深孔控制爆破在盾构穿越复杂地质条件下施工技术.

深孔控制爆破在盾构穿越复杂地质条件下的施工技术中国中铁一局集团有限公司深圳地铁2号线2221标项目经理部2011年7月12日内容提要爆破施工组织措施施工现状调查工程概况施工监测措施既有建筑物保护措施应急预案结论方案比选一、工程概况深圳地铁二号线世界之窗站～侨城北站为盾构区间隧道，隧道下穿欢乐谷旅游景点，左右线间距为13.2m；左线全长1244m，全线已贯通；右线隧道全长1218米，共812环。当盾构机掘进至562环，盾构机头处在欢乐谷内时，其中刀盘前方27m的隧道范围内出现上浮基岩，侵入隧道断面３米左右，岩石坚硬，抗压强度１５０MPa.为保证盾构机顺利通过，必须选择合理的施工方案在有限的时间内通过盾构前方10～27m范围上浮基岩段。若脱困失败，将会导致整个二号线无法正常按时开通，影响到整个二号线开通工期。二、施工现状调查•1、施工现状：•一方面：盾构停机地层条件较为复杂段位于深圳欢乐谷旅游景点区，作业难度较大，对整个盾构脱困采用施工方案安全要求较高，且施工区域距离附近建筑物较近，最近仅为5m，对建筑物沉降等有较高要求。•二方面：盾构停机位置地层较为复杂，高地下水位、孤石、基岩（抗压强度高达150MPa）及软硬不均，四种情况叠加在一块儿，处理难度较大。•三方面：本工程具备地面处理条件，该段地层在业主招标详勘时受人工湖湖水影响无钻孔勘察，项目部进场后也只能在湖边进行补勘（受湖水及湖底电力、燃气、通信等管线的影响无法扩大范围补勘），补勘结果揭示该段隧道岩面长度为12m；后来由于欢乐谷公司施工放干湖水，项目部立即进行第二次补勘，结果发现岩面长度增加，增加了21m。通过项目部两次详细勘察，现已探明球状花岗岩和基岩隆起情况。•根据以上调查情况，项目部组织相关人员进行方案讨论研究。自上而下依次为素填土及杂填土、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩爆破区域地质纵断面图2、地质情况埋深16m17.510,00爆破区域盾构机头9-49-4第二次补勘第一次补勘注：虚线为基坑爆破警戒范围，50米范围内，为警戒点位置爆破区域环境图飓风餐厅东巴鼓舞表演砖戏沙区异度空间木木飓风眼飓风火车站灯塔灯塔爆破区域盾构机头3灯塔1金矿面点王2过山车基坑4假山5新建过山车基础6原观景平台7左线隧道张拉膜桩3、周边环境项目部经过现场调查后，根据现场条件，提出三种方案。•方案一：•采用深孔控制爆破进行盾构机刀盘前方上浮基岩处理，地面钻机垂直打孔，装炸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。•优点:（1）.施工周期短，满足工期要求。根据爆破设计共计115个炮眼，两台钻机施工，每台每天成孔5个，共计12个工日完成。（2）.设备简单：跟管钻机2台。（3）.相对而言施工风险较小，易操作，工期有保证。•缺点：•（1）、受周边环境影响，对装药量、爆破振速沉降、位移等监测要求较高。•（2）、处理后岩石破碎程度检测较为困难。三、方案比选方案二：•利用已施工左线在该地段增加联络通道，通过开挖联络通道将该段右线左右各10m基岩及孤石通过暗挖法施工处理完毕，然后盾构机空推通过该段进行掘进施工。•优点：处理较为彻底。•缺点：（1）.施工难度及安全风险大，因该地层上方8米为砂层，并且该地段地下水较为丰富，易发生塌方，特别是联络通道同右线正线之间交接处开挖支撑困难。（2）．施工周期较长：开挖前注浆施工需7工作日；联络通道开挖15工作日；联络通道至右线正线开挖30工作日，空推2工作日。共计：54工作日。（3）.设备较多：风钻、空压机、挖掘机、汽车吊、运渣车等。•方案三：•在地面增设1口半径为3m竖井，盾构机发生异常时，可通过该竖井将盾构机前方岩层通过暗挖进行处理。•优点：•处理彻底。•缺点：•（1）．施工风险较大，因该地层上方8米为砂层，并且该地段地下水较为丰富，易发生塌方等。（2）.设备较多：风钻、空压机、汽车吊、运渣车。（3）.施工周期较长：竖井开挖10工作日；右线正线开挖30工作日，空推2工作日。共计：42工作日。•项目部经过对以上三种方案对比论证后，为保证方案切实可行，聘请相关专家对以上三种方案进行评审，经专家对三种施工方案的分析、评估和综合比选，一致认为对盾构机穿越上软下硬地层选用从地面采用深孔爆破方式进行对孤石及基岩处理较为合理，即：第一种方案合理可行。深孔控制爆破方案评估单位和专家表•1、爆破孔断面布置•采用深孔控制爆破方法对盾构机刀盘前方17m侵入隧道的基岩和孤石进行破碎处理。对最近临近区的左线盾构隧道进行支撑加固和布设隔振孔措施加以保护。对地面建筑物和在建基坑进行监测和必要的加固保护。具体断面如下图所示：四、爆破施工组织措施自上而下依次为素填土及杂填土、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩爆破钻孔断面图埋深16m17.510,00钻孔间排距1.0m地面至爆点24.28m-24.78m钻孔超深0.5m共计18排钻孔岩面线盾构机机头•2、炮眼布置•在满足安全条件下达到将基岩爆破成不大于30cm粒径，按控制爆破原则设计，通过计算确定爆破参数。方案通过专家评审和爆破评审。具体炮眼布置见下图1214323457968105796810111212111111111112222222222221111.0m1.0m减振孔炮眼布置平面图在盾构机前方10～27m范围内进行地表钻孔。共布置了18个断面，每断面7个孔（共117个孔）。炮孔间排距均为1.0m，钻孔超深0.5~0.8m，装药深度比基岩厚度深约0.4~0.6m。•3、炮眼钻孔施工•根据本工程的地质特点地层自上而下依次为素填土及杂填土、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩，地下水丰富。炮眼成孔时容易塌孔，选择合理钻机是关键，项目部通过考察选用了德国产的进口根管钻机，该钻机经试验在该地层每天成孔10个左右，满足工期要求，该种型号设备进场3台，2台施工，1台备用。钻孔是首先成Φ146㎜孔，再下直径Φ75㎜PVC套管，然后在Φ75㎜PVC套管内装药卷。深孔爆破成孔设备正在进行钻孔施工深孔爆破施工爆破孔成孔设备成孔后安装Ф75㎜PVC套管安装完Ф75㎜PVC套管后测量孔深爆破单段药量及每日总药量表爆破断面及孔数单段药量(㎏)每日总药量(㎏)111与12排共10个孔2.8314.9221与22排共10个孔2.7334.16331与32排共10个孔3.2221.02441与42排共10个孔3.1834.01551与52排共10个孔2.3922.86661与62排共10个孔3.644.63771与72排共10个孔2.628.93881与82排共9个孔2.622.52991与92排共10个孔2.533.5910101与102排共10个孔3.629.5711111与112排共8个孔3.620.512121与122排共10个孔3.615.834、爆破药量表5、单位断面装药量图共计爆破基岩量为147m3，炸药量322.5Kg断面42.05m2.50kg2.08kg2.08kg2.08kg2.08kg2.50kg1.14kg1.98kg断面52.25m2.50kg1.98kg1.14kg1.14kg1.14kg2.08kg0.8kg0.8kg2.08kg2.50kg2.50kg1.7kg1.7kg2.0kg深孔控制爆破施工流程图是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人王文刚起爆效果检查报告总负责人王文刚炸药到场施工准备钻孔施工测放钻孔孔位清场安全警戒装药及填塞是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人王文刚起爆效果检查是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人王文刚起爆效果检查是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人王文刚起爆效果检查是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人王文刚起爆效果检查报告总负责人炸药到场欢乐谷负责人施工准备钻孔施工测放钻孔孔位清场安全警戒装药及填塞现场负责人检查是否报告监理检查签字确认爆破监测情况反馈总负责人起爆效果检查警戒解除警戒解除短信报公安局6、装药填塞工艺爆破参数设计依据瑞典的设计方法，单位耗药量计算：q=q1+q2+q3+q4式中q1=1.1kg/m3（基本装药量）q2=0.24kg/m3（爆破上方水压增量）q3=0.44kg/m3（爆区上方覆盖层增量）q4=0.3kg/m3（岩石膨胀增量)q=1.1+0.24+0.44+0.3=2.08kg/m3。布孔形式与装药结构基岩埋深较深，为20~24m，最厚厚度约为2.8米炸药超深炸药堵塞地面隧道底面需爆破岩石其中=孔距，=排距超深=(0.5～0.8)堵塞超深炸药堵塞地面隧道底面需爆破岩石基岩爆破布孔示意图其中=孔距，=排距超深=(0.5～0.8)厚度3.0m基岩装药结构示意图厚度1.0m基岩装药结构示意图基岩突起装药参数表台阶高度H（m）超深h(m)孔距a(m)排距b(m)孔深L(m)单耗㎏/m3装药Q（㎏）装药形式1.00.41.01.01.42.082.91连续2.00.51.01.02.52.085.20分层3.00.61.01.03.62.087.49分层炮眼装药药卷包扎炮眼填塞炮眼装药•由于炮孔深度达到约24米，需要爆破处理的岩石位置为地表以下约20～24m的位置，同时由于炮孔中有水，因此，起爆药包采用软钢丝或绳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，因此在起爆体内要适当用碎石配重，以利于起爆体的就位。炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个电爆网路，两套网路并联后起爆。爆破网络设计爆破网络图炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个电爆网路，两套网路并联后起爆。非电雷管电雷管炮孔导爆管导爆管非电雷管导爆管起爆器非电雷管非电雷管爆破覆盖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，爆破作业时，采取沙包+铁皮的联合防护体系，如图示地面铁板沙包沙包堵塞爆破覆盖起爆网络联接7、安全检查1)安全交底2）钻孔检查3)装药及填塞检查4)起爆网路敷设及起爆站检查5)安全警戒与撤离区域及信号标志检查6)盲炮处理检查(杜绝盲炮）施工协调负责钻孔组装药爆破组安全警戒组现场安全负责现场施工负责爆破工程师总负责监控测量组8、爆破方案实施组织结构图配备空压机1台，自行式潜孔钻3台。爆破工程师1名，爆破员5名，安全警戒人员4名，其它工作人员18人。1、左线既有盾构隧道的保护在相对右线爆破区域的左线隧道区段内，按1.5m的间距布设工字钢拱架对隧道进行加固，拱架之间采用工字钢进行连接。五、既有建筑物保护措施2、过山车基坑保护措施周围预埋水平位移以及沉降监测点，距离爆破点较近基坑将采取满堂脚手架进行支撑，支撑点与基坑壁接触部位采用木板、丝杠支撑。欢乐谷过山车基坑爆破防护3、最近灯塔保护措施对于最近灯塔将采用拉索提前进行加固，以防爆破振动影响。欢乐谷灯塔爆破防护（采用3根钢丝绳拉锚）4、最近拉膜桩保护拉膜桩加固1、监测措施在爆破施工前，项目部对爆破点附近重点监测建筑物布设原始点并进行初始值测定。在每次爆破时进行再次监测，监测数据由监理、业主、设计、施工单位共同确认。监测频率:每次爆破第三方监测单位：北京铁科工程检测中心六、施工监测措施2、爆破施工点附近建筑物、设施以及在建工程调查统计序号建筑物名称建筑结构距爆破点距离（m）规范规定允许爆破震速（㎝/s）允许单段最大药量㎏1金矿面点王钢筋砼122.52.022过山车基坑（7m）锚索支护232.514.213最近灯塔钢结构52.50.154假山网喷结构752.5492.675新建过山车基础钢筋砼852.5717.186原观景平台钢筋砼602.5252.257左线隧道钢筋砼105.03.49监测项目及指标①、地表沉降：30mm；②、爆破振速：建筑物2.5㎝/s；隧道5.0㎝/s；③、建筑