隧道富水區(qū)光而爆破施工工法1、前言在隧道施工中，地下?水對圍巖穩(wěn)定性的影響舉足輕重，其主要表現(xiàn)在以下.兒個方面：軟化圍巖、軟化結(jié)構(gòu)而、承壓水的水壓作用。地質(zhì)條件的好壞是決定工程造價、施工難易及施工安全等的重要因素。隧道工程的施工與地質(zhì)條件密切相關，山于受勘探條件和自然條件的影響，圍巖的組成及節(jié)理發(fā)育情況難以預知，加之地層本身的地質(zhì)也存在微妙的變化。在隧道富水區(qū)開挖施工需要解決的兩個重要問題是:1注漿封水降低地下水對圍巖的軟化、侵蝕，加固圍巖;2根據(jù)新奧法原理，減少超欠挖，最大限度地降低爆破振動，減少對圍巖利支護體系的振動，加強圍巖的自穩(wěn)能力。在XXX隧道富水區(qū)的施工中，采用合理的注漿加固光爆施工方法，其經(jīng)濟效益、社會效益顯著。本工法就是根據(jù)上述工程實踐編寫而成。2、 工法特點1.加強地質(zhì)超前預報和監(jiān)控量測，以信息化施工手段指導施工。2.2,以科學技術為手段，采用先進施工技術，程序化、規(guī)范化施工，降低成本。2.3.根據(jù)圍巖及富水情況進行合理的注漿加固、鉆爆設計，實現(xiàn)減振光面爆破。減少對保留圍巖的擾動，減少超欠挖，使隧道斷而成型好，增強圍巖的自穩(wěn)能力。2.4.不斷優(yōu)化施工組織設計，使施工組織設計更趨于合理，避免因施工組織不合理造成的浪費。nVxIIlakyVXIII3、 適用范圍本工法適用于長大隧道及條件相似的其他隧道及地下工程。4、 工藝原理按隧道開挖新奧法施工原理，進行地質(zhì)超前預報，為施工探明地質(zhì)情況，采用合理的注漿加固及掏槽爆破與光面爆破相結(jié)合的施工.方案，降低爆破振動速度，減少對圍巖擾動，增強圍巖的自穩(wěn)能力，優(yōu)化調(diào)整開挖方案和合理進尺，控制爆破振動的危:害。5、施I：「:藝流程及操作要點1工藝流程圖5.2施工工藝及操作要點5.2.1.施工遵循“先預報，預加固，短進尺，弱爆破，強支護，早封閉”的原則，配備水平鉆機、地質(zhì)雷達、TSP203地質(zhì)預報儀等儀器，采用常規(guī)地質(zhì)法、聲波法相結(jié)合的綜合手段進行地質(zhì)超前預報，按照“石變我變"的動態(tài)原則組織施工。1超前地質(zhì)預報隧道的地質(zhì)條件復雜，現(xiàn)階段地質(zhì)勘探的深度尚難以全面反映全線的詳細地質(zhì)情況，尤其是夏雜的巖溶地質(zhì)問題兒乎是不可能的。根據(jù)隧道地質(zhì)條件異常情況，超前地質(zhì)預報擬采用地質(zhì)法一物探法一水平鉆孔法相結(jié)合的綜合地質(zhì)預報手段，各利I手段揚長避短、相互驗證，以提高地質(zhì)超前預報的精度。根據(jù)已有的地質(zhì)勘探資料，對隧道進行補充地質(zhì)勘探，進一步了解和掌握隧道區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件，對水源及其通道情況作出初步判斷。超前地質(zhì)預報方法：1） 常規(guī)地質(zhì)法：主要有地質(zhì)素描法、超前水平鉆孔法、地質(zhì)雷達探測法、TSP法。2） 地質(zhì)素描：開挖后利用羅盤儀、地質(zhì)錘、放大鏡、皮尺等簡單工具對開挖面圍巖級別、巖性、圍巖風化變質(zhì)情況、節(jié)理裂隙、產(chǎn)狀、斷層分布和形態(tài)、地下水等情況進行觀察和測定后，繪制地質(zhì)素描圖，通過對洞內(nèi)圍巖地質(zhì)特征變化分析來推測開挖面前方的地質(zhì)悄況，據(jù)以指導施工，地質(zhì)素描在每次開挖后均需進行。3） 超前水平鉆孔：通過鉆孔設備鉆進過程中鉆速、沖洗液、巖屑和巖粉的變化對開挖而前方較短距離內(nèi)的地質(zhì)情況進行判斷，為提高其預報的準確度，與地質(zhì)素描配套使用。4） 地質(zhì)雷達：為提高地質(zhì)預報的準確型，除采用常規(guī)地質(zhì)法進行地質(zhì)預報外，同時利用STR-10B型地質(zhì)雷達進行地質(zhì)超前預報，其探測范圍40m內(nèi)，是-?種非破壞型的探測技術，具有抗電磁-干擾能力強，分辨率高，圖象清晰宜觀。5） TSP203地質(zhì)預報系統(tǒng)技術：TSP（TunnelSeimicPrediction）技術由AMT公司研制，是一種用于超前預報隧道前方地質(zhì)變化的地下反射技術。利用地震波的反射原理進行地質(zhì)探測。該設備和技術特別適用于高分辨率的折射微地震探測，以及對斷裂帶和巖體強度降低的軟弱破碎帶的探測，對于掌子面前方及其周圍的地質(zhì)界面情況的位管，均用數(shù)據(jù)處理后的圖象來直接反映，對剪切橫波（S波）的數(shù)據(jù)處理能籍以提高含水斷裂帶和地質(zhì)構(gòu)造走向的辨識率，并能自動進行數(shù)據(jù)分析。對不同巖體及斷層帶等界面、富水地段的預報效果最好，同時預報距離長。節(jié)省時間，對施工干擾少，每次爆破記錄時間僅需45min,整個量測循環(huán)（包括儀器清理）共需2h。2超前預注漿處理隧道施工前根據(jù)設計和調(diào)查資料，預計可能出現(xiàn)地下水的情況，估計涌水量,選擇最佳方案，在施工中對隧道的出水部位、水量及變化規(guī)律等做好觀測記錄，并不斷改進和完善施工方案。隧道開挖過程中，常見地下?水的活動，而地卜水的活動也是新奧法實施中產(chǎn)生失敗的一個重要因索。其滲透壓力可在極短的時間內(nèi)瓦解圍巖的自穩(wěn)能力，同時也給噴射混凝土帶來困難。要解決地下水的水壓問題,最好的辦法是超前注漿堵水或引排。對隧道穿越淺埋地段及斷層破碎帶等可能涌突水地段加強綜合超前地質(zhì)預報，在分析超前地質(zhì)預報所獲得的有關資料后，根據(jù)不同的地段采用不同的超前加固支護措施。超前加固支護措施，是鉆爆法隧道施工中通過軟弱、破碎圍巖和施工涌水的重要手段，它可有效地防止隧道坍塌、變形、突水等施工災害的發(fā)生。隧道開挖在出水最大，開挖施工安全難以保證時，采取大管棚超前支護措施。當通過注漿加固后，仍存在圍宕破碎及散水時，采用小導管注漿超前支護措施。隧道開挖后，隧道周邊存在大而積濕漬或滲漏水現(xiàn)象時，采用徑向補注漿封堵。1）超前大管棚在出水量大，開挖施工安全難以保證時，按開挖輪廓線，在地層中打入（p108mm鋼管形成支護體系。根據(jù)地質(zhì)情況，管棚施作必須有-定的超前長度，并在管內(nèi)注入漿液，使該段地層形成一個整體，有效地穩(wěn)定開挖面。管棚的施工可分為：制作導向架（套拱）一鉆孔一頂管一封口一注漿。導向架（套拱）：導向架是保證鉆孔方向的正確，使其孔向不發(fā)生偏斜，施工采用混凝土（止?jié){墻）作導向架，縱向長度2.0m。施作前，先安裝3棉鋼拱架。鋼拱架安裝時，按照傾角1.5。架立。鋼拱架安裝好后，在鋼拱架上標出線路中心，按鋼管40cm間距，在拱部定出空口管的位置，并焊接固定。空口管（p127mm,每根長2.0m。鉆孔：鉆孔時間在套拱混凝土強度達到75%之后，方可進行。因鉆孔深度為20m,采用液壓潛孔鉆鉆孔。鉆機就位后保證鉆機穩(wěn)定。鉆孔順序由高空位向低空位進行，并間隔錯開。在鉆到一定深度時，要用測斜儀檢查孔的傾角是否正確，以便及時進行糾正，深度達到要求后，應邊退鉆邊清孔。頂管：管棚鋼管采用無縫鋼管，第一節(jié)鋼管做成尖錐狀，起導向和減小摩阻力。鉆孔成型后，頂管工作及時進行。頂管采用人工配合機械打入鋼管，頂管時，應注意在同一斷面內(nèi)相鄰孔的鋼管接頭至少錯開1.Omo注漿封管：漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在2.OMpao注漿方式采用孔口注漿，注漿前，首先用錨固劑將孔口1.5?2.0m的鋼管與孔壁固結(jié)，以防跑漿。再對鋼管進行封口，并在其端口焊接一根與注漿管相連接的小鋼管。管壁按梅花形布置注漿孔，孔徑為8?15mm,間距75cm。注漿材料配合比應根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗確定。在注漿將達到設計壓力前，注入水泥砂漿，以滿足管棚設計強度。2）超前小導管注漿為確保隧道開挖時掌子而的穩(wěn)定，沿隧道拱部或拱墻設置超前小導管注漿支護。超前小導管在鋼架完成后，復噴佐前施作。小導管注漿作業(yè)包括封面、鉆孔、安管、注漿四道工序封面：注漿前噴射徑封閉掌子面，防止漏漿，噴層厚度不小于40傾。布孔：按設計環(huán)向間距35飛0cm,將小導管位置正確布設在工作面上。鉆孔安管：小導管采用（p42nin的無縫鋼管加工而成，K度按設計2~3.9m°施工時對鋼管尾部焊箍，頂部做成尖椎狀，管壁按梅花形布置溢漿孔，孔徑為8頗，間距15cm。采川YT-28型風槍成孔，孔眼長度應大于小導管長度。沿鋼架腹部將加工好的小導管打入孔中，外插角控制在5?10度，尾部置于鋼架腹部并與鋼架焊接，增強共同支護能力。小導管縱向搭接長度注漿：采用雙液注漿泉壓注水泥、水波璃雙液漿，注漿壓力控制在0.5?l.OMpa。在孔口處設置止?jié){塞，漿液類型及配合比根據(jù)地層的滲透系數(shù)及地質(zhì)情況，由現(xiàn)場實驗取得參數(shù)后確定。小導管注漿量計算：Q=2RRLr]式中：R——漿液擴散半徑，取1.5m。L—小導管長度，取5.8m.q——巖體孔隙率，取15%。3）徑向補注漿隧道開挖后，隧道周邊存在大面積濕漬或滲漏水現(xiàn)象時，采取徑向注漿進行封堵。注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外0.5-1.0倍洞徑。采用風鉆在出水部位及其附近鉆孔，鉆孔直徑為50mm左右，鉆孔深度應為3.0?6.0m,梅花形布置。在集中出水點處，間距控制在0.5?1.0m,在一般滲水處間距控制在1.0?1.5m。注漿采用＜p42mm鋼管,根據(jù)鉆孔出水部位,在鋼管前端2.0m?3.Oni范圍內(nèi)鉆花孔。注漿材料選用超細水泥漿、普通水泥漿或其他特種注漿材料。如水量較大，水泥漿在地層中凝固困難，在漿液中加入外加劑，縮短其凝膠時間，或者使用少量水泥-水玻璃漿液及化學漿液。注漿材料配合比應根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗確定。5.2.2爆破施工準備確定爆破開挖施工方案D采用掏槽爆破技術和光而爆破技術相結(jié)合施工方案。隧道爆破開挖質(zhì)量，關鍵在于掏槽爆破技術和周邊成型控制爆破技術，掏槽爆破的目的：為后續(xù)炮眼爆破提供新的、足夠的臨空面和空間，隧道周邊成型控制爆破技術采用光面爆破施工技術。光面爆破參數(shù)的選擇，采用工程類比法并結(jié)合施工經(jīng)驗綜合選取，并由現(xiàn)場爆破試驗進行總結(jié)和動態(tài)調(diào)整。確定爆破振動安全標準根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)的規(guī)定，爆破振動安全允許標準見表5.2.2爆破振動安全允許標準 表5.2.2序號保護對象類別安全允許振速/(cm/s)<10Hz10Hz"50Hz50Hz~100Hz1土窯洞、土坯房、毛石房屋0.5、1.00.7、1.21.廣1.52一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物2.0~2.52.3?2.82.7、3.03鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋3.0~4.03.5~4.54.2"5.04i般古建筑與古跡0.CO.30.2?0.40.3~0.55水工隧道7~156交通隧道10'207礦山巷道15~30注1:表列頻率為主振頻率，系指最大振幅所對應波的頻率。注2：頻率范圍可根據(jù)類似工程或現(xiàn)場實測波形選取。選取頻率時亦可參考下列數(shù)據(jù)：洞室爆破＜20Hz；深孔爆破10~60Hz；淺孔爆破40\00Hzo2人、材、機配備人員配備：隧道爆破配備人員有爆破技術人員、生產(chǎn)管理人員、爆破員、安全員、鑿巖機操作手、爆破輔助工等，所有人員均必須參加由公安部門組織的爆破安全培訓并持證上崗。對于作業(yè)班組、作業(yè)人員要保持相對穩(wěn)定，人員數(shù)量滿足施工需要。材料準備：采用當?shù)孛裼帽ㄎ锲饭芾聿块T批準使用品種，主要有非電導爆索、2#巖石硝鉉炸約、2#巖石乳化炸藥，炸藥均采用中25mm和卷裝炸約。設備機具配置：設備機具應結(jié)合隧道爆破方案、開挖方法、工期要求進行合理配置。配套的生產(chǎn)能力應為均衡施工能力的1.2-1.5倍。根據(jù)圍巖類別和開挖方法，掌了而配備鉆機臺車、氣腿式鉆機、空氣壓縮機、半自動施工臺架以及其它輔助設備等。7zmccIcccm5.2.3確定開挖方法VXIII■kyVXIII隧道開挖按照新奧法原理施工，根據(jù)不同的圍巖等級選擇不同的開挖方法如全斷面法、臺階法、三臺階法、弧形導坑預留核心土等，特別對于軟弱圍巖、斷層破碎帶及巖溶地段，嚴格按照“早預報、先治水、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測，步步為菅，穩(wěn)步前進”的原則，施工則山人工配合機械開挖或弱爆破進行開挖，穩(wěn)扎穩(wěn)打。為提高圍巖的自穩(wěn)能力，對堅硬圍巖則主要控制對遺留巖體的損傷，而對軟弱破碎圍巖則是主要控制圍巖的松弛，各開挖方法確定應考慮爆破振動控制和爆后光面層的要求。各級圍巖?般開挖方法見表5.2.3。各級圍巖開挖方法表5.2.3圍巖級別開挖方法機械配備I、II級全斷而法、臺階法液壓鉆機臺車配YT28風動隋巖機鉆孔，減振光面爆破III級臺階法開挖鉆孔平臺配YT28風動鑿巖機鉆孔，減振光而爆破IV級臺階法或三臺階法開挖鉆孔平臺配YT28風動滑巖機進行上下斷而鉆孔，減振光面爆破V級導坑預留核心土、三臺階七步法開挖風鎬配合機械開挖，減震光面爆破或非爆破法開挖5.2.4掏槽爆破技木掏槽爆破是利用微差爆破的原理，在只有一個臨空面條件下，首先在工作面形成較小但有足夠深度的槽穴，創(chuàng)造其它炮孔爆破需要的輔助自由面?和破碎巖石膨脹空間，為后起爆裝藥眼創(chuàng)造有利爆破條件，依次擴大槽腔。這個槽穴是隧道等地下工程施工開挖中的先導，掏槽爆破是實現(xiàn)爆破減振的關鍵，隧道爆破能否減輕爆破振動，關鍵在于掏槽爆破能否成功。掏槽爆破若失敗，爆蹈未拋擲出去，大部分爆炸能-量將以振動波的形式傳播出去，則掘進無進尺，爆破振動大。掏槽型式上要取決于宕性和拘槽眼深度，其主要包括空眼直徑、空眼數(shù)目，布置掏槽平而兒何形狀等方im的控制。在隧道爆破開挖中常使用直眼掏槽和楔形掏槽兩種形式。掏槽形式的選擇應遵循如下原則：掏槽孔設計越簡單越好，易于工人掌握和實現(xiàn)設計；每孔掏出而積大，以節(jié)省鉆孔勞動量和用藥量；首段起爆的何裝藥孔占中空孔眼數(shù)多，可.增大每裝藥孔的自由而和補償空間，提高爆破效率；盡可能減少起爆段數(shù)；炮眼利用率高。1.直眼掏槽1）為保證減振效果和隧道圍巖及地表、附近建筑物的安全，直眼掏槽適用于除韌性巖石之外炮眼深度小于2米的各種硬度圍巖條件，尤其更適用于111級~\/級圍巖的臺階法、三臺階法、三臺階七步法、導坑預剖核心土等圍巖較差較小斷面開挖。經(jīng)現(xiàn)場爆破試稔、掏槽效果觀測，直眼掏槽方法采用雙孔眼六孔菱形直眼掏槽、相隔雙孔眼七孔菱形掏槽和單孔眼五孔菱形掏槽三種型式，清見圖1、圖2、圖3。說明：】、2表示苗管段次;.裝藥孔0中空孔2） 特點：掏槽眼都垂直于工作而，鉆眼互相干擾少，要求鉆眼精度高；巖石拋擲不遠，爆渣集中，不易崩倒棚了?和損壞設備；韌性巖石不適用。利用中空眼作為其它炮孔臨空面，在掏槽區(qū)域?qū)崿F(xiàn)逐孔和少孔起爆，最大限度降低掏槽爆破單響藥量，降振效果顯著，提高炮孔利用率，裝藥量可至炮眼深度的85%左右。隧道掘進施工多采用鉆頭4）32mm的小直徑氣腿式鑿巖機，中空眼間距15~30cm,抵抗線間距25~50cm,中空眼的直徑為60~100mm,解決的辦法可用多個小直徑空眼或毗鄰并列的空眼來代替。3） 三種掏槽形式現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)比較表，見表5.2.41掏糟形式施I：數(shù)據(jù)比較表 表5.2.4-1掏槽型式抵抗距（cm）眼數(shù)（個）平均掏槽面積（m2）孔深(cm)起爆段數(shù)炸藥單耗（kg/m3）W1W2裝藥孔空孔合計雙孔眼六孔菱形直眼掏槽20404261.36520023.11相隔雙孔服七孔菱形直眼掏槽20505271.67520023.17單孔眼五孔菱形直眼掏槽20404151.3620023.125由表分析：三種掏槽型式炸藥單耗量兒乎相同，以相隔雙孔眼七孔菱形宜服掏槽效率最高，單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：楔形掏槽由兩排及以上相鄰對稱的傾斜炮孔組成，爆破后形成楔形槽，槽可分為水平楔形和垂直楔形掏槽兩種