地铁矿山法隧道水压爆破技术（PPT41页)

矿山法隧道水压爆破交流材料一、工程概况二、工程地质四、常规爆破三、周边建构筑物情况汇报目录五、水压爆破六、经济技术指标夏园站～南岗站盾构区间21#盾构井南岗站1#临时竖井1#联络通道4#联络通道2#联络通道夏园站北一、工程概况中间风机房井本工程为夏园站到南岗站的区间工程，区间左、右线全长分别为2443.29m和2493.18m，其中中风井两侧采用钻爆法暗挖施工的隧道长度分别为223.24m、186m、310m和289.16m，临时竖井段暗挖隧道长261.69m，合计约1270.1m。4m8m二、工程地质及平纵断面情况矿山法隧道地质断面示意图233m290m186m314m40m342#临时竖井21#盾构井1#临时井横通道11.6m1#临时竖井开发大道立交高架桥1#临时井周边建、构筑物情况平面图Z11-1Z11-2Z14-1Z14-2A10-2A10-1A16-1A16-2三、周边建构筑物及管线情况1#临时竖井场地布置示意图合计：1280m2黄埔发电厂三、周边建构筑物及管线情况中间风井现状污水管W1现状围蔽轮廓污水管改迁路由已迁电信、供水路由新建燃气管线路由遇现状供水管W5W3W2待迁通信管线路由疏解道完成且围蔽外扩后，方可迁改，预计进度较慢三、周边建构筑物及管线情况87中学金竹山广场考虑管线迁改难度，参考“先隧后站”思路，新增内净空6×8m的2#临时竖井，并分别破口进正洞隧道施工。沿线周边建构筑物平面图矿山法隧道与新港生活区42#、4#楼平面图新港生活区42#楼为8层建筑，桩端为扩大头的人工挖孔灌注桩基础，桩长8~12m，桩径0.8/1.0/1.2m。新港生活区4#楼为5层建筑，天然基础，基础埋深0.8/1.0/1.2m。沿线周边建构筑物平面图矿山法隧道与领好广场关系平面图领好广场为5层建筑，地下室1层，下部基础为预应力高强混凝土管桩，桩长12～23m，桩径0.4/0.5m）沿线周边建构筑物平面图矿山法隧道与沙步天桥关系平面图沙步天桥为钻孔灌注桩基础，桩底支撑于中风化岩层，桩长18m，桩径1.2m。四、常规爆破隧道按不同的地质条件考虑两种衬砌类型，即B型和C型，其中B型断面主要适用于中风化花岗岩围岩地段，采用短台阶法施工；C型断面主要适用于土层及全、强风化花岗岩段，采用环形台阶法施工。下面以B型断面为例进行介绍。4.1、隧道设计参数B型断面矿山法隧道结构示意图C型断面矿山法隧道结构示意图四、常规爆破方案4.2、常规爆破参数所谓“常规爆破”，指炮眼仅装药卷和起爆雷管而无回填堵塞。隧道爆破采用微震控制爆破，拱部采用光面爆破，墙部采用预裂爆破，核心掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术，以尽可能减轻对围岩扰动，充分利用围岩自有强度维持隧道的稳定性，选用YT28凿岩机进行钻孔，炮孔直径40～42mm。分上下台阶爆破作业。B型断面炮孔布置示意图四、常规爆破方案B型断面上、下台阶爆破参数表爆破顺序炮孔名称段别孔深孔数炸药类型药卷规格单孔条数单孔药量单段药量(kg)装药结构总药量(kg)1掏槽孔1.3.5.7.9.111.56乳化Φ323.750.750.75连续4.52辅助孔3.5.7．9．111.29乳化Φ322.150.430．86连续9.03辅助孔3.5.7.9．11．131.212乳化Φ322.150.430.86连续3底板孔7.9.11.131.211乳化Φ322.150.431.29连续11.63周边孔11.13.151.212乳化Φ321.50.31.2间隔周边孔11.13.151.211乳化Φ321.50.31.2间隔炮孔名称段别孔深孔数炸药类型药卷规格单孔条数单孔药量(kg)单段药量(kg)装药结构辅助孔128乳化Φ324.750.967.68连续辅助孔328乳化Φ324.750.967.68连续辅助孔527乳化Φ324.750.966.72连续辅助孔726乳化Φ324.750.965.76连续辅助孔925乳化Φ324.750.964.8连续周边孔11212乳化Φ3230.67.2间隔周边孔13211乳化Φ3230.66.6间隔4.3、常规爆破效果药卷每条为0.2kg，B型断面矿山法隧道每延米爆破所用炸药总量平均为71.6kg。四、常规爆破方案爆破进尺(m3)炸药用量(kg)平均单孔药量(kg)炮眼利用率(%)岩石平均粒度(cm)通风时间(min)振速(cm/s)光爆质量飞石距离(m)1.8~1.965~881.14~1.2283.8~92.5%50~80501.1良25表4.1常规爆破上台阶爆破效果表四、常规爆破方案4.4、常规爆破工艺流程放样布眼定位钻眼钻眼质量检查装药与填塞连接起爆网络起爆通风检查爆破效果清理钻眼爆破材料准备爆破材料准备爆破材料准备爆破施工流程图方案确定：2015年3月11日，何广沂教授应广州地铁总公司邀请召开了水压爆破技术讲座，地铁公司张志良、林志元总参加。——何广沂：1938年生于天津，国内著名爆破专家、有“爆破大王”之称、“节能环保水压爆破”国家技术专利发明人、中国工程爆破协会常务理事,北京工程爆破协会副理事长。五、水压爆破5.1、水压爆破基本原理何广沂教授给该项技术的定义是这样的：往炮眼中一定位置注入一定量的水，最后用专用设备加工成的炮泥对炮眼进行回填堵塞。隧道掘进水压爆破和常规爆破（炮眼无回填堵塞）有六点相同和两点不同之处。六点相同：在炮眼分布、掏槽形式、炮眼数量、炮眼深度、起爆顺序和起爆时间间隔等六方面，水压爆破与常规爆破一模一样，即水压爆破与常规爆破相比不增加任何工作量。两点不同：水压爆破与常规爆破相比，仅是水压爆破炮眼中增添了水袋和炮泥。五、水压爆破爆破时围岩的破碎主要依靠炮眼中炸药爆炸在围岩中产生的应力波以及爆破气体膨胀共同作用而完成，而隧道掘进常规爆破炮眼无回填堵塞，炸药爆炸能量因压缩炮眼中的空气受到一定损失，造成应力波强度下降，不利于围岩破碎，而爆炸生成的膨胀气体由于炮眼中无阻挡，对围岩没形成二次破碎而冲向炮眼口变成冲击波损失掉，此外炮眼无回填堵塞爆破还会产生大量粉尘，严重污染作业环境。这是当前国内外隧道爆破存在多年已久的未能充分利用炸药能量和爆破严重污染环境等两大难题。我国著名爆破专家何广沂教授研发的隧道掘进水压爆破技术，很好的破解了这两大难题。五、水压爆破隧道掘进水压爆破，由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆破能量几乎无损地传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外还产生“水楔”效应和水雾作用，前者有利于围岩破碎和防止岩爆，后者有利于降尘、吸附有害有毒气体和防止瓦斯爆炸。由于炮眼中上部有水袋和炮泥回填堵塞，有力抑制膨胀气体冲出炮眼口，使膨胀气体起到二次破碎围岩的目的。要特别指出的是，炮眼底部的水，对冲击波的反射作用加强了应力波强度和作用时间，更有利于围岩破碎。一言蔽之，由于炮眼中有水，并用炮泥回填堵塞，不但能充分利用炸药能量，而且又能大大降低粉尘对作业环境的污染，保护了施工人员身体健康。五、水压爆破何广沂教授等人所进行的模拟应变测试结果表明：在同样装药量的前提下，同是炮眼底部，水压爆破要比常规爆破切向拉应变增大13%以上，这就是有利于提高炮眼利用率及提高进尺的原因所在；同是炮眼中部和上部，水压爆破比常规爆破切向拉应变增大7～33%，这就是水压爆破比常规爆破提高岩石破碎度、降低大块率的原因所在。模拟实验应变测试的结果足以证明水压爆破技术原理的科学性、正确性。前面已述及隧道掘进水压爆破与隧道掘进常规爆破相比有两点不同之处，这两点不同带来什么效果呢？可用四个字概括，那就是水压爆破和常规爆破相比，具有极其显著的“节能环保”作用与效果。五、水压爆破具体讲，水压爆破具有“三提高一保护”的作用与效果：第一个“提高”即提高炸药有效能量利用率，节省炸药；第二个“提高”即提高施工效率，加快施工进度；第三个“提高”即提高经济效益，降低成本；一“保护”即降低粉尘浓度，改善作业环境，保护施工人员身体健康。除此之外，针对城市暗挖隧道埋深浅、周边管线及建筑物繁多等特征，水压爆破对有效控制爆破振动，有效控制爆破粉尘浓度，有效控制掌子面前的温度和有效控制爆破岩石块度等方面起到了常规爆破无可替代的作用与效果。五、水压爆破五、水压爆破5.1.1、水压爆破装药结构水压爆破装药结构示意图水袋封装机图水袋图五、水压爆破5.2、水压爆破设计5.2.1水袋制作水压爆破与常规爆破相比，仅是水压爆破炮眼中增添了水袋和炮泥。水袋和炮泥采用封口机和炮泥机工厂化制作。水压爆破所使用的塑料袋，长200mm，直径35mm，厚0.1mm,有一定的强度。5.2.2炮泥制作往炮孔中回填堵塞的炮泥，是使用配套特制的“炮泥机”加工制成的。重190kg，长1.47m，宽0.44m，高0.54m，电源380V，功率4KW。五、水压爆破炮泥机图炮泥原材料及配比1、原料：土、砂和水。土以粘土为宜，砂为细砂，以河砂为好，对水无特殊要求。2、加工：按照土：砂：水=0.75:0.10:0.15搅和均匀，放入炮泥机料斗，一按电钮，从炮泥机出口源源不断挤出炮泥，每小时加工长200mm、直径20mm的炮泥900根。3、要求：应软硬适中。过软捣固是容易把炮泥挤出炮眼口，过强捣固时不易捣固碎，堵塞不严实，影响爆破效果。炮泥成品五、水压爆破钻孔清孔五、水压爆破安装炸药、水袋及炮泥五、水压爆破安装炸药安装炮泥安装水袋联网起爆五、水压爆破5.2.3水压爆破施工工艺水压爆破施工流程图五、水压爆破爆破进尺(m3)炸药用量(kg)平均单孔药量(kg)比上次节省炸药率炮眼利用率(%)岩石粒度(cm)通风时间(min)振速(cm/s)光爆质量最远飞石距离(m)2.1~2.1564.21.059.5%95.75~97.720~60150.8好502.0~2.159.30.8817%95.5~97.535~50130.8好252.060.30.9319.8%95.3~98.230~50161.1好352.1~2.2870.9525.2%95.6~98.820~50151.1好205.3、水压爆破效果广州十三号线五标前四次水压爆破试炮效果。表5.1水压爆破试爆上台阶爆破效果表五、水压爆破爆破进尺(m3)炸药用量(kg)平均单孔药量(kg)比上次节省炸药率炮眼利用率(%)岩石粒度(cm)通风时间(min)振速(cm/s)光爆质量最远飞石距离(m)2.157.61.0110.3%94.25~98.7325~55140.8好352.0~2.152.50.9512.1%94.8~98.520~55131.0好302.05~2.1570.955.4%94.3~97.225~50141.1好302.1~2.1557.61.0214.5%94.6~97.825~55151.2好25表5.2水压爆破试爆上台阶爆破效果表五、水压爆破5.4、水压爆破效果广州十三号线五标近四次水压爆破试炮效果。爆破渣样爆破后平均碎石渣样较小，块状均匀，大块少，易于出渣。水压爆破渣样常规爆破渣样六、经济技术指标对比震速对比常规爆破震速图水压爆破震速图常规爆破，平均值1.4cm/s水压爆破，平均值0.95cm/s六、经济技术指标对比烟尘对比常规爆破水压爆破常规爆破时，起爆完以后竖井口马上会有粉尘冒出，采用水压爆破后及时打开风机也看不到明显的烟尘冒出。六、经济技术指标对比爆破方式爆破进尺(m)炸药用量(kg)平均单孔药量(kg)炮眼利用率(%)岩石平均粒度(cm)通风时间(min)振速(cm/s)超挖情况水压爆破2.0555.40.9898.0538.75141.03正常常规爆破1.8576.51.1888.1565.5501.4严重六、经济技术指标对比表6.1平均爆破效果对比表1、技术指标分析对比目前初步采用水压爆破以后，爆破进尺提高了9.8%，比常规爆破平均节省炸药27.5%，炮眼利用率提高9.9%，粉尘浓度降低明显，平均块度降低40.8%，炮泥封堵较好时渣堆缩短20%，通风时间缩短36分钟，振动速度降低26.4%。2、经济效益分析计算以IV级围岩上台阶为例，每延米所节省的费用火