复杂隧洞地质处理方法

复杂隧洞地质处理方法

海床工程经常发现孤石和岩石上升的问题。通过开挖结构，基岩和孤独石严重损坏了结构的机刀和工具，因此有必要经常按压罐中的刀，严重影响施工周期长，成本高。由于工程地质的复杂性,施工过程中如遇到刀盘损坏及地层不具备带压进仓的条件时,将导致整个工程的失败。根据本次工程特点,在研究不同处理方法的基础上,采用了水下爆破法和冲击钻冲孔两种方式进行基岩突起和孤石处理,保证了盾构施工的顺利进行。1岩浆风化残留体台山核电站取水隧洞工程地质相当复杂,穿越6条断层破碎带,被称为“海底盾构第一隧”。根据垂直取芯、水平钻探以及水域地震反射波等多种途径探测,花岗岩分化残留体主要分布在核电岸边300m范围内,1号隧洞有三处风化残留体(其中1处基岩突起,2处孤石群),2号洞有四处风化残留体(2处基岩突起,2处孤石群),即在盾构始发区域前方200m范围内,有3处基岩突起,4处孤石群。本工程中基岩的强度比较高,平均强度高于120MPa,最大达222MPa,该强度远远大于详勘提供的岩石强度。从国内及国外技术现状来说,泥水盾构掘进这样高强度的基岩成功的可能性几乎没有。2孤石群段冲击钻机安装本工程采用冲击钻冲孔和水下爆破两种方式进行基岩的处理,采用水下爆破处理孤石。需处理的基岩段总长为119m(DK0+164~DK0+283),孤石群段为167m(DK0+283~DK0+450)施工区段总共分为4个区,即A区、B区、C区和D区,其中A区、B区、C区为基岩处理段,D区为孤石群段。冲击钻孔区域拟投入1台型号为JB106B液压凿岩钻机,爆破区域投入四台跟管潜孔钻机和12台地质钻机。由于DK0+218~DK0+283段处于海域段,为了加快施工进度,该区段需要石碴回填,回填宽度为21m,长度为65m,总计需要石碴7000m3左右。3削岩钻机冲孔由于DK0+164~K0+183段隧洞基岩为全岩段,爆破处理在该段效果不理想,为了确保盾构的安全、顺利始发,该段采用凿岩钻机冲孔施工方法。冲孔的孔径为30cm,孔间距为60cm,孔底超出隧洞底部30cm。冲孔采用隔孔施工,孔内回填采用砂。主要施工步骤如下:测量放线→钻机定位→冲孔→钻机移位→回填。4爆破试验段设置为了确保盾构掘进的顺利,本工程拟将基岩和孤石爆破为单边长度小于30cm的碎块。为了达到最佳的爆破效果,在DK0+201~K0+196段设置爆破试验段,根据试验段的爆破效果逐步调整钻孔间距、深度以及装药量等参数。回填区域施工方法如下:首先采用跟管潜孔钻机引孔穿透回填层,然后采用地质钻机引孔至设计深度。海上孤石处理主要采用作业平台或炸礁船只和地质钻机施工。4.1管道及抗浮金属吊装体的制备钻孔直径为89mm,为了便于施工和准确控制钻孔方向,采用垂直钻孔形式。该区域主要为回填抛石层,采用跟管钻以防止塌孔。开孔作业时,开孔位置必须准确,一般采用硬合金钻头,并采取导正措施,防止钻具滑离原孔位,钻进0.5m~1.0m后,打入钢套管,钢套管必须牢固地垂直在基岩内0.5m~1.0m处。并改用90mm钻头继续钻进,钻孔深度应达到设计超深位置。下护孔套管,钻孔达到设计超深位置并取出岩芯后,为防止淤泥及流沙重新堵塞孔位,需下护孔套管,将准备好的90mmPVC套管(套管一端封堵,管内注入海水),用钻机压入钢套管内,一直达到设计标高位置,随后起出钢套管。孔内雷管选用毫秒导爆管雷管,起爆雷管选用顺发电雷管,炸药选用乳化炸药,标准直径为Φ60mm,具体根据现场的需要加工。由于炮孔深度较深,需要爆破处理的岩石埋深较深,因此起爆药包采用软钢丝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15m高的水柱,压强相当大,因此在起爆体下方需要悬挂一个抗浮金属吊装体。炮孔采用正向装药起爆,起爆选用电与非电两种方式联合起爆,采用两发瞬发电雷管,且分别属于两个电爆网路,两套网路并联后起爆。4.2爆破破碎部位由于岩石厚度不均,但是考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差(误差累计不得超过10cm),因此,孤石爆破时当单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同;多孔单体爆破时相邻两个炮孔,其中一个炮孔钻至孤石底面(即钻穿),装药至炮孔底部,孤石顶面留10cm不装药,其邻孔孔底距离孤石底面10cm,装药至炮孔底部,孤石顶面留10cm不装药。由于孤石埋深较深,体积较大,厚度不均等,从而导致其一次性爆破破碎难度较大。为了便于施工及爆破破碎效果,采取首先对前排孔进行爆破,然后利用前排空爆破挤压周围土层产生的自由面,再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距均为0.8m~1.2m。每块孤石均钻至无岩石为止,从而可确定出孤石的边界,布孔形式采用矩形或梅花桩形。4.3爆破破碎难度由于基岩埋深较深,为10m~22m,最厚厚度约为9m,从而导致其爆破破碎难度较大。采取与孤石爆破类似的设计,炮孔间排距均为0.8m~1.5m,钻孔超深1.0m~2.0m,装药深度比基岩厚度深约0.8m~1.5m。4.4药包、炮孔的配合根据钻孔参数和验孔情况,提前计算好药包长度,将炸药和雷管装入PVC管内指定的位置。由于孔内有水及少量泥浆,为了顺利装药,需对药包适当配重。由于炸药与孔内的泥浆水比重相近,导致药包无法下沉或下沉后在浮力作用下而无法固定,所以需对药包进行配重抗浮。配重采用粒径0.5cm的碎石,密度约为1.50g/cm3;炸药密度约为0.95g/cm3~1.25g/cm3,此处取1.00g/cm3;孔内泥浆水密度约为1.15g/cm3。PVC管的长度需根据药包长度和配重长度来截取。药包就位且固定后,开始进行堵塞。为防止在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外造成泥浆飞溅,需对其周围的爆破残孔用砂袋覆盖,防止泥浆喷射。在“钻、填、爆、冲、抓”工序施工过程中,工程技术人员按照设计、施工规范要求,精心组织施工,避免事故发生。4.5最大剂量监管确定本次测试采用IDTS3850型爆破震动测试仪进行测试。从表1可以看出,按照最大药量所检测的数据,最大振速为3.2cm/s,小于《爆破安全规程》(GB6722-2003)中安全振速规定。5爆破粒径控制通过把冲击冲孔和水下爆破等技术方法优化组合在一起,组成一个复合工艺处理基岩和孤石。这样,爆破成孔速度大大提高,既能满足施工进度要求又能保证工程质量。从爆破后的验证孔来看,爆破后的粒径控制在20cm以下,满足了盾构掘进的需要。钻孔水下爆破法处理基岩和孤石是成功的。6施工质量及安全防范意识,积极推行爆破工艺技术。根据工程实际合理选择爆破技术参数,保证(1)泥水盾构施工遇孤石群和基岩时不宜采用单一技术方法,要在现有的物质条件下,灵活地采用综合性的技术方法和施工方案,将几种技术方法的长处有机地组合起来,形成特定的工艺,才能迅速、有效地穿透基岩和孤石。(2)施工前精心进行施工组织设计,配齐设备、材料和工具。施工过程中工程技术人员应严格管理,认