隧道钻爆法在地下工程施工中的应用

1/62015-2016学年第二学期《地下建筑工程施工技术》课程论文院（系）名称土木建筑工程学院专业名称土木工程选题名称隧道钻爆法在地下工程施工中的应用学生姓名田洋洋学号2013301550167班号卓越二班指导教师姜清辉完成时间2016.04.202/6隧道钻爆法在地下工程施工中的应用田洋洋（土木建筑工程学院土木工程专业学号：2013301550167指导老师：姜清辉）摘要：本文主要介绍隧道钻爆法在地下工程施工中的应用，通过具体的工程案例来表现隧道钻爆法的优点，以及和其他施工方法的结合补充，还对隧道钻爆法的发展前景和施工过程中应当注意的问题进行了介绍。关键字：隧道；钻爆法；施工方法；工程实例引言：钻爆法开挖是隧道开挖常用的方法，开挖过程中既要保护围岩的稳定性，以免发生塌方、涌水等灾害，又要保证隧道掘进的速度，这对开挖方法的选择提出了考验。常用的隧道快速掘进施工方法有全断面开挖、台阶法开挖以及导坑超前全断面扩挖方式。全断面开挖适合于较小断面的隧道开挖，对于大断面隧道而言，台阶法开挖和导坑超前全断面扩挖方式是主要的选择。1.钻爆法应用于水下隧道施工城市交通需要穿越江河湖海时，通常是在桥梁与隧道方案之间做出选择。从工程造价、耐久性、安全性、生态环境和社会效益等角度考虑，采用水下隧道方案穿越江河湖海相对桥梁具有较大综合优势。但隧道在穿越江河湖海或上部临近区域存在大量补给水源的富水区时，隧道的开挖必然形成新的地下水运移通道，容易发生涌水、涌沙、突水、突泥等重大地质灾害事故。1.1采用钻爆施工法施工水下隧道的优点（1）适合各种地形条件采用钻爆法施工水下隧道，一般要求隧道大部分地段应位于坚硬的岩石地层之中。但隧道进出口一般地质条件较差，甚至较长地段为土层，即使通过多方案比选确定的水底地段，也会或多或少地存在一些风化槽或断层破碎带等不利地层。对于钻爆法施工，由于设计施工经验均较为成熟，可适应不同的地质条件变化。（2)施工对环境影响小，施工时不影响通航。随着沿海及沿江经济的迅猛发展，沿江沿海均遭到越来越严重的污染，环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源对人体健康产生影响。用钻爆法修建水下隧道不仅是对自然环境影响最小的建设方案，而且也是对周边居民及企事业单位生产生活影响最小的建设方案。3/61.2采用钻爆法施工水下隧道存在的缺点（1)由于水下隧道埋置较深，因此隧道较长，造价也相对较高。为了降低钻爆法修建水下隧道施工过程中的风险，一般要求隧道位于岩石地层中，且具有一定的岩石保护层厚度，该厚度与岩体强度、破碎程度及隧道开挖跨度等有关。这样隧道埋置深度将增大，从而隧道建设的费用增加，还会延长隧道建设工期以及增加运营管理等费用。（2)施工过程中风险较高。钻爆法对各种地质情况的适应性较好，但遇到围岩节理裂隙发育、断层破碎带较多时，各种辅助施工的费用会急剧增加，同时施工风险也较大。钻爆法修建的隧道的施工费用、工期及风险对地质的变化较为敏感。（3)水下隧道工程地质勘察准确性不够，实际施工时需进行超前地质预报。水下及海底勘测的技术难度与代价较高，决定了勘测阶段的地质资料不够精确，因此需要在施工阶段通过超前地质预报了解前方的地质情况。在水下隧道施工过程中，要求采用掌子面地质调查及各种超前探测手段综合判断隧道前方地质条件，力求准确判断开挖面前方的地质情况，最大限度地来保证施工安全[1]。1.3工程实例——青岛地铁工程施工青岛市地铁工程3号线工程主要特点为埋深浅、工程地质条件件复杂多变，受地质条件影响显著，全线埋深不超过20m，地下工程地质多变，围岩等级跨度大，且强度较好的围岩在区间中所占的比重较大。在众多施工工法中，钻爆法以其开挖方法灵活多变的特点，可以非常好的适应青岛地区复杂多变的工程地质条件，是现阶段青岛市地铁工程施工的首选工法。2.钻爆法在大断面隧道施工中的应用——秦岭终南山公路隧道2.1工程概况西康高速公路西柞段纵跨西安、商洛两个地，途经西安、长安、柞水三县市，是陕西“米”字形公路网主骨架的重要组成部分；是交通部公路网骨架规划发展中，西北、华北通向重庆、四川的西部大通道包北(包头—西安—安康—重庆—北海)的主要组成部分，是陕西省重点工程项目之一。秦岭终南山特长公路隧道是重中之重，它位于陕西省长安与柞水两县之间的秦岭山区，秦岭铁路Ⅱ线隧道右侧,双洞四车道。先期开工的下行线，最小开挖断面87.02m，最大开挖断面147.7m2，全长18020m。洞内路面设人字坡，变坡点为K79+380，隧道最大埋深1640m。中铁十二局集团承担秦岭终南山特长公路下4/6行线出口段施工，位于柞水县营盘镇小峪口村太峪河右岸，起止里程K82+816～K79+816，长3000m。隧道穿越地段岩性以含绿色矿物混合花岗岩为主，间夹蚀变闪长岩、霏细岩及花岗伟晶岩脉。隧道穿越大小断层8条，围岩类别变化频繁，Ⅱ类围岩200m，分为4段；Ⅲ类围岩501m，分为7段；Ⅳ类围岩2299m，分为9段，3000m隧道围岩变化达19次之多，独头掘进、独头通风，出口为唯一的施工通道，施工采用无轨运输[2]。2.2施工方法2.2.1全断面开挖Ⅲ、Ⅳ类围岩采用全断面开挖,运用多功能简易钻孔台架,26台风枪同时司钻、大断面锥形掏槽、岩石炸药和乳化炸药混装、机械化配套、大功率风机大直径软管单机压入式通风等新技术。钻爆时间在3.5h以内,通风排烟20min,装渣运输控制在2h以内,取得了日掘进4循环,平均循环进尺3.7m,最高日进尺19.7m,炮茬错台10cm,炮眼残痕率达98%以上的良好成绩。2.2.2大断面锥形挖槽爆破的成功取决于掏槽是否成功，进尺的大小取决于掏槽的深度。在以往的隧道施工中，由于受掏槽深度的限制，循环进尺只有2.6m左右，掏槽成功率也不高。我们经过多次反复研究试验，发现以往的掏槽方式进尺小的原因是掏槽面积小，夹制力大。受此启发，拓展思维，突破掏槽眼掏“槽”的限制，在“掏槽眼又是爆破眼”这一理念的指导下，设计了大断面锥形掏槽型式，掏槽眼22个，掏槽眼倾角30°，掏槽眼净深3.8m，循环进尺3.7m，掏槽面积20m²，掏槽体积60m³左右。由于掏槽面积大，夹制力小，成功率高；掏槽眼分布稀疏，减少炮孔数量和雷管、炸药数量，6台风枪同时司钻，不会因掏槽眼较密而控制钻爆时间。2.2.3光面爆破Ⅲ、Ⅳ类围岩均采用全断面光爆施工，在多功能简易钻孔台架上26台风枪司钻。采用大断面锥形掏槽，减少了炮眼、雷管和炸药数量，Ⅳ类围岩开挖断面87.02m²，炮眼数量147个左右，炸药单耗0.65kg/m³，残痕率达98%以上，平均循环进尺3.7m[3]。3.硬岩地铁隧道钻爆法开抢结合盾构法衬砌的施工技术——广州轨道交通3号线3.1钻爆法开挖、盾构法衬砌的技术特点（l)钻爆法开挖、盾构法衬砌的施工技术作为盾构法施工的配套技术,拓展了盾构法施5/6工的适用范围。（2)有效地避免了盾构机在硬岩插人段中掘进的施工风险,确保了工程的顺利实施。(3)节省大量的刀具费用,同时避免了因硬岩地层掘进时盾构机震动剧烈而对设备造成的损坏,延长了盾构机的使用寿命。[4]3.2施工关键技术3.2.1盾构通过段盾构通过段的隧道设计为净空6400m的圆形断面,比盾构机外径大120m。该段采用光面爆破技术开挖、锚喷网联合支护,具体支护参数根据围岩条件和监控量测结果进行调整。3.2.2盾构接收段为了保证盾构机的空间,硬岩隧道靠近盾构开挖隧道的3m处作为盾构机接收段,净空为6800m。为便于在盾构机到达后对盾构机进行底部处理,底部70º范围内的半径加大到3700m。3.2.3导向平台施工为保证盾构机按设计姿态通过,硬岩段的隧道底部60º范围内设置半径为3150m、厚度为150m的弧形混凝土导向平台。3.2.4进入硬岩隧道前的盾构机掘进施工盾构机进人硬岩隧道前的25m作为盾构机到达段,采用土压平衡模式掘进。盾构机进人到达段时,逐步减小推力、降低推进速度,并加强出土量的监控频次。刀盘转速为1.65一1.85r/min,盾构机推进总推力小于80Ot,推进速度不大于25mm/min盾构机进入硬岩隧道前的最后3环采用敞开式模式掘进。掘进速度控制在巧15mm/min以内,总推力减少为600t以内,采用小推力、低速度进人盾构接收段。在盾构机进人硬岩隧道前的150一200m,对盾构开挖隧道和硬岩隧道洞内所有测量控制点进行一次整体的、系统的复测和联测。对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。在盾构机到达硬岩隧道前的100m、50m时应分别人工复测盾构机姿态,及时纠正偏差,确保盾构树顷利进人接收段。盾构机在到达段掘进过程中,应派专人负责观察硬岩隧道段的岩面变化情况。发现围岩或硬岩隧道初期支护混凝土有较大震动或变形时,应立即通知盾构主司机调整掘进参数,防止推力过大而造成刀盘前部围岩的大面积坍塌。在碴土清理完成后,用30C早强混凝土将盾构前体下部至硬岩隧道段已施工的导向平台进行顺接,确保盾构机能顺利过6/6渡到导向平台上[5]。4.结束语对于钻爆法开挖而言,经济、快速、灵活多变是其得以在隧道开挖中广泛应用的关键。通过分析全断面开挖、台阶法开挖以及导坑超前全断面扩挖方式三种开挖方式引起的隧道周边岩体的振动扰动大小、炸药使用量、独头掘进速度以及光爆效果,建议在隧道钻爆开挖过程中,选择导坑超前全断面扩挖法。水下隧道的钻爆开挖施工时,对隧道周边围岩的稳定性要求非常高,以避免由于施工扰动而造成涌水、突泥等灾害,导坑超前全断面扩挖方法就是一种很好的选择。风险的出现是由于人们对自然规律的认知不足而产生的，只要加强对相关关键技术的研究，根据隧道穿越断面的具体地质情况和及时掌握施工中反馈的信息，进行动态设计，不断地总结经验，认真分析处理建设过程中的每一个问题，制定出具体措施并落到实处，方能确保施工安全和工程的成功。参考文献：[1]闫路平.钻爆施工技术在水下隧道建设中的应用[J].山西建筑，2012（33）.[2]张金柱,高连成.大断面隧道钻爆法快速施工技术[J].西部探矿工程，2003（7）.[3]杨书江.硬岩地铁隧道钻爆法开抢结合盾构法衬砌的施工技术[D].上海交通大学，2006.[4]郭立君.中硬岩隧道钻爆法快速施工方法探讨[J].GeotechnicalEngineeringWorld.[5]朱雪峰.盾构机国产化的探讨[J].建筑机械，2010(3):18-19．ApplicationoftunneldrillingandblastingmethodintheconstructionofundergroundworksTianYangyang（SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,P.R.ChinaNo.2013301550167TutorJiangQinghui）Abstract：Theadvantagesofthispapermainlyintroducesthetunneldrillingandblastingmethodintheconstructionofundergroundengineeringapplication,throughspecificprojectexamplestoexpressthetunneldrillingandblastingmethodandotherconstructionmethodscombinedwithsupplementoftunneldrillingandblastingmethodandtheprospectsforthedevelopmentoftheconstructionprocessshouldpayattentiontotheproblem,introduces.Keywords：Tunnel;drillingandblastingmethod;constructionmethod