盾构区间孤石爆破施工方案.docx
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1、 目录一、 编制说明11.1 编制原则11.2 编制依据1二、工程概况1三、工程地质及水文地质23.1、工程地质概况23.2、补勘调查情况33.3地面情况33.4、水文地质5四、工程重难点分析5五、“孤石”地面处理总体方案55.1、总体施工方案55.2、爆破施工工艺65.3、施工进度计划65.4、施工准备7六、交通疏解方案8七、爆破施工87.1爆破参数设计97.2爆破安全校核167.3爆破施工方法17八、安全保证措施208.1人员组织机构208.2爆破作业安全保证措施218.3爆破器材现场安全管理措施22九、施工应急预案22十、附图24一、 编制说明1.1 编制原则(1)编制的施工组织设计满足
2、和响应合同要求和各项技术标淮;(2)编制的施工组织设计有针对性、技术上先进、适用性强的特点;(3)积极推广、应用新技术、新工艺、新材料、新设备,确保安全、质量、进度要求;(4)采用监控系统和信息反馈系统指导施工;(5)各种技术难题超前进行研究,以预防为主;(6)严格执行东莞市建设行政主管部门对项目施工的安全、质量、文明、环保、卫生健康等有关要求,最大限度减少对周边环境、市民生活的影响,树立良好的工程形象和社会形象。1.2 编制依据(1)东莞市轨道交通R2线2309标地质详勘报告;(2)东莞市轨道交通R2线2309标隧道施工设计图;(3)东莞市轨道交通R2线2309标地质补勘报告;(4)中华人民
3、共和国爆破安全规程(GB 6722-2003);(5)盾构法隧道施工与验收规范(GB50446-2008);(6)东莞市对于爆破作业的相关规定。二、工程概况本标段即东莞市城市快速轨道交通R2线2309标土建工程,共1站1区间,区间线路全长4759.325单延米,车站总长474.354米。包括:1座车站主体(车站部分及物业部分)及附属工程(车站及物业部分通道、出入口、风道、风亭); 1个隧道区间及附属工程(含盾构段、中间风井、临时施工竖井、盾构吊出井及矿山法开挖、矿山法开挖初支盾构拼装管片施工段、盾构端头加固、洞门处理、联络通道及泵房等)。左线ZDK22+181.4ZDK24+841.324,全
4、长为2659.924m;右线YDK22+176.4YDK24+841.324,全长为2664.924m;其中在ZDK22+165.750ZDK22+187.850设中间风井兼矿山法施工竖井。在YDK23+003.0设临时施工竖井兼矿山法施工竖井;在YDK24+165YDK24+181.2设盾构吊出井兼矿山法施工竖井,陈屋站始发井口至吊出井段左线隧道顶板埋深7.019.0米,右线隧道顶板埋深7.918.7米。根据初步设计,YDK24+193.50YDK24+295.0为盾构空推段,该段岩层主要为中等风化花岗闪长岩和微风化花岗闪长岩,先采用矿山法施工暗挖初支,后采用盾构法空推通过,注浆并拼装管片,
5、完成二衬结构。 YDK24+295.0YDK24+841.324 为盾构掘进区间,设计采用1台盾构机进行掘进施工,由车站始发经盾构吊出井吊出后回到车站二次始发,再次向盾构吊出井方向掘进到达后吊出。区间隧道盾构段(盾构空推段和盾构掘进段):右线盾构空推段163.8m,盾构掘进段496.324m;左线盾构空推段101.5m;盾构掘进段546.324m。三、工程地质及水文地质3.1、工程地质概况本标段盾构区间影响范围内地层从上到下为杂填土、软塑状粉质粘土、冲洪积中砂、硬塑状砂质粘性土、全风化花岗闪长岩、强风化花岗闪长岩、中等风化花岗闪长岩、微等风化花岗闪长岩。本标总体不存在砂土液化问题,但局部可能由
6、于地下水位较高、砂土中粘粒含量低、不均匀的松散透镜体分布等原因,存在砂土液化趋势,宜适当考虑加强工程措施。残积土及全、强风化岩颗粒成分具有“两头大,中间小”的特点,即颗粒成分中,粗颗粒(0.5mm)的组分及颗粒小的组分(0.075mm)的含量较多,而介于其中的颗粒成分则较少,根据室内土工试验成果统计。这种独特的组分特征,使其既具有砂土的特征,亦具粘性土特征,同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能的条件,因此当动水压力过大时,容易产生管涌、流土等渗透变形现象。应采取有力的止水措施,避免残积土及全强风化岩遇水强度急剧降低,甚至产生管涌、流土等渗透变形现象。区间内勘探孔揭示有球状风化体发育,其中
7、有数处侵入隧道范围内,对施工有影响。花岗岩风化土中存在的球状风化核,俗称“孤石”,在广东地区是普遍存在的一种地质现象,花岗岩风化土中的球状风化核,其成因是岩浆中的石英富集部分不容易风化所致。由于其埋藏分布及大小是随机的,很难通过地质钻探探明其分布情况。孤石形状各异,大小从几十公分到几米,岩石单轴抗压强度可以达到100MPa以上。相对于孤石的强度,周边风化土层强度小很多。3.2、补勘调查情况右线:盾构掘进段YDK24+650.641726.930为微风化花岗闪长岩硬岩段,长76.29m,最高处距底板约为9m,占据整个隧道空间,与顶板底板均相接。岩石致密、坚硬,锤击声脆,合金钻进困难,石英含量较多
8、;同时线路上伴有大量球状风化体中、微风化花岗闪长岩(孤石段),与顶板底板均不相接 。左线:盾构掘进段ZDK24+638.460ZDK24+719.683(长81.22m)和 ZDK24+777.129ZDK24+796.269(长19.14m),两段均为微风化花岗闪长岩,与底板相接,最高处距底板7.00m。岩石致密、坚硬,锤击声脆,合金钻进困难;同时线路上伴有大量球状风化体中等风化花岗闪长岩、微风化花岗闪长岩(孤石段)与顶板底板均不相接。 通过补勘对边界的探明,右线硬岩及孤石段约为99m,左线硬岩及孤石段约为145m。3.3地面情况盾构区间沿S256国道进入商业区及厂房。盾构空推区主要在厂房下
9、方穿行。见下图。“孤石”段分布示意图3.4、水文地质地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂质粘性土层中。地下水位埋深3.08.0m,以孔隙潜水为主,人工填土层中存在上层滞水。残积土孔隙水含水层性质为砂质粘性土,透水性和富水性均较弱。基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中等风化带中。基岩的含水性、透水性受岩体的结构、构造、裂隙发育程度等的控制,由于岩体的各向异性,加之局部岩体破碎、节理裂隙发育,导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。岩体的节理、裂隙发育地带,地下水相对富集,透水性也相对较好,反之不然。总体上,基岩裂隙水发育具非均一性。区间范围内冲洪积砂层分布规律性
10、差,主要呈透镜状分布,局部层状分布,级配较好,分选较差,砂层总厚度大体在1.411.0m,埋深0.813.7m不等,砂层粘粒含量较大,富水性及透水性一般,含水量一般;粉质粘土及砂质粘性土富水性及透水性较差,含水量较小,为相对隔水层。局部地段含水层与相对隔水层交错分布,因此在区间范围地下水局部具有微承压性,相对于含水层顶面承压水头高26m。四、工程重难点分析通过补充勘探,可以发现在较短的盾构区间集中存在大量的串状“孤石”群,且“孤石”抗压强度fr=121.0128.0MPa,相对于孤石的强度,周边风化土层强度小很多。盾构掘进过程中,很容易出现孤石不能被滚刀破碎,在刀盘前滚动,严重损坏刀具和刀盘的
11、现象。同时孤石存在于自稳能力不好的殘积层,洞内基本上无条件直接进行处理,因此盾构在存在孤石的花岗岩殘积层中掘进,将面临极大的施工风险,严重影响工程进度及成本。盾构机作为一种施工工具,其功能完全取决于施工的对象,即围岩的特性,并非在任何地层条件下,盾构法都是可以适用。因此,必须对本标段盾构掘进中孤石的破碎条件和预处理方法进行明确,以降低工程风险和加快施工进度。五、“孤石”地面处理总体方案深孔控制爆破法的优点:避免盾构机开仓安全风险,减小隧道洞内处理空间限制。爆破施工工艺:采用地质钻探方法进一步探明“孤石”位置,确定需地面处理的范围,对已探明“孤石”的采用地面地质钻垂直打孔,装炸药爆破隧道范围内岩
12、石,使岩石成为单边长度小于30cm的碎块,确保盾构机顺利出碴及正常通过孤石区段。5.3、施工进度计划目前,根据补勘所揭示的地质,需要进行地面占道爆破的区间线路长度约为240米,考虑到孤石段主要分布在盾构区间左右线的三个区域内,因此我们将根据孤石群的位置将孤石处理分为三片区域,并相应地进行三次交通疏解。初步计划如下: 一期施工:施工准备阶段(包括征地拆迁):2012年3月15日2012年3月31日;一期围蔽施工及交通疏解:2012年4月1日2012年4月5日;地面爆破施工:2012年4月6日2012年5月15日;路面恢复:2012年5月16日2012年5月20日;本期围蔽占道长99m、宽10m,
13、占到面积990m2,交通疏解在一期围挡北端开始有双向八车道变为双向四车道,车流导向围挡东侧进行疏解。二期施工:二期围蔽施工及交通疏解:2012年5月21日2012年5月25日;地面爆破施工:2012年5月26日2012年6月25日;路面恢复:2012年6月26日2012年6月30日;本期围蔽占道长80m、宽10m,占到面积800m2,交通疏解在二期围挡北侧开始有双向八车道变为双向四车道,车流导向围挡西侧,到达陈屋站围挡北端后,车流导向陈屋站围挡东侧道路进行疏解。三期施工:三期围蔽施工及交通疏解:2012年7月1日2012年7月5日;地面爆破施工:2012年7月6日2012年7月25日;路面恢复
14、:2012年7月26日2012年7月30日;本期围蔽占道长35m、宽10m,占到面积350m2,交通疏解在三期围挡北端开始有双向八车道变为双向四车道,车流导向陈屋站围挡东侧进行疏解。详见下表所示: 施工进度计划表序号工序名称201234567一、一期施工1施工准备阶段2围蔽施工及交通疏解3地面爆破施工4路面恢复二、二期施工1围蔽施工及交通疏解2地面爆破施工3路面恢复三、三期施工1围蔽施工及交通疏解2地面爆破施工3路面恢复 名 称型 号单 位数 量备 注地质钻机YT100台20名 称单 位数 量备 注乳化炸药吨5吨25米导爆管雷管发5000钻杆米500钻头个100钢板张20砂袋个若干石头立方米1
15、20六、交通疏解方案为保证盾构始发工期,“孤石”地面爆破处理主要分为左线右线两个施工区域,在保证莞太路车辆正常通行的前提下,前后对右线及左线施工区域进行整体围蔽,并进行交通疏解。 交通疏解分三期实施,每期施工内容及交通疏解方案如下:(1)第一期交通疏解盾构区间一期交通疏解具体情况如下:施工内容:盾构区间右线“孤石”段里程为YDK24+653.27-YDK24+762.64,沿着隧道线路方向,两侧各延伸1.5m,进行围蔽施工。利用莞太路东侧剩余4车道作为交通疏解道,保证双向4车道通行能力。围蔽面积为990平方米。(2)第二期交通疏解施工内容:盾构区间左线“孤石”段里程为ZDK24+682.71-
16、ZDK24+762.71,沿着隧道线路方向,两侧各延伸1.5m,进行围蔽施工。拆除部分中间隔离带,利用莞太路西侧剩余4车道作为交通疏解道,保证双向4车道通行能力。围蔽面积为800平方米。(3)第三期交通疏解施工内容:为处理盾构区间左线剩余的“孤石”,沿着车站围蔽向前延伸35米,进行围蔽施工。利用莞太路剩余4车道作为交通疏解道,保证双向4车道通行能力。围蔽面积为350平方米。七、爆破施工由于本工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约1018m的位置,因此无法采取手风钻进行钻孔爆破施工。结合本工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量,决定采用地质钻机进行钻孔。(1)钻孔直径采用地质钻机钻孔,土层钻孔孔
17、径、岩石钻孔孔径均为110mm,下直径90mm的PVC套管。(2)钻孔形式为了便于施工和准确控制钻孔方向,采用垂直钻孔形式。钻孔过程中用泥浆护孔,必要时下钢套筒。成孔后下90mm的PVC套管护孔,套管底需安有堵头,爆破前孔口需遮盖,防止异物掉入堵塞炮孔。(3)火工器材选型孔内雷管选用毫秒导爆管雷管,起爆雷管选用导爆管,炸药选用乳化炸药,标准直径为60mm,具体根据现场的需要加工。(4)装药结构及起爆网络由于炮孔深度较深,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。
18、由于起爆体上方有约20米高的水柱,压强相当大,因此起爆体需配重抗浮。炮孔采用正向装药起爆,起爆选用非电爆破网路,采用激发针起爆,每个炮孔装两发雷管,且分别属于两个爆破网路,两套网路并联后起爆。网路示意图如下所示:图2-1 爆破网络示意图(5)单耗计算由于本工程需要爆破处理的岩石位置较深,因此无法采取手风钻进行钻孔爆破施工。结合本工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量,决定采用地质钻机进行钻孔。依据瑞典的设计方法,单位耗药量计算: q=q1+q2+q3+q4式中 q1基本装药量,是一般陆地梯段爆破的两倍(本工程爆破对象位于地下1522m左右,且存在地下水,故视为水下爆破)。对水下垂直钻孔,再增
19、加10%。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q1=0.5kg/m3,则水下钻孔q1=1.0kg/m3,水下垂直孔q1=1.1kg/m3; q2爆区上方水压增量,q2=0.01h2; h2水深,m; q3爆区上方覆盖层增量,q3=0.02h3; h3覆盖层(淤泥或土、砂)厚度,m; q4岩石膨胀增量,q4=0.03h; h梯段高度,m。本工程h=4m,h2平均取20m,h3=18m q1=1.1kg/m3q=1.1+0.0120+0.0218+0.036=1.84kg/m3。在爆破作业过程可参照上述数据试爆后,针对具体情况调整爆破参数。(6)布孔形式与装药结构1)孤石爆破因孤石厚度不均,但是考虑
20、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。布孔形式采用矩形或梅花桩形,布孔平面如图示:图2-2 孤石爆破装药结构示意图图2-3 孤石爆破布孔平面示意图表2-1 不同体积下装药量参数表岩石体积(m3)0.81.01.52345装药量(kg)1.471.842.763.685.527.369.202)基岩爆破由于基岩埋深较深,为1022m,最
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