华岗区间爆破设计方案

广州市轨道交通三号线【华师站～岗顶站暗挖区间】土建工程区间隧道爆破设计方案中铁隧道集团有限公司广州地铁三号线华岗区间项目经理部-广州市轨道交通三号线【华师站～岗顶站暗挖区间】土建工程区间隧道爆破设计说明书一、工程概况：广州市轨道交通三号线华岗区间隧道位于广州市繁华的天河区五山路、中山大道等交通干线地下。区间隧道起讫里程为：左线支ZCK4+377.250～支ZCK5+099.150，长度728.753m（长链6.853m），右线支YCK4+377.250～支YCK5+099.150，右线长度722.143m（长链0.243m）。左右线间距11～13m，隧道最大净宽5.2m，净高5.8m，隧顶埋深9.1～14.5m，采用复合式衬砌，矿山法暗挖施工。（工程平面位置详见图1）二、工程地质及水文地质概况本工程所处的地形平坦，地面高程为11.43～14.69m。地貌为冲积平原，处于天河向斜北翼，倾向向南，与线路基本垂直，倾角约15～30°。隧道上覆第四系人工填土，河湖相淤泥质土层，冲积—洪积土层、砂层以及残积层。下伏基岩为白垩系上统大朗山组三元里段，以粗碎屑岩为主。隧道穿越的地层主要是强风化白垩系地层三元里段砂砾岩，部分地段碰到风化岩。隧道底板基本上位于中风化岩和微风化层；隧道上方主要是强风化岩、残积土和粉质粘土。整个区间无不良地质，但地质条件较差。图1工程平面位置图1、从上至下各地层特性如下：(1)第四系覆盖土层〈1〉人工填土层（Q4ml）：主要为素填土，次为杂填土、耕植土。素填土由粘性土、含砂、石粘性土及含砾砂土组成。杂填土多为砖、混凝土、碎石等建筑垃圾及其它生活垃圾。耕植土多为粉质粘土。填土层成分复杂，一般呈松密不均的次压实状，局部为稍压实状。层厚0.6～3.4m。〈3-2〉河湖相冲积—洪积砂层（Q3al+pl）：由灰黄、浅灰、灰白色砂层组成。主要为中砂，其次为细砂、粗砂、砾砂，松散～中密，饱和，局部含砾石、粘粒，颗粒较均匀，级配差。分布不连续，大多呈透镜体状。砂层富水性较强，稳定性差，在地下水作用下极易坍落。仅在钻孔MCZ3-TG-01、02、03、04、06、18、20、36八个钻孔处揭露，层厚0.70～2.20m。〈4-1〉冲积—洪积粉质粘土（Q3al+pl）：以粘粒为主，主要为灰白色、棕红色、黄褐色，质较纯，为中等压缩性土层，软塑—可塑—硬塑。局部含砾岩。在局部为稍密状粉土。场地内普遍分布，层厚0.50～8.10m。〈4-2〉河湖相沉积淤泥质土（Q3al）：含腐植物，味臭。以粉粘粒为主，质较纯，局部含少量细、中砂。浸水膨胀，干燥收缩。呈透镜体状分布。软塑—流塑，饱和。在钻孔MCZ3-TG-02、04、08、18、25、34六个钻孔处揭露，层厚0.50～1.10m。〈5-1〉可塑状态的粉质粘土以及呈稍密状的粉土（Qel）：棕红色，以粘粒为主，含较多粉细砂及少量亚圆状的中粗砂、砾石。大部分钻孔都有揭露，层厚1.2～9.70m。〈5-2〉硬塑～坚硬状态的粉质粘土以及呈中密～密实状的粉土（Qel）：棕红色，以粘粒为主，含较多粉细砂及亚圆状的少量中粗砂、砾石，该层偶夹全风化或强风化岩块。场地内普遍分布，层厚0.80～14.90m。(2)基岩（K2D1）〈6〉全风化泥质粉砂岩、砾岩：棕红色、深红色。岩石已风化成土柱状或土块状，呈坚硬状。岩石组织结构已基本破坏，但结构尚可辨认；具微弱的结构强度。岩石碎屑物主要为泥质、粉砂质，局部夹强风化岩块。在可挖性方面属于土层。厚度0.70～5.4m。〈7〉强风化泥质粉砂岩、砾岩：棕红色或褐红色。岩石组织结构已大部分破坏，但原岩结构尚可清新辨认，矿物成分已显著变化；风化裂隙很发育，岩体破碎。泥质胶结为主，岩芯破碎，呈半土半岩状，局部呈短柱状及碎块状，岩质软，锤击声沉；夹全风化、中风化或微风化薄层。厚度0.50～11.60m。〈8〉中等风化的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砾岩：棕红色或褐红色，砾状、粉粒状结构，中厚层状构造。岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，裂隙多被方解石脉充填胶结。泥质、钙质胶结，砾岩砾石成分以砂岩及灰岩为主，呈次棱角状，岩芯较完整，以短柱状—块状为主，岩质稍硬。强风化及微风化夹层较多。厚度0.50～3.90m。〈9〉微风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砾岩：棕红色或褐红色，砾状、粉粒状结构，块状构造。岩石组织结构基本未变化，矿物成分基本未变化，见少量风化裂隙，被灰白色方解石脉充填胶结。砾岩中砾石成分以砂岩及灰岩为主，呈次棱角状，铁质、钙质胶结为主，胶结良好，岩芯完整，以长柱状为主，岩质致密、坚硬，锤击声响。局部夹强、中风化岩层。厚度0.40～9.08m。2、隧道围岩类别隧道地质条件及围岩见图2、图3所示。(1)结构底板：本区间隧道底板主要位于岩石中、微风化层<8>和<9>中，为IV类围岩，岩质较好，强度高，承载能力强，稳定性好，RQD值为50～100%，仅局部位于强风化层<7>中，风化裂隙较为发育。(2)边墙：边墙穿过的岩层较多，主要为岩石强风化层<7>、中风化层<8>、微风化层<9>，为III～IV类围岩，岩质较为均一，强度较高，自稳性较好。在强风化层地段，岩体裂隙发育，局部易碎裂坍塌。在靠岗顶段区间约400米范围内隧道结构边墙为全风化层及可塑～硬塑状残积层中，为I～II类围岩，强度较低，易发生变形，对隧道的整体稳定不利。(3)拱顶：穿过的地层主要为岩石强风化层<7>、岩石全风化层<6>及可塑<5-1>、硬塑<5-2>状残积层中，为I～III类围岩。隧道围岩类别见表1所示。图2、左线地质纵断面图图3右线地质纵断面图表1隧道围岩类别表左线里程(支ZCK)围岩类别长度(m)右线里程(支YCK)围岩类别长度(m)4+377.25～680II320.754+377.25～620II242.754+680～710III304+620～710III904+710～5+050II3404+710～850II1405+050～099.15I38.0034+850～900III504+900～5+057.643II157.6435+057.643～099.15I41.75分类围岩长度小计(m)I79.753II1201.143III1703、水文地质本区段的地下水有两种类型：第四系松散层和全风化带潜水型孔隙水及岩层强风化～中风化带的裂隙水。孔隙水主要赋存于杂填土层和冲洪积砂层中，主要靠大气降水补给和土层渗流补给；河相淤泥和淤泥质土层中为饱水，透水性差；冲洪积土层相对不透水，透水性弱；风化残积土、全风化相对不透水，且多为粘性土层，透水性弱。基岩裂隙水分布在风化裂隙发育的强风化带、中风化带，为承压或微承压型裂隙含水层。属中等富水层，地下水渗透性受基岩裂隙水发育程度影响。三、隧道开挖控制爆破施工技术方案区间隧道基本上在城市道路下通过，上方局部有建筑物如广州市团校四层楼、岗顶酒店、中山大道西高架桥等，隧道围岩局部为Ⅲ类、大部分属Ⅱ类，Ⅲ类围岩段隧道采用钻爆法台阶开挖，Ⅱ类围岩段地层大部分为上软下硬，隧道下半断面需采用爆破开挖行，如何确保洞内、地面及其附近建筑物的安全将是本工程重点之一，在Ⅱ、Ⅲ类围岩中减轻振动，减少爆破对地层的扰动是本工程需关注的一个重点。在确保洞内、地面及其附近建筑物安全的前提下，针对区间工程地质情况，地面条件，参考我公司长期在山岭隧道施工中所形成的光面爆破技术，以及在城市地下工程钻爆施工中所总结出减振降噪技术，并总结了我公司在广州地铁二号线海公区间的施工经验，对区间隧道钻爆进行以下设计，并将组织科学合理的施工。1、开挖方案本区段开挖方案尽量采用多种减振技术。⑴Ⅱ类围岩断面或半土半岩断面里程采用台阶法开挖。拱部或上台阶全部采用人工或风镐开挖，开挖出上台阶临空面后再进行下台阶开挖,并考虑采用弱震爆破开挖。⑵Ⅲ类围岩段采用正台阶法，光面爆破技术。上台阶一次爆破，下台阶一次爆破。⑶炮眼深度控制在1.0～1.2m左右，每炮循环进尺控制在0.6～0.8m左右，控制单段药量，控制爆破规模以达到控制质点振速的目的。在埋深深，石质好，能保证地面安全的情况下，可以将每炮循环进尺控制在1.0m左右，以保证施工工期。⑷掏槽区尽量位于底部，以加大掏槽区爆源距地表的距离，掏槽区将采用分层装药结构。光爆孔按设计间距布置，并在施工视效果好坏进行调整，少装药、多钻孔。(5)通过地面建构筑物附近时，采用弱震控制爆破技术，通过合理开槽增加临空面、预留光爆层分层控制爆破达到保护建构筑物安全的目的。2、单段允许药量的限制根据道夫经验公式，参考同地区所取得的K、а值，利用公式反算出允许的单段耗药量Q，并在施工中根据监测结果来调整单段药量。我公司在广州地区（杨体区间、林河村暗挖段、公园前站、海公区间）掏槽爆破时，实测得K、α值(与地爆破地形、地质条件有关系数和衰减指数)，经回归后为K=167，α=1.9。以质点允许振速[Vmax]=1.5cm/s作为最高控制标准,建筑物距爆心最小距离R约为15m,代入公式:=≈2.0(kg)也就是掏槽区最大段装药量应控制在2kg以内.控制好了掏槽时刻爆破振速，比较容易控制好其它有更多临空面区域爆破振速。同时根据实测分析计算出其它区域最大单段允许药量应控制在3.5kg以内。3、爆破器材考虑广州地区地下水丰富和城市杂散电流多的特点，拟采用目前安全性能较好（杂散电流无影响）的塑料导爆管非电毫秒雷管起爆炸药，由8号工业火雷管引爆导爆管。掘进眼选用乳化炸药，周边眼选用小直径（φ20mm）低爆速光爆炸药。4、掏槽方式根据我局在城市地下工程钻爆施工中所形成减振降噪技术，选用楔形+贯通混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易抛掷，减震作用与贯通掏槽的贯通临空面来最大限度地减轻地震动。其设计如图4所示。图4掏槽区炮眼布置形式与起爆顺序5、光爆技术在对振速有严格要求地段时，为了控制振速及保证成形质量，均采用预留光爆层实现光面爆破技术。其光爆设计参数如下：眼深：L=0.8～1.2m眼径：φ42眼间距:E=0.3～0.5m光爆层厚度:W=0.6～0.8m孔装药集中度:Q=0.12～0.18kg/m装药结构:空气间隔装药。在Ⅲ类围岩，岩石体性好，通过毫秒管段微差来实现光面爆破。(1)Ⅱ类围岩段：Ⅱ类围岩段上台阶采用人工环形开挖，下台阶如采用微震爆破开挖时，其炮孔布置见下图5：图5Ⅱ类围岩下台阶爆破炮孔布置示意图钻爆参数见下表2、表3、表4：表2Ⅱ类围岩段隧道下半断面钻爆装药参数表部位炮眼名称段号眼深m眼数炸药类型(kg/条)单孔条数（条）单孔药量(kg)单段药量(kg)装药长度(m)装药结构中部掘进眼111.330.1820.361.080.4集中掘进眼251.340.182.50.451.80.5集中掘进眼371.350.1830.542.70.6集中边部辅助眼191.330.1820.361.080.4集中辅助眼291.330.1820.361.080.4集中辅助眼3111.330.1830.541.620.6集中周边眼1131.360.1220.241.440.4间隔周边眼2131.360.1220.241.440.4间隔底部底板眼151.350.1830.542.70.6集中表3光面爆破参数表周边眼间距E(cm)周边眼抵抗线W(cm)相对距离E/W装药集中度kg/m40500.800.16表4综合技术参数表开挖断面m2预计进尺m爆破石方m3炮眼总数个雷管用数发炸药总量kg炸药单耗kg/m3181.221.6394514.940.69(2)Ⅲ类围岩段：Ⅲ类围岩段隧道上、下台阶采用爆破开挖炮孔布置见图6：图6Ⅲ类围岩上、下台阶爆破炮孔布置示意图钻爆装药参数见表5、表6、表7：表5Ⅲ类围岩钻爆装药参数表断面部位炮眼名称段号眼深m眼数炸药类型(kg/条)单孔条数(条)单孔药量(kg)单段药量(kg)装药长度(m)装药结构上断面掏槽区中掏槽眼10.730.1810.180.540.2集中斜掏槽眼5+71.240.183.50.632.520.7集中辅助眼91.040.182.50.451.80.5集中掘进掘进眼1101.020.182.50.450.90.5集中掘进眼2111.030.182.50.451.350.5集中内圈眼1121.050.1820.361.80.4集中内圈眼2131.040.1820.361.440.4集中边部周边眼141.0190.121.50.183.420.3间隔底板眼151.090.1820.363.240.4集中下断面中部掘进眼111.530.182.50.451.350.5集中掘进眼251.540.183.50.632.520.7集中掘进眼371.550.183.50.633.150.7集中边部辅助眼191.530.182.50.451.350.5集中辅助眼2101.530.182.50.451.350.5集中辅助眼3111.530.183.50.631.890.7集中周边眼1131.560.122.50.31.80.5间隔周边眼2141.560.122.50.31.80.5间隔底部底板眼151.550.182.50.452.250.5集中表6光面爆破参数表周边眼间距E(cm)周边眼抵抗线W(cm)相对距离E/W装药集中度kg/m40500.800.16表7综合技术参数表部位开挖断面m2预计进尺m爆破石方m3炮眼总数个雷管用数发炸药总量kg炸药单耗kg/m3备注上180.713535516.21.25上台阶二个循环,下台阶一个循环下171.322384417.460.796、爆破网络设计爆破网为孔内微差、孔外同段的非电微差起爆技术。导爆管一般跳段使用，低段甚至跳二段使用，使段间隔时间大于50ms，防止振地振波相叠加而产生较大的地振动。三、爆破振动监测1、监测目的通过爆破振动监测，修改爆破设计，控制超、欠挖，同时了解钻爆法施工对地表建筑物的振动影响情况。2、监测仪器EXP2850爆破振动分析仪3、监测实施(1)测点埋设地面震动测点一般选择在隧道附近建筑物上通过监测能真实反映其振动情况的地方。(2)量测及计算采用EXP2850爆破振动分析仪监测爆破振动速度。爆破前对EXP2850爆破振动分析仪进行调试，爆破发生时由EXP2850爆破振动分析仪的传感器拾起振动波，转化为电信号进行存储，然后输入计算机进行分析、处理，最后输出爆破振动波形及振动速度。(3)数据分析与处理通过现场测试的若干组爆破振速及有关系数的回归求出K、α值，利用萨道夫经验公式进行微振动爆破设计即：在已知［Ｖmax］、K、α、R的条件下，求出每循环爆破的最大段允许装药量Qmax，并随时根据监测结果来调整设计。四、安全技术措施(1)施工前张贴《安全告示》，爆破时间为：早晨6:00～8:00、中午11:00～12:30、下午5:30～7:00。(2)为确保钻爆施工所产生的地震效应不影响周围环境，施工期间，尤其是钻爆初期，每炮必进行爆破振速监测，以反馈信息及时调整钻爆参数，减轻地振动，确保施工安全及地面建筑物安全。(3)实施爆破施工时，按要求设置警戒区。所在人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的地点，根据本区间隧道工程的特点，安全距离为：①同一隧道内不少于200m；②相邻隧道内不小于50m（爆破作业面靠洞口的外侧）。放炮前，所有人员都必须撤至指定的安全地点，用口哨警告和小红旗作为安全警戒标志，爆破后仍采用口哨解除警戒，恢复正常。(4)加强管理，洞内爆破作业必须统一安排指挥。爆破作业各环节均须由经过专业培训并取得上岗证的爆破作业人员操作作业。布孔、装药、联线、覆盖、起爆均按既定方案并由爆破工程师的监督指导下进行。(5)爆破器材储存及搬运：①遵守现行的《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》。爆破器材由公安机关认可的供应商每天按计划定量押送至施工现场，施工现场只设临时的炸药库房，炸药库房按有关要求修建。②严格爆破器材的出入库管理，并跟踪爆破作业，严禁爆破器材外流，必须由经过专门培训并取得上岗证的人员管理及搬运。③在施工现场内运送爆破器材时，必须遵守以下规定：雷管与炸药应放置在带盖的容器内分别运送；爆破器材前后30m内，设最少2人护送，直接送到工作地点，严禁中途逗留；每人一次运送炸药数量不得超过20kg或原包装一箱。应事先通知竖井及隧道内外联络员及电动葫芦司机，严禁在交接班及人员上下井的时间内吊运下井。竖井吊笼吊运炸药时不得有人员同乘，竖井上下专人接送，炸药不能停放于井口及井底范围。(6)在公安部门允许的时间内进行爆破作业，每日放炮时间及次数根据施工条件有明确的规定，装药时间离放炮时间不应过久。(7)遇有下列情况时，严禁装药爆破：①照明不足；②工作面岩石破碎尚未及时支护；③发现流砂、流泥未经妥善处理；④可能有大量、高压水涌出的地段。(8)通风排烟措施：隧道采用压入式通风系统，爆破后必须经过通风排烟，才准检查人员进入工作面，且其相距时间不得少于20分钟，并经过以下各项检查和妥善处理后，其他工作人员才准进入工作面。①有无瞎炮及可疑现象；②有无残余炸药或雷管；③顶板两帮有无松动石块；④支护在无损坏与变形。(9)当发现瞎炮时，必须由原爆破人员按规定处理。并特别规定：①由起爆雷管接连线不良造成瞎炮的，可以重新连线放炮；②在距瞎炮至少0.3m处另打与瞎炮平行新炮眼，重新装药放炮；③严禁用风镐、铲等从炮眼中取出原放置的引药或从引药中拉出雷管，严禁将炮眼残底（无论有无残余炸药）继续加深；严禁用打眼方法往外掏药；严禁用高压风吹瞎炮炮眼。④处理瞎炮的炮眼爆破后，放炮员和清碴工必须详细检查炸落石块，收集未爆雷管炸药；⑤在瞎炮处理完毕以前，严禁在50m范围内进行同瞎炮处理无关的工作。(10)为防止点炮中途突然发生照明熄灭，爆破工应随身带手电筒，并设事故照明。(11)爆破作业附近严禁火种，装药时无关人员与机具等均应撤至安全地点。(12)钻孔与装药不得平行作业，严禁沿残眼打眼。(13)在施工现场设爆破器材加工房，爆破器材的加工严禁在加工房以外的地方