隧道富水区光面爆破施工工法

隧道富水区光而爆破施工工法1、前言在隧道施工中，地下•水对围岩稳定性的影响举足轻重，其主要表现在以下.儿个方面：软化围岩、软化结构而、承压水的水压作用。地质条件的好坏是决定工程造价、施工难易及施工安全等的重要因素。隧道工程的施工与地质条件密切相关，山于受勘探条件和自然条件的影响，围岩的组成及节理发育情况难以预知，加之地层本身的地质也存在微妙的变化。在隧道富水区开挖施工需要解决的两个重要问题是:1注浆封水降低地下水对围岩的软化、侵蚀，加固围岩;2根据新奥法原理，减少超欠挖，最大限度地降低爆破振动，减少对围岩利支护体系的振动，加强围岩的自稳能力。在XXX隧道富水区的施工中，采用合理的注浆加固光爆施工方法，其经济效益、社会效益显著。本工法就是根据上述工程实践编写而成。2、 工法特点1.加强地质超前预报和监控量测，以信息化施工手段指导施工。2.2,以科学技术为手段，采用先进施工技术，程序化、规范化施工，降低成本。2.3.根据围岩及富水情况进行合理的注浆加固、钻爆设计，实现减振光面爆破。减少对保留围岩的扰动，减少超欠挖，使隧道断而成型好，增强围岩的自稳能力。2.4.不断优化施工组织设计，使施工组织设计更趋于合理，避免因施工组织不合理造成的浪费。nVxIIlakyVXIII3、 适用范围本工法适用于长大隧道及条件相似的其他隧道及地下工程。4、 工艺原理按隧道开挖新奥法施工原理，进行地质超前预报，为施工探明地质情况，采用合理的注浆加固及掏槽爆破与光面爆破相结合的施工.方案，降低爆破振动速度，减少对围岩扰动，增强围岩的自稳能力，优化调整开挖方案和合理进尺，控制爆破振动的危:害。5、施I：「:艺流程及操作要点1工艺流程图5.2施工工艺及操作要点5.2.1.施工遵循“先预报，预加固，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则，配备水平钻机、地质雷达、TSP203地质预报仪等仪器，采用常规地质法、声波法相结合的综合手段进行地质超前预报，按照“石变我变"的动态原则组织施工。1超前地质预报隧道的地质条件复杂，现阶段地质勘探的深度尚难以全面反映全线的详细地质情况，尤其是夏杂的岩溶地质问题儿乎是不可能的。根据隧道地质条件异常情况，超前地质预报拟采用地质法一物探法一水平钻孔法相结合的综合地质预报手段，各利I手段扬长避短、相互验证，以提高地质超前预报的精度。根据已有的地质勘探资料，对隧道进行补充地质勘探，进一步了解和掌握隧道区内的水文地质条件，对水源及其通道情况作出初步判断。超前地质预报方法：1） 常规地质法：主要有地质素描法、超前水平钻孔法、地质雷达探测法、TSP法。2） 地质素描：开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质悄况，据以指导施工，地质素描在每次开挖后均需进行。3） 超前水平钻孔：通过钻孔设备钻进过程中钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变化对开挖而前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。4） 地质雷达：为提高地质预报的准确型，除采用常规地质法进行地质预报外，同时利用STR-10B型地质雷达进行地质超前预报，其探测范围40m内，是-•种非破坏型的探测技术，具有抗电磁-干扰能力强，分辨率高，图象清晰宜观。5） TSP203地质预报系统技术：TSP（TunnelSeimicPrediction）技术由AMT公司研制，是一种用于超前预报隧道前方地质变化的地下反射技术。利用地震波的反射原理进行地质探测。该设备和技术特别适用于高分辨率的折射微地震探测，以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测，对于掌子面前方及其周围的地质界面情况的位管，均用数据处理后的图象来直接反映，对剪切横波（S波）的数据处理能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率，并能自动进行数据分析。对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果最好，同时预报距离长。节省时间，对施工干扰少，每次爆破记录时间仅需45min,整个量测循环（包括仪器清理）共需2h。2超前预注浆处理隧道施工前根据设计和调查资料，预计可能出现地下水的情况，估计涌水量,选择最佳方案，在施工中对隧道的出水部位、水量及变化规律等做好观测记录，并不断改进和完善施工方案。隧道开挖过程中，常见地下•水的活动，而地卜水的活动也是新奥法实施中产生失败的一个重要因索。其渗透压力可在极短的时间内瓦解围岩的自稳能力，同时也给喷射混凝土带来困难。要解决地下水的水压问题,最好的办法是超前注浆堵水或引排。对隧道穿越浅埋地段及断层破碎带等可能涌突水地段加强综合超前地质预报，在分析超前地质预报所获得的有关资料后，根据不同的地段采用不同的超前加固支护措施。超前加固支护措施，是钻爆法隧道施工中通过软弱、破碎围岩和施工涌水的重要手段，它可有效地防止隧道坍塌、变形、突水等施工灾害的发生。隧道开挖在出水最大，开挖施工安全难以保证时，采取大管棚超前支护措施。当通过注浆加固后，仍存在围宕破碎及散水时，采用小导管注浆超前支护措施。隧道开挖后，隧道周边存在大而积湿渍或渗漏水现象时，采用径向补注浆封堵。1）超前大管棚在出水量大，开挖施工安全难以保证时，按开挖轮廓线，在地层中打入（p108mm钢管形成支护体系。根据地质情况，管棚施作必须有-定的超前长度，并在管内注入浆液，使该段地层形成一个整体，有效地稳定开挖面。管棚的施工可分为：制作导向架（套拱）一钻孔一顶管一封口一注浆。导向架（套拱）：导向架是保证钻孔方向的正确，使其孔向不发生偏斜，施工采用混凝土（止浆墙）作导向架，纵向长度2.0m。施作前，先安装3棉钢拱架。钢拱架安装时，按照倾角1.5。架立。钢拱架安装好后，在钢拱架上标出线路中心，按钢管40cm间距，在拱部定出空口管的位置，并焊接固定。空口管（p127mm,每根长2.0m。钻孔：钻孔时间在套拱混凝土强度达到75%之后，方可进行。因钻孔深度为20m,采用液压潜孔钻钻孔。钻机就位后保证钻机稳定。钻孔顺序由高空位向低空位进行，并间隔错开。在钻到一定深度时，要用测斜仪检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正，深度达到要求后，应边退钻边清孔。顶管：管棚钢管采用无缝钢管，第一节钢管做成尖锥状，起导向和减小摩阻力。钻孔成型后，顶管工作及时进行。顶管采用人工配合机械打入钢管，顶管时，应注意在同一断面内相邻孔的钢管接头至少错开1.Omo注浆封管：浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力控制在2.OMpao注浆方式采用孔口注浆，注浆前，首先用锚固剂将孔口1.5〜2.0m的钢管与孔壁固结，以防跑浆。再对钢管进行封口，并在其端口焊接一根与注浆管相连接的小钢管。管壁按梅花形布置注浆孔，孔径为8〜15mm,间距75cm。注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定。在注浆将达到设计压力前，注入水泥砂浆，以满足管棚设计强度。2）超前小导管注浆为确保隧道开挖时掌子而的稳定，沿隧道拱部或拱墙设置超前小导管注浆支护。超前小导管在钢架完成后，复喷佐前施作。小导管注浆作业包括封面、钻孔、安管、注浆四道工序封面：注浆前喷射径封闭掌子面，防止漏浆，喷层厚度不小于40倾。布孔：按设计环向间距35飞0cm,将小导管位置正确布设在工作面上。钻孔安管：小导管采用（p42nin的无缝钢管加工而成，K度按设计2~3.9m°施工时对钢管尾部焊箍，顶部做成尖椎状，管壁按梅花形布置溢浆孔，孔径为8颇，间距15cm。采川YT-28型风枪成孔，孔眼长度应大于小导管长度。沿钢架腹部将加工好的小导管打入孔中，外插角控制在5〜10度，尾部置于钢架腹部并与钢架焊接，增强共同支护能力。小导管纵向搭接长度注浆：采用双液注浆泉压注水泥、水波璃双液浆，注浆压力控制在0.5〜l.OMpa。在孔口处设置止浆塞，浆液类型及配合比根据地层的渗透系数及地质情况，由现场实验取得参数后确定。小导管注浆量计算：Q=2RRLr]式中：R——浆液扩散半径，取1.5m。L—小导管长度，取5.8m.q——岩体孔隙率，取15%。3）径向补注浆隧道开挖后，隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象时，采取径向注浆进行封堵。注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外0.5-1.0倍洞径。采用风钻在出水部位及其附近钻孔，钻孔直径为50mm左右，钻孔深度应为3.0〜6.0m,梅花形布置。在集中出水点处，间距控制在0.5〜1.0m,在一般渗水处间距控制在1.0〜1.5m。注浆采用＜p42mm钢管,根据钻孔出水部位,在钢管前端2.0m〜3.Oni范围内钻花孔。注浆材料选用超细水泥浆、普通水泥浆或其他特种注浆材料。如水量较大，水泥浆在地层中凝固困难，在浆液中加入外加剂，缩短其凝胶时间，或者使用少量水泥-水玻璃浆液及化学浆液。注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定。5.2.2爆破施工准备确定爆破开挖施工方案D采用掏槽爆破技术和光而爆破技术相结合施工方案。隧道爆破开挖质量，关键在于掏槽爆破技术和周边成型控制爆破技术，掏槽爆破的目的：为后续炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间，隧道周边成型控制爆破技术采用光面爆破施工技术。光面爆破参数的选择，采用工程类比法并结合施工经验综合选取，并由现场爆破试验进行总结和动态调整。确定爆破振动安全标准根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)的规定，爆破振动安全允许标准见表5.2.2爆破振动安全允许标准 表5.2.2序号保护对象类别安全允许振速/(cm/s)<10Hz10Hz"50Hz50Hz~100Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.5、1.00.7、1.21.广1.52一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物2.0~2.52.3〜2.82.7、3.03钢筋混凝土结构房屋3.0~4.03.5~4.54.2"5.04i般古建筑与古迹0.CO.30.2〜0.40.3~0.55水工隧道7~156交通隧道10'207矿山巷道15~30注1:表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。注2：频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据：洞室爆破＜20Hz；深孔爆破10~60Hz；浅孔爆破40\00Hzo2人、材、机配备人员配备：隧道爆破配备人员有爆破技术人员、生产管理人员、爆破员、安全员、凿岩机操作手、爆破辅助工等，所有人员均必须参加由公安部门组织的爆破安全培训并持证上岗。对于作业班组、作业人员要保持相对稳定，人员数量满足施工需要。材料准备：采用当地民用爆炸物品管理部门批准使用品种，主要有非电导爆索、2#岩石硝铉炸约、2#岩石乳化炸药，炸药均采用中25mm和卷装炸约。设备机具配置：设备机具应结合隧道爆破方案、开挖方法、工期要求进行合理配置。配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2-1.5倍。根据围岩类别和开挖方法，掌了而配备钻机台车、气腿式钻机、空气压缩机、半自动施工台架以及其它辅助设备等。7zmccIcccm5.2.3确定开挖方法VXIII■kyVXIII隧道开挖按照新奥法原理施工，根据不同的围岩等级选择不同的开挖方法如全断面法、台阶法、三台阶法、弧形导坑预留核心土等，特别对于软弱围岩、断层破碎带及岩溶地段，严格按照“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为菅，稳步前进”的原则，施工则山人工配合机械开挖或弱爆破进行开挖，稳扎稳打。为提高围岩的自稳能力，对坚硬围岩则主要控制对遗留岩体的损伤，而对软弱破碎围岩则是主要控制围岩的松弛，各开挖方法确定应考虑爆破振动控制和爆后光面层的要求。各级围岩•般开挖方法见表5.2.3。各级围岩开挖方法表5.2.3围岩级别开挖方法机械配备I、II级全断而法、台阶法液压钻机台车配YT28风动隋岩机钻孔，减振光面爆破III级台阶法开挖钻孔平台配YT28风动凿岩机钻孔，减振光而爆破IV级台阶法或三台阶法开挖钻孔平台配YT28风动滑岩机进行上下断而钻孔，减振光面爆破V级导坑预留核心土、三台阶七步法开挖风镐配合机械开挖，减震光面爆破或非爆破法开挖5.2.4掏槽爆破技木掏槽爆破是利用微差爆破的原理，在只有一个临空面条件下，首先在工作面形成较小但有足够深度的槽穴，创造其它炮孔爆破需要的辅助自由面•和破碎岩石膨胀空间，为后起爆装药眼创造有利爆破条件，依次扩大槽腔。这个槽穴是隧道等地下工程施工开挖中的先导，掏槽爆破是实现爆破减振的关键，隧道爆破能否减轻爆破振动，关键在于掏槽爆破能否成功。掏槽爆破若失败，爆蹈未抛掷出去，大部分爆炸能-量将以振动波的形式传播出去，则掘进无进尺，爆破振动大。掏槽型式上要取决于宕性和拘槽眼深度，其主要包括空眼直径、空眼数目，布置掏槽平而儿何形状等方im的控制。在隧道爆破开挖中常使用直眼掏槽和楔形掏槽两种形式。掏槽形式的选择应遵循如下原则：掏槽孔设计越简单越好，易于工人掌握和实现设计；每孔掏出而积大，以节省钻孔劳动量和用药量；首段起爆的何装药孔占中空孔眼数多，可.增大每装药孔的自由而和补偿空间，提高爆破效率；尽可能减少起爆段数；炮眼利用率高。1.直眼掏槽1）为保证减振效果和隧道围岩及地表、附近建筑物的安全，直眼掏槽适用于除韧性岩石之外炮眼深度小于2米的各种硬度围岩条件，尤其更适用于111级~\/级围岩的台阶法、三台阶法、三台阶七步法、导坑预剖核心土等围岩较差较小断面开挖。经现场爆破试稔、掏槽效果观测，直眼掏槽方法采用双孔眼六孔菱形直眼掏槽、相隔双孔眼七孔菱形掏槽和单孔眼五孔菱形掏槽三种型式，清见图1、图2、图3。说明：】、2表示苗管段次;.装药孔0中空孔2） 特点：掏槽眼都垂直于工作而，钻眼互相干扰少，要求钻眼精度高；岩石抛掷不远，爆渣集中，不易崩倒棚了•和损坏设备；韧性岩石不适用。利用中空眼作为其它炮孔临空面，在掏槽区域实现逐孔和少孔起爆，最大限度降低掏槽爆破单响药量，降振效果显著，提高炮孔利用率，装药量可至炮眼深度的85%左右。隧道掘进施工多采用钻头4）32mm的小直径气腿式凿岩机，中空眼间距15~30cm,抵抗线间距25~50cm,中空眼的直径为60~100mm,解决的办法可用多个小直径空眼或毗邻并列的空眼来代替。3） 三种掏槽形式现场施工数据比较表，见表5.2.41掏糟形式施I：数据比较表 表5.2.4-1掏槽型式抵抗距（cm）眼数（个）平均掏槽面积（m2）孔深(cm)起爆段数炸药单耗（kg/m3）W1W2装药孔空孔合计双孔眼六孔菱形直眼掏槽20404261.36520023.11相隔双孔服七孔菱形直眼掏槽20505271.67520023.17单孔眼五孔菱形直眼掏槽20404151.3620023.125由表分析：三种掏槽型式炸药单耗量儿乎相同，以相隔双孔眼七孔菱形宜服掏槽效率最高，单孔眼五孔菱形直眼掏槽效率最小。楔形掏槽1）楔形掏槽形式：楔形掏槽由两排及以上相邻对称的倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形槽，槽可分为水平楔形和垂直楔形掏槽两种