精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業城市地鐵盾構施工硬巖處理施工技術摘要：本文通過兩個工程實例，對城市地鐵盾構施工硬巖處理常用的豎井開挖和深孔爆破處理技術進行簡要描述和分析，重點介紹了兩種方案的選取經過和施工過程中的重難點技術，對今后類似工程有一定借鑒作用。關鍵詞：地鐵；盾構；硬巖；處理；技術在盾構法隧道施工過程中，經常會遇到隨機分布的球狀花崗巖和基巖，且球狀花崗巖形狀大小各異、強度不一，而基巖使隧道內巖土層軟硬不均。在這類地層中掘進效率低，刀盤刀具磨損嚴重，易產生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨、線路偏移等，處理速度較慢，影響施工進度，有時甚至需變更設計，成本花費高，經濟效益差。怎樣處理好盾構掘進過程中所遇到的球狀花崗巖和基巖突起，是當前盾構法施工中一個較大的技術難題。1豎井處理某盾構區間在掘進至176環時，控制參數突變，掘進速度急速下降，刀盤扭矩波動大，碴溫持續升高，出碴量無法控制，立即停機處理。為探明地質情況，立即對刀盤前方加密地質鉆孔進行補勘，巖芯試驗報告表明最高強度已達到176.6Mpa。經對掘進情況進行綜合分析，認為盾構機已進入上軟下硬地層，且刀具磨損嚴重，必須進行硬巖處理并換刀具后才能通過。1.1工程概況及方案選擇周邊環境：盾構停機位置處于新湖路北側，北臨萬佳停車場、華美居A座商業樓，隧道上方為人行道和綠化帶，上部有自來水管、污水管、燃氣管。地質狀況：隧道頂部地層由地面至下依次為7m的素填土和填石層、3.7m硬塑狀淤泥質粘土、1.6m礫砂層，隧道范圍內為：2.5m礫砂層、1.2m殘積層⑥1礫質粘性土、1.1m左右的全風化花崗巖、1.5m左右的微風化花崗巖（高強度）。隧道頂板覆土厚度為12.3m。方案選擇：為使盾構機盡快恢復正常施工，首先進行了帶壓進倉更換刀具作業，更換過程中發現大量刀具已受到破壞性的損壞，且在帶壓過程中地面出現了多次漏氣現象，保壓困難，還剩余4把刀沒有更換完成，無法保證在洞內由NFM盾構機完成硬巖的處理。隨后決定采用人工挖孔樁的方式處理硬巖，因挖孔樁開挖遇砂層后，多次發生涌水涌砂現象，采取措施后仍無法完成挖樁施工。鑒于以上情況，綜合地層狀況（填石層和礫砂層無法保壓）、周邊環境（官線較少且為綠化帶，有開挖條件）等相關情況，最后決定采用原位豎井開挖后處理硬巖并在豎井內敞開換刀方案。相關情況見圖1。圖1豎井開挖處理方案圖1.2豎井處理方案豎井開挖范圍為：線路方向為刀盤前方4m，刀盤后方2.25m，垂直線路方向為6.5m。豎井初期支護采用I22型鋼支撐與30cm厚C20網噴混凝土。在豎井開挖范圍外采用Φ800素混凝土灌注樁＋樁間雙管旋噴樁進行地層加固并阻斷填石層和礫砂層中的地下水，然后按常規方法開挖豎井，開挖完成后硬巖采用人工鑿除和靜態爆破的方式處理。完成巖石處理和敞開換刀工作后，隧道范圍內及隧道頂板以上2米采用M10砂漿進行回填，其他部位采用粘性土回填至地表。具體詳見圖1。施工步驟如下：①施工準備、管線改遷→②素混凝土灌注樁+雙管旋噴樁間止水→③豎井位置放樣、井圈施工→④提升系統安裝→⑤第一循環豎井開挖、鋼筋網、鋼架安裝及噴砼→⑥進入下一循環→…⑦完成豎井開挖、支護→⑧刀盤前方硬巖處理、清理刀盤和換刀→⑨豎井回填→⑩路面恢復、盾構掘進。1.2.1豎井1）素樁采用相鄰樁隔孔施工方式。盾殼上方的素樁采用回轉鉆機施工，其余素樁采用沖孔樁機施工。2）豎井開挖：每循環開挖由基坑中心向四周進行，因水量較大，后采用臺階式分段開挖，然后在井筒中央挖設超前集水井并及時抽排。刀盤范圍的鋼架與刀盤焊接，盾殼兩側鋼架與盾殼焊接進行加固，鋼架焊接必須緊密、牢靠，確保整個支護體系閉合、穩定、安全。3）刀盤附近范圍豎井開挖補強措施素混凝土和旋噴樁施工期間為保證盾構機安全，可能對盾殼上部70cm范圍內土體未充分加固和有效止水。因此在豎井開挖接近至刀盤頂部70cm時，通過風鉆引孔，打設長4.5m，φ42mm的小導管，并注水泥—水玻璃雙液漿加固盾殼上方土體后才繼續豎井的分步開挖施工。為防止水泥漿液凝固后抱死盾殼，需在注雙液漿之前，先在盾殼周圍注聚氨酯，施工工藝與注水泥漿相同。聚氨酯是一種膨脹性的高分子材料，在遇水膨脹后可起到將盾殼與雙液漿液隔離和止水作用1.2.2豎井內硬巖的破除主要采用風鎬和風鉆鉆孔靜態爆破的方式進行。在用風鉆鉆孔后將膨脹劑裝入孔內，然后封孔，約10個小時后，膨脹劑使巖石預裂后采用人工手持風鎬的方法將其破除。豎井前方的硬巖根據地層穩定情況，硬巖頂部采用預注漿的方式加固風化層，然后對巖層采用暗挖小導洞的方式開挖處理，必要時采用方木＋木板噴射混凝土臨時支護。當完成一段硬巖的處理后及時進行填充處理。硬巖鑿除施工時，需要準確對硬巖的深度進行測量，避免出現由于鑿除長度、深度不夠而處理不夠徹底現象，造成后續掘進困難的情況。當完成設定范圍的巖石處理后，對掘進方向的其他硬巖是否需處理，必須評估后再決定。1.2.3豎井回填在盾構刀盤修理及刀具更換結束后，進行盾構機刀盤試運轉。確認盾構機自身滿足掘進條件后，回填施工豎井。隧道范圍內及隧道頂面以上2米均采用M10砂漿進行回填，其他部位采用粘性土進行回填至地面以下300mm，最后進行場地恢復。在回填前先用膨潤土泥漿將盾構機回填由下至上分層（每層1m）進行，首先鑿除盾構開挖輪廓范圍內井壁網噴砼并割除型鋼支架，然后回填砂漿。每個循環過程中做好工序銜接，確保工作連續、快速。在拆除支撐后立即回填砂漿，確保基坑穩定、安全。在等強完成之后，拆除上一層的支撐，開始進行下一循環的回填。2深孔爆破處理某工程經勘探在盾構區間右線揭露了一段硬巖，需處理侵入隧道巖石范圍為：豎向近3.3m，沿隧道方向20m。在左線隧道中線位置揭露出長約3m范圍的球狀風化地層，微風花花崗巖層正處于隧道中心位置，因房屋影響未能全面揭露球狀風化地層。由于硬巖突起段與球狀花崗巖的存在影響盾構施工，需提前將其處理。2.1工程概況及方案選擇周邊環境：該段位于寶安區新湖路上，南側100m外為海灣中學，北側15m外為芙蓉樓和龍年電子有限公司，其樁基礎均為鉆孔樁型式，深入隧道底下1.6m～8m。隧道上方分布著大量的地下管線，包括雨水、污水、上水、電信、電力、燃氣、路燈管線地質情況：地面0～4.5m為素填土(夾塊石)、4.5～8.8m為填石；8.8～17.6m為砂質粘性土；再往下為全、強、中及微風化層。地下水豐富，隧頂埋深13～13.6m，隧底埋深20～20.6m。方案選擇：由于需要爆破處理的巖石位于地表下約15～20m，且地面下4.5～8.8m為拋石擠淤層，隧道頂多為砂質粘性土或全風化花崗巖，清除侵入隧道的球狀花崗巖和基巖，若采用盾構掘進時在洞內處理的方式將面臨掘進工作面可能出現涌砂突泥，也可能引起隧道頂部地面沉降過大危及附近樓房安全等風險。若采用地面沖孔碎巖方式又存在大量管線改遷耗時長，入巖速度較慢等問題。為此，最優的辦法是采用地面鉆孔爆破，將球狀花崗巖和基巖突起提前預處理，使其破碎成粒徑較小的碎塊，以便盾構2.2深孔爆破處理方案首先采用地質雷達和超生波探明地下管線并作標識，對已探明基巖突起和球狀花崗巖采用地面地質鉆垂直打孔（孔徑110mm，下直徑90mm的PVC套管），裝炸藥爆破隧道范圍內巖石，使巖石成為單邊長度小于20cm的碎塊。雷管選用15m非電雷管，炸藥選用乳化炸藥，標準直徑為Φ60mm，具體根據現場的需要加工。裝藥后用中粗砂或碎石作堵塞物。2.2.1爆破參數設計1）單耗計算依據瑞典的設計方法，單位耗藥量計算：q=q1+q2+q3+q4式中q1—基本裝藥量，是一般陸地梯段爆破的兩倍（本工程爆破對象位于地下15～20m左右，且存在地下水，故視為水下爆破）。對水下垂直鉆孔，再增加10%。例如普通堅硬巖石的深孔爆破平均單耗q1=0.5kg/m3，則水下鉆孔q1=1.0kg/m3，水下垂直孔q1=1.1kg/m3；q2—爆區上方水壓增量，q2=0.01h2；h2—水深，平均取16mq3—爆區上方覆蓋層增量，q3=0.02h3；h3—覆蓋層（淤泥或土、砂）厚度，15mq4—巖石膨脹增量，q4=0.03h；h—梯段高度，3mq=1.1+0.01×16+0.02×15+0.03×3=1.65在爆破作業過程可參照上述數據試爆后，針對具體情況調整爆破參數。2）布孔形式與裝藥結構①基巖爆破由于基巖埋深較深，侵入隧道內最高約3.3米，導致爆破破碎難度較大，為了便于施工及保證破碎效果，采取首先對前排孔（基巖外側）進行爆破，然后利用前排孔爆破擠壓周圍土層產生的自由面，再對后排孔進行逐個起爆。施工時，首先選擇兩端和中間巖石較薄的地方開始鉆孔，然后逐步向后推進。炮孔間排距均為0.6m，鉆孔超深0.5~0.8m，裝藥深度比基巖厚度深約0.4~0.6m，裝藥參數見下表一。表一基巖突起裝藥參數表臺階高度H（m）超深h(m)孔距a(m)排距b(m)孔深L(m)單耗㎏/m3裝藥Q（㎏）裝藥形式1.00.40.60.61.41.651.48連續2.00.50.60.62.51.652.64分層3.00.60.70.73.61.654.81分層具體鉆孔平面布置及基巖最后處的裝藥結構如圖二、圖三所示：圖2基巖爆破布孔平面示意圖炸藥炸藥超深炸藥堵塞地面隧道底面需爆破巖石其中=孔距，=排距超深=(0.5～0.8)堵塞圖3厚度3.0m基巖爆破裝藥結構示意圖②球狀花崗巖爆破因孤石厚度不均,考慮到測量以及藥包吊裝過程中產生的誤差(誤差累計不得超過10cm)。孤石爆破時，單孔單體爆破時裝藥長度與巖石厚度相同,多孔單體爆破時，布孔形式為矩形，與基巖爆破形式接近，相鄰兩個炮孔，其中一個炮孔鉆至孤石底面（即鉆穿），裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10cm不裝藥；其鄰孔孔底距離孤石底面10cm，裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10cm不裝藥。鉆孔時，先找出孤石邊界（即以設計參數中的孔間距向外擴展鉆孔，直至鉆出的孔內沒有巖石為止，則可確定孤石的邊界），從邊界開始進行爆破，一點一點向內推進。裝藥參數見下表二。表2球狀花崗巖裝藥參數表巖石體積（m3）0.20.50.81.01.52345裝藥量（kg）0.330.831.321.652．483.304.956.608.25球狀花崗巖爆破鉆孔裝藥結構如圖4所示：圖4球狀花崗巖爆破裝藥結構示意圖2.2.2起爆網路設計由于炮孔深度達到約20米，需要爆破處理的巖石在地表下約15～20m，且孔中有水，因此，起爆藥包采用軟鋼絲或繩懸吊于爆破點的位置，且一端固定于孔口位置，標高誤差不得大于10cm。藥包裝在特制的PVC管體內，該起爆體須具有較好的防水性能。由于起爆體上方有約15米高的水柱，壓強相當大，因此在起爆體內要適當用碎石配重，以利于起爆體的就位。炮孔采用正向裝藥起爆，每個藥包至少裝兩發非電雷管，且分別屬于兩個爆破網路，兩套網路并聯后起爆。網路示意圖如下圖5所示：圖5爆破網絡圖2.2.3單段最大允許裝藥量計算建筑物距離最近的爆破點距離約20米。根據國家《爆破安全規程》及深圳市公安局的規定，一般民房所能承受的最大允許安全震動速度為1cm/s。根據公式Qmax=（Vmax/K）3/α*R3Q-----最大一段裝藥量，kgV-----爆破地震安全速度，1cmR-----爆破區至被保護物距離，取20m-----藥量指數，取m=1/3k----與爆破場地條件有關系數，取k=160α----與地質條件有關系數，α=1.9經計算單段最大裝藥量為2.65kg，在施工中嚴格控制不超過此值，且爆破作業時，須做好爆破振動和地表位移監測，以便及時反饋數據，進一步指導施工。2.2.4安全防護措施地下爆破不會有飛石產生，但爆破后產生的高壓氣體會將炮孔內的泥漿壓出孔外，為防止泥漿飛濺，爆破作業時，在鉆孔上面鋪上鐵板，并用沙包壓住。爆破前設置警戒線，并鳴哨警示。2.2.5管線保護因爆破硬巖處理段隧道沿線分布著大量的地下管線，包括雨水、污水、電力、燃氣等，在施工中應注意保護管線，嚴格控制單段裝藥量，使震速達到設計要求。雨水、污水管道在此震速下無需做特殊保護。而燃氣、電力管線需提前進行保護處理，事前把管線挖開，在管線周圍1米范圍填上細砂，使其在震動下有一定的緩沖，減小震動對其的影響3.體會城市地鐵隧道盾構工法施工前必須進行地質補堪，有條件時鉆孔盡