雙線鐵路隧道深孔爆破全斷面工法

PAGE1PAGE12雙線鐵路隧道深孔爆破全斷面工法一、工法特點1.本工法采用5m深孔光面爆破、非電起爆、爆破振動監(jiān)控量測、周邊預裂光爆等一系列新技術(shù)，并通過優(yōu)選爆破器材和選擇合理爆破參數(shù)等，使炮眼利用率達95%以上，炮眼痕跡保存率達70%。2.將監(jiān)控量測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法和信息反饋的判斷準則技術(shù)用于施工，使施工管理用數(shù)據(jù)說話，保證了隧道施工的安全作業(yè)。3.應用初始應力場及二次應力場的量測技術(shù)，超前15m聲波探測光譜顯微構(gòu)造分析，結(jié)合洞內(nèi)素描、赤平極投影技術(shù)，進行準確的地質(zhì)預報，其準確率達80%左右。4.采用噴錨支護復合襯砌結(jié)構(gòu)，其外層用錨桿噴射混凝土初期支護，內(nèi)層模注混凝土作二次襯砌，兩層間設置塑料防水層。5.大型機械化快速配套施工，成功地建立了鑿巖裝渣運輸、混凝土噴錨支護和二次襯砌三條機械化作業(yè)線，開挖月進尺最高263m，平均月進尺187m，混凝土襯砌施工月進尺最高300m。6.隧道長距離(2763m)獨頭無軌運輸施工通風的成功，可減少一條平行導坑的工程。7.控制精密測量技術(shù)，使14.295km隧道貫通誤差精度橫向17.3mm(限差±400mm，僅為限差的4.4%)，高程誤差4.6mm(限差±50mm，僅為限差的9.2%)。8.做到安全施工，死亡率為0.57人/km。二、適用范圍1.本工法適用于用新奧法原理指導施工的各種地下通道及洞室。2.深埋、鐵路圍巖Ⅲ~Ⅳ類，開挖斷面80~130m2一次爆破成形的單、雙線鐵路隧道。3.采用大斷面深孔爆破機械化快速施工的公路隧道、水利隧洞和雙線鐵路隧道。三、工藝原理1.以巖體力學理論為基礎，應用新奧法指導施工，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，運用控制爆破技術(shù)，及時進行噴錨初期支護，防止圍巖松動，應用量測監(jiān)控及時反饋，充分發(fā)揮圍巖和初期支護的作用。2.利用變位反分析法原理，進行復合襯砌的計算和設計。3.利用圍巖特性曲線，確定施工工序之間的合理施作時間。運用系統(tǒng)控制網(wǎng)絡理論，進行機械化配套快速施工。4.應用地質(zhì)力學原理、淺層地震反射波原理、遙感原理探明地層，進行隧道地質(zhì)超前預報。5.應用概率論、數(shù)理統(tǒng)計理論及測量誤差理論，合理處理邊角數(shù)值，繪制誤差橢圓對三角網(wǎng)及導線分析，將光電測距儀應用于洞內(nèi)控制測量，并提出光電測距導線環(huán)平差新方法，大大提高測量精度。方便靈活，省事省時。四、施工工藝(一)工藝程序1.爆破開挖作業(yè)程序見圖1。2.支護襯砌作業(yè)程序見圖2。(二)施工要點及注意事項1.深孔掏槽技術(shù)(1)隧道掘進深孔爆破主要取決于大直徑深孔掏槽是否成功，本工法采用直眼掏槽，掏槽面積1100mm×1100mm，掏槽形式有：單臨空孔掏槽(如圖3a)適用于3.0m以下淺孔爆破。雙臨空孔掏槽(如圖3b)適用于3.0~3.5m爆破效果最佳。三臨空孔掏槽(如圖3c)適用于3.5~5.15m爆破。(2)當臨空孔直徑為102mm、孔間距在70~150mm時掏槽拋擲效果最好。臨空孔與裝藥炮眼間距為150~180mm(裂隙發(fā)育時采用250~300mm)。施工必須注意炮眼平行度，否則會影響掏槽效果。(3)裝藥參數(shù)：使用大藥卷(Ф42)一號抗水硝銨炸藥或Ф40乳膠炸藥集中裝藥，掏槽效果良好，參數(shù)如表1所示。(4)掏槽炮眼起爆間隔時間：在5m深孔爆破中，掏槽孔起爆間隔50~75ms，采用的段數(shù)越多越好，讓每一炮段都單獨順序起爆，槽腔逐漸擴大，一掏到底。(5)掏槽位置：一般設在隧道中心線偏左或偏右位置。如圖4所示。設在中心線上最理想，只是鉆孔臺車鉆孔時，其左右兩臂工作的界限位置在隧道的中心線上，掏槽位置設在隧道橫斷面中間，就需要兩臂共同鉆孔，操作困難，布眼不易準確。2.全斷面深孔預裂爆破。Ⅳ~Ⅵ類圍巖5m預裂爆破中，采用三臨空孔直眼掏槽，臨空直徑102mm(若Ⅲ類圍巖改為3.5m爆破，則采用雙臨空孔直眼掏槽)。周邊眼間距E=45~50cm，相對距離E/W取0.6~0.7(W為周邊最小抵抗線長度)，裝藥用Ф35×165mm小藥卷，裝藥集中度為0.3~0.35kg/m，不耦合間隔裝藥，不偶合系數(shù)1.37。為克服管道效應可用高爆速(5000~6000m/s)炸藥，并在各卷炸藥間串聯(lián)傳爆線，讓藥卷架空于鉆孔中間。另外適當采用孔底集中裝藥2~4卷，每隔3~5個炮眼布一個崩落眼集中裝藥。周邊眼起爆采用即發(fā)雷管或1段毫秒雷管。3.全斷面深孔光面爆破。掏槽眼采用三臨空孔直眼掏槽，直徑為102mm。周邊眼間距50~65cm，一般按相對距離E/W=0.8,用Ф35小藥卷間隔裝藥，裝藥集中度為0.20~0.25kg/m。起爆順序：由里向外層層爆破，掏槽眼起爆雷管為1~7段，擴槽眼為8段，掘進眼由里層向外層為9~13段，底板眼為14段，周邊眼為15段。4.全斷面深孔鉆爆作業(yè)鉆孔前，測量中線水平，將拱頂兩側(cè)起拱線及軌面線位置量準確，將設計炮眼畫在開挖面上。鉆孔時，鉆孔臺車軸線與隧道中線平行，要求就位準確，按畫出的位置和炮眼順序進行鉆孔，避免漏鉆，鉆孔深度5.15m，直徑48mm，掏槽臨空孔三個Ф102(可由Ф48擴大為Ф102；有條件也可一次鉆成Ф102)。裝藥爆破周邊眼在洞外加工好竹片串裝藥串。裝藥前先用高壓風將孔中巖粉吹凈。人工裝藥先上后下，先兩側(cè)后中間。每孔裝藥后用炮泥堵好，炮泥長不少于20cm。整個掌子面導爆管分6束，分別捆綁在同段雷管上(為保險起見，每束安兩個同段雷管)，再把6束導爆管并聯(lián)捆扎在一個雷管上，留足導爆索長度，檢查好安全再行起爆。通風找頂爆破后先通風，掌子面基本沒有炮煙，人員才能進入掌子面把危石橇掉，再用高壓水沖洗開挖面除塵。當隧道進出口采用無軌運輸時，初期階段(掘進1370m)用2臺MFA100P-SC型風機分散串聯(lián)在Ф1200鐵風管上進行壓入式通風，后期增加一根Ф1200鐵風管至模板臺車處，同時向洞內(nèi)壓風。在有平導地段，用巷道式平導進風，正洞出風。平導以后地段仍然采用風管壓入式通風。斜、豎井到達井底后，采用上半斷面開挖、有軌運輸，可用壓入式混合式通風，用Ф1000鐵皮風管。通風管理當施工方法發(fā)生改變或兩工區(qū)之間貫通，應及時調(diào)整通風布局。當掘進工作面不在風管有效射程內(nèi)時，應接長風管，使掌子面一帶在風流作用范圍內(nèi)。襯砌臺車移動前，拆除前后風管，移動后及時接通前后的通風管。維護好風管，處理漏風，保養(yǎng)維修風機，定期進行通風檢測。噴混凝土支護隧道噴射混凝土采用雙水環(huán)噴頭，國產(chǎn)PH-30型或轉(zhuǎn)子型噴射機人工對開挖面拱部進行一次噴射混凝土。RODOT-75噴射機械手和B1.5~4.0噴射三聯(lián)機配套用于出完碴后拱部二次復噴和邊墻的混凝土噴射作業(yè)。用側(cè)卸式2.6~2.8m3/斗的裝載機裝碴，12~20t自卸汽車運輸出碴。5.二次混凝土襯砌施工(1)要求混凝土工廠和混凝土輸送車的輸送能力與混凝土泵的灌注能力相匹配。(2)混凝土自進入攪拌輸送車至卸料時間不超過初凝時間，混凝土輸送過程中要保證不發(fā)生離析，若運至灌注地點的混凝土有離析現(xiàn)象時，灌注前須進行二次攪拌。(3)模板臺車每次移位前，在準備襯砌部位的兩側(cè)邊墻下方須預先灌注墻基混凝土，高度為700mm，并沿隧道方向按1500mm的間距預埋地角螺栓，以便固定鋼模板的最低邊緣。實施中常因預埋地角螺栓位置偏移，很難與模板最下邊緣孔對好，為防模板走動只好用加設橫撐的辦法解決。(4)隧道襯砌封頂采用鋼管壓注法，選擇合適的混凝土坍落度，從拱部的灌注口壓注混凝土封頂。(5)混凝土脫模強度必須達到2.5MPa，一般情況下需養(yǎng)護17h以上方準拆模。6.量測項目的確定和布置(1)監(jiān)測項目(見表2)。(2)量測布點(見表3)。測點布置表3(3)量測頻率(見表4)。量測頻率表4(4)圍巖穩(wěn)定性判別：根據(jù)實測位移值或預測最終位移來判別(見表5)。根據(jù)位移變化速率判別當凈空變化速率大于10mm/d時，需加強支護系統(tǒng)，當凈空變化速率小于0.2mm/d時，則認為圍巖基本穩(wěn)定。根據(jù)位移-時間曲線的形態(tài)判斷當圍巖變化速率下降時，圍巖趨于穩(wěn)定。若變化速率保持不變時，應加強支護系統(tǒng)。當變化速率不斷上升時，表示已進入危險狀態(tài)，必須立即加強支護系統(tǒng)。7.控制測量(1)光電測距精密導線網(wǎng)取代傳統(tǒng)的三角網(wǎng)作為洞內(nèi)外的平面控制。(2)沿導線點采用光電測距三角高程方法控制隧道高程。(3)在豎井聯(lián)系測量中，利用光學投點，光電測距儀導入高程和運用GAK-I型陀螺經(jīng)緯儀測量井上下聯(lián)系邊的空間投影，幾何平面角傳遞坐標方位。(4)用數(shù)理統(tǒng)計處理觀測數(shù)據(jù)。五、施工機械隧道大斷面快速施工建立開挖裝運、錨噴支護、混凝土襯砌三條機械化作業(yè)線，其設備配備如表6。三條機械化作業(yè)線的形成對加快工程進度、節(jié)省勞力、提高工程質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。六、勞動組織本工法勞動組織見表7。開挖和襯砌作業(yè)勞動組織表7七、質(zhì)量控制和安全要求本工法除應遵循現(xiàn)行國家和部頒有關隧道施工、安全、質(zhì)量、驗收規(guī)范外，還應執(zhí)行我局制定的大瑤山隧道施工操作細則、質(zhì)量標準和安全檢查規(guī)程。此外，為了搞好質(zhì)量控制和安全還要求：(一)控制隧道超欠挖1.根據(jù)不同圍巖情況，選擇合理的鉆爆參數(shù)，選擇最佳爆破器材，完善爆破工藝，提高爆破質(zhì)量。2.提高畫線、鉆眼精度，特別是周邊眼的精度，它將直接影響超挖值，必須按設計輪廓鉆眼。3.保證周邊眼間隔裝藥質(zhì)量，裝藥前應將藥卷用竹片加工成藥串。炮孔裝藥量要嚴格控制，雷管不能混裝，炮口炮泥堵塞質(zhì)量要好。4.必須有一套嚴格的施工管理制度來保證控制超欠挖技術(shù)的實施。(二)噴射混凝土的質(zhì)量控制以強度、厚度來檢查質(zhì)量。1.噴射混凝土施工應達到的平均強度為：R=0.85R+1.65Sn式中R——噴射混凝土標號；Sn——標準差；2.噴射厚度一般用鉆孔、錘釘?shù)绒k法檢查。3.檢查噴層是否平順，有無漏噴、離鼓、裂縫，尺寸斷面是否正確等。(三)應用監(jiān)控量測進行信息化施工，及時判斷不同圍巖的穩(wěn)定情況，進行施工決策，確保安全。八、效益分析1981年8月至1986年底隧道局在包括大瑤山隧道在內(nèi)的8座總長21km隧道施工中，推廣應用本工法。經(jīng)分析，孔深5m與孔深2.5m相比，掘進費用節(jié)約335萬元。另按光爆開挖較普通爆破每m3巖石節(jié)約2.96萬元，又可節(jié)約工程費665.3萬元。本工法的施工爆破技術(shù)，安全可靠，在14.295km的大瑤山隧道施工過程中，鉆爆施工無一傷亡。復合襯砌施工法和傳統(tǒng)的分部開挖支撐法在同類地層中進行對比，復合襯砌能提高施工進度27%，節(jié)省木材60%，每延米成洞工天減少30%，只是每延米用鋼量有所增加。本工法的施工原理，支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工方法、施工工藝、施工設備的選型配套，已形成一種模式。根據(jù)這個模式編寫了新奧法指南，這本指南以在類似的地下工程、鐵路、公路隧道施工中全面推廣應用，取得了很大的經(jīng)濟效益和社會效益。九、工程實例大瑤山隧道長、斷面大、工期短，給施工帶來了一