盾构区间孤石爆破施工方案.pdf
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1、盾构区间孤石探测及处理方案盾构区间孤石探测及处理方案1 1编制依据编制依据1、东莞市轨道交通 R2 线地质详勘报告;2、东莞市轨道交通 R2 线隧道施工设计图;3、中华人民共和国爆破安全规程(GB 67222003);4、盾构法隧道施工与验收规范(GB504462008);5、我单位对地质补充勘察资料.2 2工程概况工程概况本标段盾构区间线路起于陈屋站,沿 S256 国道进入商业区及厂房,沿线依次穿越港宝鞋材厂、易光钢材厂、距意家具厂,然后空推至盾构吊出井,见下图。其中左线盾构掘进段 546。324m;右线盾构掘进段496。324m。陈屋站始发井口至吊出井段左线隧道顶板埋深 7.019。0 米
2、,右线隧道顶板埋深 7。918。7 米。3 3工程地质及水文地质工程地质及水文地质3.13.1工程地质概况工程地质概况本标段盾构区间影响范围内地层从上到下为杂填土 14、软塑状粉质粘土 3-1、冲洪积中砂310、硬塑状砂质粘性土、强风化花岗闪长岩9-2、中等风化花岗闪长岩9-3、微等风化花岗闪长岩9-4。区间内勘探孔揭示有球状风化体发育,其中有数处侵入隧道范围内,对施工有影响。花岗岩风化土中存在的球状风化核,俗称“孤石,在广东地区是普遍存在的一种地质现象,花岗岩风化土中的球状风化核,其成因是岩浆中的石英富集部分不容易风化所致。由于其埋藏分布及大小是随机的,很难通过地质钻探探明其分布情况。孤石形
3、状各异,大小从几十公分到几米,岩石单轴抗压强度可以达到100MPa 以上。相对于孤石的强度,周边风化土层强度小很多。3.23.2水文地质水文地质地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水.第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂质粘性土层中。地下水位埋深 3。08。0m,以孔隙潜水为主,人工填土层中存在上层滞水.基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中等风化带中。基岩的含水性、透水性受岩体的结构、构造、裂隙发育程度等的控制,由于岩体的各向异性,加之局部岩体破碎、节理裂隙发育,导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。总体上,基岩裂隙水发育具非均一性.地下水受大气降水补给,其次是雨期地表水补给地下水。地下水位埋深表
4、 09。7m,地下水动态变化大。地下水对混凝土结构具微腐蚀性;在干湿交替环境下,地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性.4 4地质勘探情况地质勘探情况4 4。1 1 勘察单位提供资料勘察单位提供资料4。1.1 球状风化体区间内勘探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有球状风化体(孤石)发育,其发育规律性较差,经过统计:球状风化体的天然单轴抗压强度 fc=77。2138MPa,饱和单轴抗压强度 fr=79。6129MPa。其发育特征如下表:钻孔编号M2-Z3TNC-288发育标高及厚度16.0215。22(厚 0。8m)微风化花岗闪长岩盾构隧道洞身内盾构隧道洞身内微风化花岗闪长岩910m)M2Z3T
5、NC-10。778.67(厚 2.1m)294中等风化花岗闪长岩盾构结构顶板以下盾构结构顶板以下M2-Z3-TNC-2892。552.25(厚 0。34m)669。01-7。71(厚 1.3m)M2-Z3TNC-16.5113。51(厚 3。290微风化花岗闪长岩盾构结构顶板以下发育层位球状风化体特征与隧道洞身关系4.1。2 基岩突起在基岩突起附近,基岩面起伏较大,软硬不均现象严重.基岩突起至隧道结构底板以上的分布范围见下表:里程范围ZDK24+644710ZDK24+770795YDK24+653720长度(m)662567备注基岩凸起基岩凸起基岩凸起4.24.2 补勘资料补勘资料盾构区间勘
6、探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有弱风化、微风化花岗闪长岩球状风化体(孤石)发育,根据需要,为进一步探明孤石的发育情况,我单位对盾构区间进行了必要的补勘。本次补充勘察揭露,盾构区间范围内,右线YDK24+661。33741。33,左线 ZDK24+716.324741。33 段球状风化体相对较发育,其大小不等,厚度一般为0.303m,个别在 5.10m.详见地质剖面图.4.34.3 高强硬岩段及孤石群情况高强硬岩段及孤石群情况经勘察单位提供资料及补勘资料分析如下:4 4。3 3。1 1高强硬岩段情况高强硬岩段情况右线:盾构掘进段 YDK24+650.641726.930 为微风化花岗闪长岩硬岩
7、段,长76。29m,最高处距底板约为 9m,占据整个隧道空间,与顶板底板均相接。岩石致密、坚硬,锤击声脆,合金钻进困难,石英含量较多;同时线路上伴有大量球状风化体中、微风化花岗闪长岩(孤石段),与顶板底板均不相接.左 线:盾 构 掘 进 段 ZDK24+638.460 ZDK24+719。683(长 81。22m)和ZDK24+777.129ZDK24+796。269(长 19。14m),两段均为微风化花岗闪长岩,与底板相接,最高处距底板 7.00m.岩石致密、坚硬,锤击声脆,合金钻进困难;同时线路上伴有大量球状风化体93中等风化花岗闪长岩、94微风化花岗闪长岩(孤石段)与顶板底板均不相接。通
8、过补勘对边界的探明,右线硬岩及孤石段约为 99m,左线硬岩及孤石段约为 145m。4 4。3.23.2孤石群情况孤石群情况根据勘察单位提供的详勘资料及我单位的补勘资料分析,盾构区间勘探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有弱风化、微风化花岗闪长岩球状风化体(孤石)发育,根据需要,为进一步探明孤石的发育情况,我单位对盾构区间进行了必要的补勘。本次补充勘察揭露,盾构区间范围内,右线YDK24+661.33741。33,左线ZDK24+716.324741。33 段球状风化体相对较发育,其大小不等,厚度一般为 0.303m,个别在 5.10m。4.34.3。3 3其它情况其它情况在勘察期间,因地面建筑物的
9、原因,勘探点附近场地条件的限制,部分地段无法进行钻孔勘探。具体情况如下:5 5孤石、基岩的提前处理总体施工方案孤石、基岩的提前处理总体施工方案对于孤石和基岩的提前处理方法,常用的主要有以下几种:效果费用处理效率较低,处理效适合孤石处理和基岩处理,且果较好,处理后的残余冲孔处理地面具备施工条件,岩石界面费用较高岩体或孤石对盾构施不超过隧洞一半工基本无影响适合孤石和小范围基岩处理,人工挖竖井处理彻底,但效率太对地面环境条件要求较小。竖费用很高处理低.井穿砂层的位置小心使用。周边无重要建筑物,并与居民处理速度快,处理后残单位长度处理费爆破处理区距离较远。适合大范围基岩余石块较多,对盾构施用较低。的处
10、理工仍然有一定的影响为保证盾构工期及盾构机安全通过“孤石”段,需对双线“孤石段进行预处理,我单位根据勘测资料及现场情况,拟采用两种方案对孤石进行处理:一是对目前已探明的孤石,一般具备地面处理条件,拟采用深孔控制爆破预处理的方法;二是对因处于工厂区范围,无法钻探的区段,因地质不明且地面不具备提前处理条件,根据地质情况拟采用盾构机直接破岩通过或在洞内采用其它方案处理(如加压开舱人工爆破、通过预留孔对掌子面预注浆加固后再开仓处理等)通过.5 5。1 1“孤石”爆破处理方案“孤石”爆破处理方案5 5。1.11.1 爆破施工目的爆破施工目的深孔控制爆破法的优点:避免盾构机开仓安全风险,减小隧道洞内处理空
11、间限制。爆破施工目的:对已探明“孤石”,从地面采用地质钻垂直打孔,装药爆破隧道范围内岩石,使岩石成为单边长度小于 30cm 的碎块,确保盾构机顺利出碴及正常通过孤石区段。5 5。1 1。2 2 爆破方案爆破方案5.1.25.1.2。1 1 爆破参数设计爆破参数设计由于本工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约 1018m 的位置,因此无法采取手风钻进行钻孔爆破施工。结合本工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量,决定采用地质钻机进行钻孔。1)钻孔直径采用地质钻机钻孔,土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为 110mm,下直径 90mm 的 PVC套管.处理方法适用范围2)钻孔形式为了便于施工和准确控制钻孔
12、方向,采用垂直钻孔形式。钻孔过程中用泥浆护孔,必要时下钢套筒。成孔后下90mm 的 PVC 套管护孔,套管底需安有堵头,爆破前孔口需遮盖,防止异物掉入堵塞炮孔。3)火工器材选型孔内雷管选用毫秒导爆管雷管,起爆雷管选用导爆管,炸药选用乳化炸药,标准直径为60mm,具体根据现场的需要加工。4)装药结构及起爆网络由于炮孔深度较深,需要爆破处理的岩石埋深较深,因此起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置,且一端固定于孔口位置,标高误差不得大于 10cm。药包装在特制的 PVC管体内,该起爆体须具有较好的防水性能。由于起爆体上方有约20 米高的水柱,压强相当大,因此起爆体需配重抗浮。炮孔采用正向装药起爆,起
13、爆选用非电爆破网路,采用激发针起爆,每个炮孔装两发雷管,且分别属于两个爆破网路,两套网路并联后起爆。网路示意图如下所示:图图 2-12-1 爆破网络示意图爆破网络示意图5)单耗计算依据瑞典的设计方法,单位耗药量计算:q=q1+q2+q3+q4式中q1-基本装药量,是一般陆地梯段爆破的两倍(本工程爆破对象位于地下 1522m 左右,且存在地下水,故视为水下爆破)。对水下垂直钻孔,再增加 10。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗 q1=0。5kg/m3,则水下钻孔 q1=1.0kg/m3,水下垂直孔 q1=1。1kg/m3;q2-爆区上方水压增量,q2=0。01h2;h2-水深,m;q3爆区上方覆
14、盖层增量,q3=0.02h3;h3覆盖层(淤泥或土、砂)厚度,m;q4-岩石膨胀增量,q4=0.03h;h-梯段高度,m。本工程 h=4m,h2平均取 20m,h3=18mq1=1.1kg/m3q=1。1+0.0120+0.0218+0。036=1.84kg/m3。在爆破作业过程可参照上述数据试爆后,针对具体情况调整爆破参数。6)布孔形式与装药结构孤石爆破因孤石厚度不均,但是考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差(误差累计不得超过 10cm)。因此孤石爆破时,当单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同,多孔单体爆破时,相邻两个炮孔,其中一个炮孔钻至孤石底面(即钻穿),装药至炮孔底部,孤石顶面留 1
15、0cm 不装药;其邻孔孔底距离孤石底面 10cm,装药至炮孔底部,孤石顶面留 10cm不装药。表表 2-12-1 不同体积下装药量参数表不同体积下装药量参数表岩石体积(m3)0。81。01。52装药量(kg)3451.471.842.763.685.527.369。20布孔形式采用矩形或梅花桩形,具体装药结构、布孔平面如图示:图图 2-22-2 孤石爆破装药结构示意图孤石爆破装药结构示意图图图 2 23 3 孤石爆破布孔平面示意图孤石爆破布孔平面示意图基岩爆破由于基岩埋深较深,为 1022m,最厚厚度约为 9 米,从而导致其爆破破碎难度较大,为了便于施工及爆破破碎效果,采取首先对前排孔进行爆破
16、,然后利用前排空爆破挤压周围土层产生的自由面,再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距均为 0.81.5m,钻孔超深 1。02.0m,装药深度比基岩厚度深约 0.81.5m.表表 2-22-2 基岩突起装药参数表基岩突起装药参数表基岩厚度H(m)3。06.0全段面超深h(m)1.01.21.5孔距a(m)0。81.01。2排距b(m)1.01.11.2孔深L(m)47.210.5单耗/m1。841.841.843装药Q()4。512.223。8装药形式连续分层分层具体钻孔装药结构如下图所示:图图 2 24 4 厚度厚度 3 3。0m0m 基岩爆破装药结构示意图基岩爆破装药结构示意图图图 2 25 5
17、 厚度厚度 3 3。0m0m 以上基岩爆破装药结构示意图以上基岩爆破装药结构示意图图图 2 2布孔平面示布孔平面示7)药炮 孔对装药爆区警戒,开始先要准备好PVC 管,根供的钻孔参况,提前计6 6 基岩爆破基岩爆破装药孔需爆破突起基岩意图意图包加工验收合格后,范 围 内 设 置加工药包.首直径 75 的孔底标高低于隧道底标高据 钻 孔 队 提数 和 验 孔 情算 好 药 包 长度,将炸药和雷管装入 PVC 管内指定的位置。由于孔内有水及少量泥浆,为了顺利装药,需对药包适当配重.PVC 管的长度需根据药包长度和配重长度来截取.炸药配重L=L1i+L2i式中:L-所取 PVC 管长度;L1i-药包
18、长度;L2i配重长度。图图 2 27 7 单段药包加工示意图单段药包加工示意图雷管炸药堵塞雷管炸药配重图图 2 28 8 分段药包加工示意图分段药包加工示意图8)抗浮配重由于炸药与孔内的泥浆水比重相近,导致药包无法下沉或下沉后在浮力作用下而无法固定,所以需对药包进行配重抗浮.配重采用粒径 0。5 的碎石,密度约为 1.50g/cm3;炸药密度约为 0.951.25g/cm3,此处取1。00g/cm3;孔内泥浆水密度约为 1。15g/cm3.如果三者满足下式关系,则药包会顺利下沉。G炸药+G碎石 F泥浆水 (1)取图 2-8 来举例说明,只要求出 L1i/L2i=a 中的 a 值即可确定配重长度
19、及所需 PVC管长度。式(1)中,PVC 管的直径对其没有影响,所以上式可以转化为:炸药L1i+碎石L2i泥浆水L (2)即 1.0L1i+1。5L2i1.15L,把 L1i/L2i=a 代人,则可计算出 a0。7。所以只要满足上述比例就可达到抗浮的效果。9)药包就位和防护药包加工好后,在管壁上端钻两孔,用铁丝绑定,上系绳索,然后开始下药包。根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况,确定装药底部深度 N1,然后准确测量 PVC 管与绳索的长度之和 N2,使 N1=N2,将整个药包悬吊到准确的位置上,误差控制在+10 之内。药包就位后,用铁丝把绳索固定在套管壁上,使其不再移动。药包就位且固定后,开始进
20、行堵塞。严禁使用铁器冲击炮孔内药包,雷管。套管内外均用碎石堵塞密实,防止泥浆喷出和套管的突起.地下爆破不会有飞石产生,只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外,为了防止涌出的泥浆飞溅,陆地侧采取如下联合防护体系,如图 29 所示.如果本次爆区周围已经实施过爆破作业,则需对其周围的爆破残孔用砂袋覆盖,防止泥浆喷射。图图 2-92-9图图10)为完 整 性盾 构 机沙包铁板木枋沙包堵塞地面工作面布置了保护岩体的及盾构机安全,行驶方向,基岩爆破防护示意爆破防护示意部分预留出 3 米便于盾构机检修换刀。爆破采用预裂爆破处理,孔距取 50cm,爆破之后在此隧道顶部注浆加固。爆破施工顺序:从基岩
21、较薄处开施工,如图示:本区间根据已探明的岩石分布情况,计划从两端向中间推进.图图 2-102-10基岩施工示意图基岩施工示意图5 5。1.21.2 爆破安全校核爆破安全校核5。1.3.1 爆破安全距离为了确保爆破施工的安全,避免爆破对建筑物的损坏,尤其是爆破对与爆破区域距离近的建筑物的影响,施工前必须进行爆破安全距离的计算,施工中严格按照计算的安全用药量装药,并按计算的安全距离设置警戒范围。距离本工程最近的建(构)筑物为一钢筋混凝土房屋,距离约为 20 米,根据爆破安全规程(GB67222003)规定,隧道的安全允许振速为 715 cm/s,本工程取 7cm/s。爆破地震安全距离公式:式中:V
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