二氧化碳相变致裂破岩专项方案.docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录9、施工进度 221、概述1.1编制依据(1) 韶关市乳源瑶族自治县南水水库供水工程(原水管道部分)初步设计报告;(2) 广东省建筑设计研究院输水管线设计总说明;(3) 国家及行业技术规范、规程、标准(不限于);(4) 现场踏勘资料;(5) 类似工程的施工经验。1.2编制原则(1) 编制的方案及施工组织设计满足和响应合同要求和各项技术标淮;(2) 编制的方案及施工组织设计有针对性、技术上先进、适用性强的特点;(3) 积极推广、应用新技术、新工艺、新材料、新设备,确保安全、质量、进度;(4) 采用监控系统和信息反馈系统指导施工;(5) 各种技术难题超前进行研究,以
2、预防为主;(6) 严格执行当地建设行政主管部门对项目施工的安全、质量、文明、环保、卫生健康等有关要求,最大限度减少对周边环境、居民生活的影响,树立良好的工程形象和社会形象。2、工程概况2.1工程简介韶关市乳源自治县南水水库供水工程是以工业和生活供水为主的大型调水配水工程,供水对象为韶关市区、乳源县城及其东部少数民族和石灰岩地区乡镇。工程以南水水库为水源,自南水电厂引水隧洞4#施工支洞南源电站前段取水,将水引至乳源水厂、韶关市狮岭水厂及西河二水厂。2.2工程概况工程施工区域内原水管道部分需要拆除重建。施工前期南水电厂引水隧洞4#施工支洞即K0+000.00K0+060.00堵头段隧洞内原供水钢管
3、外包混凝土砼需要拆除,K0+070.00K0+291.218区间原水管道钢管下方支墩混凝土砼、阀门井等混凝土砼及钢管外包混凝土砼需要破碎拆除,以及上山便道局部岩石部分需要破碎开挖。图2.2-1 需要破碎的施工段图2.2-2 需要破碎的混凝土砼通过公司现场人员的现场勘查,施工现场条件较复杂,施工区域下方为南源电站厂区,厂内人员及来往车辆较多。因此对开挖施工要求非常高,需严格控制飞石、滚石及爆破振动。施工区下游侧为古滑坡体,需严格控制开挖振动对其的有害影响。开挖区在0+000.00桩号处与需保留的原有引水主洞相连,需严格控制开挖对保留主洞及围岩的有害影响。周边环境图如图2.2-32.2-5所示。图
4、2.2-3 爆区周边环境图图2.2-4爆区周边环境图图2.2-5周边环境图2.3工程地质工程地质根据提供的资料显示需要破碎的对象为原水管道外包混凝土砼、支墩混凝土砼、阀门井等混凝土砼,上山便道部分岩石层。2.4施工要求与技术保证条件(1)作业实施前,应设置安全防护措施,避免高处滚石及坠物伤害过往行人及周边建筑物。(2)正式进行开挖作业前应进行试验,收集试验数据,根据收集数据优化开挖。3、施工技术设计3.1施工方案比择现在开挖破碎固体介质(岩体、混凝土等)主要手段有:爆破、膨胀剂静态破碎、液压锤机械破碎以及二氧化碳相变致裂等。爆破法是最传统、最主流的方法,具有快速、经济等优点,但同时爆破易产生飞
5、石、振动、粉尘、噪音等,爆破飞石、噪音可通过控制单耗以及加强防护等措施控制,爆破振动可通过采用数码电子雷管控制单孔单段药量进行控制,爆破粉尘可采用喷雾进行控制,这些措施的采用将使爆破成本增加。最主要的是目前爆破器材管理严格,单次爆破炸药的运输成本至少2000元,且器材供应时间不可控,对于小规模爆破已不具备经济、快速等优点。膨胀剂静态破碎,具有无声、无振动等特点,然而施工效率低、施工条件恶劣、施工成本高,不利于大规模作业,特别是在岩土中,膨胀剂将沿孔壁裂缝流入岩体,导致保护区的破裂,仅适合振动、飞石、粉尘控制要求极严的部位开挖。液压锤机械破碎,具有作业人员劳动强度低、基本无飞石等特点,但持续噪声
6、及粉尘对环境污染大,对工作面有一定要求,不适合小洞子等狭窄地段施工。二氧化碳相变致裂破岩是近年引入国内并推广使用的破岩技术。该技术具有快速、安全等特点,由于二氧化碳相变在孔内产生的气体压力远低于炸药爆炸在孔内产生的压力,因此,破岩过程中产生的飞石、粉尘及振动远低于爆破所产生的飞石、粉尘及振动,且不产生有毒有害气体。适合环境复杂,对振动、飞石、噪声及粉尘控制要求严格的区域施工。本项目周边环境复杂,对施工质量要求高,为确保施工安全,且工期要求紧。如采用钻爆方式需先到当地公安局申请备案,整个流程走下来不少于1个月,且钻爆所产生的噪音、震动、飞石、粉尘较大,会直接影响到电厂内建筑物及职工的日常生活、办
7、公。根据类似工程经验拟采用二氧化碳相变致裂破岩技术对待拆除的混凝土、岩石进行施工。3.2液态二氧化碳相变致裂技术简介二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态,通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至储液管内,装入剪切片、加热棒和密封圈,拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破管和起爆器及电源线携至爆破现场,把爆破管插入钻孔中固定好,连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时,产生高温击穿安全膜,瞬间将液态二氧化碳气化,急剧膨胀产生高压冲击波致定压剪切片自动打开,被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进,从起爆至结束整个过程只需0.4毫秒,且是低温下运行,与周围环境的液体,气体不相融合,不产生任何有
8、害气体,不产生电弧和电火花,不受高温、高热、高湿、高寒影响。二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质,爆破过程就是体积膨的过程,物理做功而非化学反应。二氧化碳相变致裂破岩技术是一种高压气体爆破技术,是利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压,致使岩体破碎或开裂。实践证明,采用二氧化碳相变致裂器爆破振速较低,夜间可正常施工,不影响居民正常生活。3.3二氧化碳膨胀破岩关键参数设计目前国内的几个大型二氧化碳致裂器制造厂家,包括北京中煤集团、北京巧立科技集团。均没有相关技术能保证二氧化碳相变致裂器在爆破过程中达到分段延时起爆的效果,所有致裂器在爆破工作面均同时起爆,与传统的炸药爆破存在一定区间,要达到
9、区间隧道周边岩体定向致裂和中间岩体的减震爆破,需重点控制以下几个方面:(1)二氧化碳致裂器安装对钻孔垂直度精度要求较高,若出现偏孔,则可能导致致裂器无法安装,所以在打孔过程不易过快,以稳为主。(2)根据岩石强度选择合适的致裂器,对于C25混凝土强度在50Mpa以内可选择MZL300-53/1200型二氧化碳致裂器。因二氧化碳相变致裂破岩靠气体膨胀压力来破碎岩体,钻孔孔径太大容易漏气,影响爆破效果。对于混凝土,成孔效果好,可配备65mm合金钻头进行打孔。(3)二氧化碳相变致裂破岩设计原理类似炸药预裂爆破,其周边眼布置最为重要,为保证爆破效果,达到定向爆破的目的,根据类似工程经验,要达到较好的周边
10、爆破效果,一般需在周边致裂孔中间打设致裂导向孔,导向孔为空孔,不装致裂管,一般导向空孔深度小于致裂装管孔200m300mm,主要目的是减少二氧化碳致裂过程中的膨胀气体从导向孔中泄漏。(4)目前国内市场上的二氧化碳致裂器泄能孔一般为双孔形式,通过调整周边眼和辅助周边眼中致裂器的泄能孔方向,可保证周边眼及辅助周边眼的爆破效果,其中周边眼内的二氧化碳致裂器泄能孔方向为平行周边轮廓线方向;周边辅助眼内的二氧化碳致裂器泄能孔方向为垂直周边轮廓线方向,详细布置方向见爆破参数设计图。(5)隧洞掌子面的二氧化碳辅助致裂孔均可打设为直孔,周边孔可控制35的外插角。具体二氧化碳致裂参数详见爆破参数设计图。3.4参
11、数试验 试验部位选择在桩号0+120.00部位,试验时测试后冲向的振动,振动测点布置在孔底2m、5m、10m、20m位置(建设单位委托有水利行业计量认证资质的单位承担)。具体试验内容如下: (1)首先选择方案见图4.1-2堵头段二氧化碳膨胀破岩孔布置图进行试验,如果破碎效果达到预期要求,则按此开始全断面开挖。 (2)首次试验每个断面分三次进行钻孔致裂,首先紧邻中导洞临空面的内圈孔,其次为扩挖孔,最后进行周边轮廓孔;如果致裂效果满足要求,再进行内圈孔及扩挖孔部位同时施工,后进行外圈孔施工;依据前2次的试验效果,决定是否进行一次全断面一次性钻孔施工。值得说明的是,如果二氧化碳相变致裂设备供应商能够
12、提供微差分段点火装置,则只进行全断面依据方案的试验效果进行调整孔网参数,直至满足开挖要求。 (3)如果试验时飞石距离能控制在10m以内,则洞外斜坡上混凝土也可采用二氧化碳膨胀破岩开挖,孔间排距增大100%50%。4、实施方案及进度安排二氧化碳膨胀破岩使用主要分为五个工作步骤。第一步骤地面操作间的装管。第二步爆破工作面的打眼。第三步将装好气的致裂管运输到工作面。第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面,并且封孔,放炮。第五步回收。4.1堵头段拆除施工4.1.1钢管预拆除洞内堵头段为满包混凝土钢管,空间较窄,钻机不好停位,受钢管的限制,需先把钢管拆除后才能进行混凝土拆除。具体步骤如下:(1)用钻车贴着钢管
13、外壁四周用90钻头钻孔,间距20cm,深度3m。(2)用氧割机从管内顺着管外孔位纵向割不少于8道缝,长度2m,后环向割断。(3)利用小型挖掘机先把钢管掏出,然后再进行二氧化碳膨胀破岩。图4.1-1 堵头段剖面图4.1.2堵头段混凝土拆除堵头段混凝土拆除采用二氧化碳膨胀破岩,为洞内开挖,开挖区下游侧有古滑坡体,不宜选择大直径的致裂器,初步确定选择51mm二氧化碳致裂器。因二氧化碳致裂靠气体膨胀压力来破碎固体介质,钻孔孔径太大容易漏气,影响致裂效果。若介质均匀,成孔效果好,可配备65mm合金钻头进行打孔,若介质含碎块及结构面,孔内宜掉碎块,可配备65mm合金钻头进行打孔。洞内堵头段混凝土扩挖致裂孔
14、距为0.80.8m,深度1.5m,堵塞0.5m,因该部位钢管已抽出后有空位。周边致裂孔间隔0.6m,顶拱增加一个空孔作为导向孔(可通过试验确定是否可以取消导向孔),如图4.2-1所示。此方式爆破出来的石块一般小于0.4m以下,方便装车清运,根据第一次试验的结果进行布孔参数的优化。依据试验监测资料确定桩号K0+000.00K0+006.00部位开挖方案,初步确定为首先紧邻中导洞临空面的内圈孔,其次为扩挖孔,最后周边轮廓孔分左右侧开挖。图4.1-2 堵头段二氧化碳膨胀破岩孔布置图表4.1-1 堵头段全断面二氧化碳膨胀破岩参数表致裂孔类型孔深(m)孔数(个)开挖顺序备注顶拱轮廓面致裂导向孔1.511
15、依据试验效果删减顶拱轮廓面致裂孔1.5103依据试验效果调整孔间排距周边轮廓面致裂孔1.5123底板致裂孔1.593扩挖致裂孔1.5132紧邻临空面致裂孔1.511166其中致裂孔55个原洞挖断面顶拱起伏较大,如顶部混凝土未进行回填灌浆,则可能出现空洞等缺陷,孔壁出现裂缝,将严重影响二氧化碳膨胀破岩效果,可考虑沿顶拱下移20cm进行钻孔施工,二氧化碳膨胀破岩孔如图4.1-3所示。轮廓面二氧化碳膨胀破岩后应及时清理顶拱,避免掉块伤人事件发生。图4.1-3 堵头段二氧化碳膨胀破岩孔布置图(下移20cm)4.2洞内扩挖段施工原洞挖断面起伏较大,路宽度3.84.2m,净高3.23.5m,无法满足现设计
16、的路宽5.96米,净高4.2米的要求。设计图纸洞内底标高是170.55m,洞内原标高171.75172.15m,开挖深度大多在1.21.6m,向下扩挖。初步设计孔与孔之间排距为1.2m,孔距1.2m,每次布置13排孔,超深0.2m,当开挖深度为1.4m时,孔深1.6m,堵塞0.6m,上加沙包,仍采用小直径(51mm)致裂器。如图4.2-1和4.2-2所示。初次开挖时进行试验,依据试验效果调整孔间排距,及致裂孔排数。图4.2-1 扩挖段二氧化碳膨胀破岩孔布置横断面图图4.2-2 扩挖段二氧化碳膨胀破岩孔布置轴视图表4.2-1 洞内扩挖段二氧化碳膨胀破岩参数表致裂孔类型孔深(m)孔数(个)备 注致
17、裂孔1.66(1)每排6孔,一次布置13排(2)如果致裂后块度大,则孔间排距适当减小,以每次减小0.2m进行试验4.3支墩拆除施工原有管道斜坡段有较大支墩2个,约宽3米长4米高8米(地上部分),斜坡段及洞内小支墩有15个,约宽0.4米长1.4米高0.5米(地上部分)。拆除后重新按设计图纸施工。洞内小支墩随洞内扩挖段一起开挖。如果洞内二氧化碳致裂时飞石距离小于10m,则可以考虑洞外大支墩也采用二氧化碳致裂,否则改用膨胀剂进行致裂。考虑到支墩为钢筋混凝土结构,故先在支墩四个边角钻孔,深度1米,再对钢筋进行切割,中间部分孔距为0.8米,以此循环向下施工。对于较大的镇墩,以1#墩为例,分层开挖,一次钻
18、孔深度为4.0m,孔距和排距均为1.5m,放两节致裂管,堵塞2.0m,仍采用小直径(51mm)致裂器。如图4.3-1所示。图4.3-1 1#镇墩二氧化碳膨胀破岩孔布置剖面图表4.3-1 洞外支墩段二氧化碳膨胀破岩参数表致裂孔类型孔深(m)孔间排距(m)备 注致裂孔41.5(1)每孔装2节致裂器,堵塞2m;(2)如果致裂后块度大,则孔间排距适当减小,以每次减小0.2m进行试验4.4露天岩石开挖考虑设备一致性以及小直径致裂器更安全,露天岩石开挖仍采用小直径(51mm)致裂器,对于开挖厚度大于4m的进行分层开挖,一次钻孔深度为4.0m,孔距和排距初步定为1.5m,放两节致裂管,堵塞2.0m,仍采用小
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