体进行土压力测试、速度测试及加速度测试；在爆破试验前在管道上方地表相应位置处固定速度计，以对实验管道正上方地表沿管道轴线方向及垂直于管道轴线方向速度测试；
监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在混凝土管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。
请参考图2～图10，管道试验的测试包括：对管道内壁环向和轴向应力应变测试、速度测试、加速度测试，故在爆破试验前，分别对管道内部相应位置处粘贴固定应变片17～应变片28、速度计D1～速度计D5、加速度计A1～加速度计A5；管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组。
S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。
请参考图2、图3，具体的：
S5.1其中试验炮孔的起爆顺序采用由远及近的起爆顺序原则；所有起爆炮孔遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则，逐个炮孔单独起爆原则。
S5.2每个炮孔装药量不同，其中爆破炮孔7～爆破炮孔11炸药量为8kg,爆破炮孔12炸药量为6.4kg
S5.3首先装药的是爆破炮孔11，采用孔内耦合装药的方式,起爆雷管采用1段非电毫秒延时雷管,装药连线和防护完成后，和总指挥进行确认警戒，然后总指挥下达允许起爆的指令，爆破后经检查无险情后解除警报，保存监测仪器数据。
S5.4采用相同的操作流程，起爆爆破炮孔10，并测量相关数据。
S7、试验数据的保存及初步分析：对试验数据进行保存，并进行初步分析，从而确定实验数据的有效性。参考图11及图12，其分别是实施例中爆破炮孔11爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图以及爆破炮孔10爆破后管内X方向振动速度分布规律曲线图。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取研究区域基坑工程地质情况、地下水分布情况和燃气管道埋设分布情况，根据研究区基坑开挖爆破工程案例，分析出研究区域基坑开挖爆破常用爆破方案、参数及布孔特点，以确定爆破的炮孔布置参数；
S2、根据S1获得的结果，选取试验爆破场地，并根据实验场地地质勘查报告，确定试验场地的工程地质情况以及地下水分布情况；
S3、试验管道的埋设：根据S1获得的结果，选取一定尺寸大小和数量的承接式混凝土管，并开挖试验管道埋设槽，同时对试验管道进行拼接以及上方土体覆盖；
S4、试验炮孔布设：根据S1获得的结果，布设一定孔深、孔径、间距及数量的炮孔用于进行试验；
S5、监测元件布设：在爆破试验前分别对管道内部相应位置处粘贴固定应变片、速度计及加速度计，以对管道内壁环向和轴向应力应变测试、速度测试及加速度测试；
S6、试验炮孔起爆：进行装药连线和防护，然后进行起爆，并利用布设的实验数据获取装置进行实验数据的测量；
S7、对试验数据进行保存。
2.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S1中获取研究区域基坑工程地质情况和燃气管道埋设分布情况，包括获取研究区域燃气管道类型、尺寸大小、在役混凝土管道埋设所在土层工程地质情况以及埋深情况分布规律。
3.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S1中炮孔布置参数包括：炮孔间距、孔径、单孔装药量、装药结构参数以及起爆参数，确定出的中炮孔布置参数位于常用的爆破方案的参数范围内。
4.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S2中选取的试验爆破场地满足：试验场地空旷，且易于爆破试验的实施，同时工程地质情况与步骤S1获取的一致，同时地下水分布情况与步骤S1获取的一致。
5.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S3中试验管道的埋设，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层,试验管道上方覆土应为杂填土且分层夯实。
6.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S4中试验炮孔的布设，包括炮孔位置放样、钻孔、清孔，其中炮孔位置放样步骤为：首先确定炮孔相对位置，测量人员采用全站仪进行放样测量出炮孔的精确位置；钻孔采用液压钻机进行不同位置的钻孔，并到达预先设计深度；清孔采用大型空气压缩机对孔内积水以及相关粉末进行清除，并保证钻孔深度。
7.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S5中监测元件布设：其中管道内应变片的粘贴应在环向和轴向方向各粘贴一组，并且应在燃气管道承接口左右两部分各分别粘贴一组应力应变监测点、速度监测点及加速度监测点；
所述步骤S5中监测元件布设：管道上方土体内监测点的布设，应在管道正上方土体内不同深度不同方向进行布设。
8.根据权利要求1所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所述步骤S6中试验炮孔起爆：其中试验炮孔的起爆顺序遵循由远及近的起爆顺序原则。
9.根据权利要求8所述的研究不同空间位置爆破对临近燃气管道影响的方法，其特征在于，所有起爆炮孔的装药及炮孔深度的确定，遵循的原则为控制单一变量原则，同时遵循单孔单发原则以及逐个炮孔单独起爆原则。
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