水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用.pdf

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水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用1 水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用2 水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用3 水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用4 水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用5
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———文章编号:10094539(2018)增2014804・隧道/地下工程・水压爆破在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工中的运用王雷(中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉430074)摘要:在城市地下工程浅埋暗挖法隧道施工过程中(以珠三角东莞至惠州城际轨道GZH-3标项目为依托),通过采用水压爆破的方法,在拟建的暗挖区间隧道(DKl4+917.000~DKl6+565.000段),尝试采用水压爆破技术,将所设计的掘进参数精确化,最大程度提高了每循环实际掘进的进尺,在减少火工产品消耗的基础上,又很大程度降低了因爆破产生的不良影响(火工产品爆炸后的粉尘、振动等),起到了工程施工节能减排的功效,降低了施工成本,确保了职业健康安全及文明施工的要求。关键词:水压爆破浅埋暗挖法隧道提高施工效率节能减排降低施工成本中图分类号:U231+.3文献标识码:A+BDoI:10.3969/j.issn.1009.4539.2018.S2.039WaterPressureBlastingApplicationinConstructingShallow-buriedUndercuttingTunnelofUrbanUndergroundEngineeringWangLei(ChinaRailway11山BureauCityRailEngineeringCo.Ltd.,WuhanHubei430074,China)Abstract:Duringtheprocessof—shallowburiedundercuttingtunnelconstructionofurbanundergroundengineering(basedontheLotGZH一3projectofPearlRiverDeltaDonggnan-Huizhouintercityrailway),thehydraulicblastingmethodisusedtoconstructasectionalshallow-buriedtunnel(DKl4+917.000~DKl6+565.000),andrefinethedesignedtunnelingparameterstomaximizethepercyclefootageofactualexcavationaswellasreducetheconsumptionofpyrotechnicproducts.Atthesametime,theadverseeffectscausedbyblasting,includingdust,vibrationafterexplosionofpyrotechnicproducts,aregreatlydecreased,whichachievestheeffectsofenergyconservation,emissionreductionandcostsavingforengineeringconstruction.Itcouldensureoccupationalhealthandsafetyaswellascivilizedconstructionrequirements.Keywords:waterpressureblasting;shallowburiedtunnelexcavationmethod;improvementofconstructionefficiency;energyconservation;reducingconstructioncosts1引言在城市地下工程浅埋暗挖法隧道掘进施工中将各参数精确控制,尽可能将每循环掘进进尺最大“化。在周边布孔的时候,采用专利产品一种隧道”光面、预裂爆破布孔尺(实用新型专利,专利号201220034546.5),将周边孔的孔距精确地控制在误——收稿日期:20180328作者简介:王雷(1986一),男,工程师,主要从事城市轨道交通车站、区间土建施工的工作。差±10mm以内;在钻设掏槽孔及其他带有角度的“”炮孔时,采用专利产品激光钻孔定位仪(实用新型专利,专利号为200820096427.6),可以精确控制掏槽眼角度,能有效的减短爆堆的长度;在安装炸药的时候,采用何广沂教授提出的新技术、新工法“”水压爆破法,在不增减隧道掌子面炮眼数量及深度的前提下,用类似火工品药卷尺寸大小的水袋与炸药一同安装在炮眼中,再用炮泥进行有效的堵塞,大大降低了暗挖隧道单循环开挖过程中炸药的148铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018t增2l万方数据・隧道/地下工程・使用量,又能保证爆破效果,缩减了炮后通风时间,降低了隧道内粉尘,起到了节能减排作用,最重要的是可以有效地减少暗挖隧道每循环掘进的炸药使用量。2工程概况2.1工程简介本标段属于珠三角城际轨道交通网莞蕙城际轨道交通工程,隧道在东莞市内,沿标段起点至东城南站再延伸到标段终点。隧道里程范围为DKl4+917~DKl9+780,总长4863m。DKl4+917一DKl6+565段为暗挖区间,中间含电力井一座;DKl6+565一DKl9+649段为盾构区间,有盾构始发井和盾构吊出井各一座;DKl8+031~DKl8+263为地下三层车站,车站采用明暗挖相结合法施工。本标段所管辖暗挖隧道分左右线,隧道拱顶最大埋深为39m。暗挖隧道下穿东莞东六路,周边有大量居民建筑群,该地区属冲积平原、剥蚀丘陵地形平缓起伏。目前已完成左线130rll、右线60111,工区任务还剩897.52rll未完成。2.2工程地质暗挖隧道所在范围内区间位于冲积平原,丘陵谷地及剥蚀残丘。上覆第四系填土、冲击淤泥质粉质黏土,冲击黏土性、砂层、残积层,隧道洞身主要位于W4全风化、W3强风化、W2弱风化混合片麻岩层。基岩面起伏较大,强风化岩层内节理发育,岩石破碎。地下水主要为基岩裂隙水,含水量较丰富。各地层所占比例见图1所示。从图1可以看出,本区间主要以弱风化混合片麻岩为主,隧道掘进将采用大量的爆破施工,如何提高炸药的使用效率及缩短工期将是本区间施工的关键。图1各地层围岩占比3隧道掘进常规爆破参数、爆破效果及分析根据设计图纸,近期施工的隧道断面采用台阶法施工,即先爆破开挖上台阶,每循环进尺1.2In(两榀拱架间距)。通过理论计算和现场实验,确定了本段隧道爆破炮眼布置及装药参数,见图2,具体炮孔装药量见表1、表2。筋曝090307Ot0305070505070909‰;莎。21慧■了。弋;。ol05…1证。ol。iq『:。k图2V级围岩炮孑L布置参数(单位:mm)表1上台阶炮孔装药参数断面部位炮眼名称起爆顺序段别炮孔深度/m炮孔数量单孔药量/kg炸药使用量/(kg・条。)单孔条数单段药量/kg掏槽眼1ll1.261.OO.25.06.O掏槽掏槽眼2231.56O.6O.23.O3.6上阔槽眼3351.290.6O.23.05.4△内圈眼4471.260.40.22.O2.4口内圈眼3591.213O.40.22.O5.2阶掘进内圈眼25ll1.2llO.4O.22.04.4底眼51l1.2140.60.23.08.4周边眼7121.2320.2O.21.O6.4表2装药综合技术统计部位I开挖断面/m2I预计进尺/ml爆破石方/m3l炮眼总数/个I雷管用数/枚l炸药总量/ogl炸药单耗/(k¥-m_3)上台阶I31.950.825.5613514041.81.047可以看出,要保证每循环的爆破进尺达到预定的1.2m,每循环的炸药使用量为42.1kg。在实际爆破施工中,按上图打眼装药爆破后,经常存在一次爆破达不到预定进尺的情况,若单纯的增加炸药铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018t增2)149万方数据・隧道/地下工程・使用量,则爆破地震波也相应增大,对周边建筑物影响加大。因此,我们不得不对一次爆破不到位的地方进行补炮。收集了近期28次爆破的炸药使用量,以每循环达到1.2m进尺为最终目的,包括补炮炸药用量,具体见图3。5250蓦婺雹424038。,-产、一▲^/\入/一、.I弋/、^.’、I\Iy、,y’\,V234s678910III2131415161718192021笠2324巧2627荔次数图3近28次爆破炸药用量统计数据一用量可以看到,只有第13、第24次爆破的炸药使用量与设计值相同,其余的均进行了补炮,没有达到一次爆破进尺1.2m的预定目标。另外由于要进行二次补炮,工人必须等第一次爆破通风完成后方可进入隧道内施工,严重影响了施工进度。在炮后进入隧道内时发现,爆堆的长度过长,石头块度也很大,清理起来过于麻烦,费时又费力,同时掌子面周边孔仍需要进行补炮,无法进行下阶段施工。因此,如何保证每循环爆破进尺能达到1.2m,且炸药使用量小于设计值,同时又能缩减炮后的工序时间,便是我们所要达到的主要目标。4隧道掘进水压爆破参数、爆破效果及分析为了能达到施工过程单循环进尺目标,提高爆破效果,我们不断的优化爆破方案,主要采取的措施有以下三种:措施一:对炮孔进行有效的堵塞。依照炸药药卷的尺寸,采用黏土进行炮泥的集中加工,并制定需求计划进行配送,将加工成形的炮泥运送至现场,方便现场施工。进行小组活动时,组织工人进行培训,将炮泥堵塞工艺和重要性予以告知,并在现场进行全程监督,逐一检查炮孔的堵塞效果。炮泥效果见图4。“”措施二:运用水压爆破的方法改进装药方“”法。何广沂教授提出的水压爆破法为爆破节能减排方面的又一重要工艺,其核心原理是利用液态水在堵塞炮孔内不具有压缩性这一物理特性,由液态水来传递部分爆轰波,充分利用炸药的能量,减少炸药使用量,并能有效地减少爆破粉尘,见图5。150铁道建筑技术图4炮泥及炮泥使用情况图5水压爆破所使用的水袋水压爆破法是在炮孔底部放置一个水带,少装一个炮卷,在周边眼靠孔口端放置两条水带,最后全部用炮泥堵塞。炮孔深度以及孔内雷管布置等参数与常规隧道光面爆破参数相近,主要区别是孔内一定位置用水带代替炸药,并用加强炮泥封堵炮孔的长度,装药结构见图6,L1为装药底部水袋;L2为2号乳化炸药;L3为装药顶部水袋;IA为孔口炮泥填塞。匡蚕盈历国暖盔豳翟刁盈盈盔雍至蚕盈豳圈哥一、I!!l丝^!j^竺』雷管(20cm)(90cm)(20CITI}(30cm)主爆孔装药结构图(小台阶)匿蚕盈翟刁召盈互蚕哥圈圈瞄函鼋一、、≯骷哥1羔r涨1羔一雷管———钷弧而产丽兀面青酊石矿可孤示厂一“9辅助孔装药结构图(小台阶)匿蚕翌经盈臣荟蚕垂薹垂盈盈暖哥_、I!!I坚^!:i^竖』,雷管{20cm)(30cm)(20cm)(40cm)周边孔装药结构图l小台阶)图6水压爆破炮孑L装药断面措施三:加强钻设炮孔的孔距及角度控制。(1)重新编制炮孔打设作业指导书,对炮工班工人进行技术交底并组织学习。(2)钻设炮孔前由测量人员将开挖线画出来,并采用本单位根据实际总结和各种岩石的特性发“”明的一种隧道光面、预裂爆破布孔尺对周边眼进行放样。(3)钻设炮孑L过程中由技术人员进行全程监控,发现问题及时纠正。经以上实施,后续爆破的单循环炸药使用量满足预定设计值。其水压爆破后的爆破综合参数及分析见表3~表4。RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018t增2l万方数据表3暗挖隧道水压爆破综合技术参数隧道/地下工程・断面部位炮眼名称起爆顺序段别炮孔深度/m炮孔数量单孔药量/kg炸药使用量/(kg・条。)单孔条数/条单段药量/kg掏槽眼1ll1.260.40.22.O2.4掏槽掏槽眼2231.560.60.23.O3.6阔槽眼3351.290.6O.23.O5.4上△内圈眼4471.26O.4O.22.02.4口内圈眼3591.2130.4O.22.O5.2阶掘进内圈眼25111.211O.40.22.O4.4底眼5111.214O.6O.23.08.4周边眼7121.2320.20.21.06.4表4隧道断面爆破综合技术参数部位l开挖断面/m2预计进尺/m爆破石方/m3炮眼总数/个I雷管用数/枚l炸药总量/ogl炸药单耗/(kg・m一3)上台阶J31.951.238.3413514038.20.9965常规爆破与水压爆破对比≥量麓霎?嬲麓嚣块率椭明5.1两种爆破titl盘对I;1:;“”对后续31次采用水压',tll破及相关措施的每通过采用水压爆破法的施工,无论是爆破效果循环火工品使用量进行了统计,见图7。表5常规爆破与水压爆破数据统计对比断面炮眼炮孔预计实际断面爆破炸药炸药单耗/爆堆爆破后石头炮后通风数量/个深度/m进尺/m进尺/m面积/m2石.D'/m3总量/kg(kg・m。)长度/m最大块径/cm时间/h常规爆破1351.2O.9O.830.2625.5641.81.047356050水压爆破1351.21.21.230.2638.3438.20.996305535对比+0.3+0.4—3.6O.051—5—5153837-一喜||}l91113l517192l232527293循环次数图7采用水压爆破法施工后31个循环火工品使用量统计“”由统计图可以看出,利用水压爆破及相关措施后,每循环的炸药使用量降低至目标值41.8kg以下。平均每循环的炸药使用量为38.2kg,比原设计节约炸药用量8.6l%。具体统计对比见表6及图8。■表6每循环炸药使用前后检查对比每循环炸药使用量阶段目标值完成目标检查点合格点(控制不超过量)比例/%水压爆破实施前282827水压爆破实施后313l31100…I~tL一实施前实施后-检查点一合格点图8米用水压爆破前后前后效果对比(单位:kg)5.2水压爆破效益(1)减少炸药使用量8.61%,每延米节约施工成本约300元,为企业创造了经济效益。“”(2)利用水压爆破减少了粉尘浓度,缩短了隧道通风时间,加快了施工进度。(3)减少了掌子面附近有毒、有害气体,降低粉尘浓度,为工人创造了更健康的工作环境。(4)社会效果:通过采用水压爆破,利用新工艺及相关措施,显著的降低了每循环炸药使用量,有效地减少了爆破振动。尤其在城市里爆破施工,周边管线复杂、建筑物密集的情况下,减少爆破施工对周边环境的影响,为业主单位、企业本身均赢得了良好的声誉。(下转第179页)铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018l增2)151万方数据・隧道/地下工程・6结束语(1)通过统计与分析,隧道超挖的主要因素为钻孔精度、爆破技术和施工组织管理。(2)对隧道超挖预测时,以多元回归分析和人工神经网络的适用性最强,其预测结果可靠度较高。(3)隧道超挖产生的影响,除了增加工程成本,减缓了工程进度,还降低了隧道的安全性,使得隧道的应力集中现象加剧,在脆性岩体中容易发生岩爆。“(4)在超挖控制过程中,要彻底转变过去宁”超勿欠的思维,做到少超少欠,其次要提高钻孑L水平、合理匹配爆破技术参数、提高施工管理和组织,从这三个主要方向去严格控制超挖,当然还包括测量放线、地质条件等等。参考文献[1]DEYK,MURTHYVMSR.Predictionofblast-inducedoverbreakfromuncontrolledbum-cutblastingintunnelsdriventhroughmediumrock—class[J].Tunnelling&UndergroundSpace—Technology,2012,28(3):4956.[2]KIMY,MOONHK.Applicationoftheguidelineforover-breakcontrolingraniticrocknlas¥e¥inKoreantunnels[J].Tunnelling&UndergroundSpaceTechnology,2013,—35(3):6777.(上接第151页)[3]JANGH,TOPALE.Optimizingoverbreakpredictionbasedongeologicalparameterscomparingmultiplerejgression—analysisandartificialneuralnetwork[J].Tunnelling&Under-groundSpace—Technology,2013,38(3):161169.[4]PUSCHR,STANFORSR.Thezoneofdisturbancearoundblastedtunnelsatdepth[J].InternationalJournalofRockMechanics&MiningScience&GeomechanicsAbstracts.—1992,29(5):447456.[5]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通—出版社,2011:5664.[6]魏继红,孙少锐,彭建忠,等.高速公路连拱隧道超挖预测及评价研究[J].岩石力学与工程学报,2006—(S1):33243329.[7]魏继红,吴继敏,陈显春,等.块体理论在高速公路连拱隧道超挖预测中的应用[J].水文地质工程地质,—2005(5):6063.[8]冯海暴,蒋万德,曲俐俐,等.九瑞高速岩质隧道钻爆法施工超欠挖控制措施及成本分析[J].隧道建设,—2012,32(6):887891.[9]王明年,关宝树.隧道超挖对围岩内应力状态的影响—[J].铁道学报,1997(2):8690.[10]佘健,钟新樵.公路隧道超欠挖统计规律研究[J].重—庆交通学院学报,2000(2):1520.[11]苏永华,孙晓明,赵明华.隧道围岩超挖的分形特征研究[J].中国矿业大学学报,2006(1):89-93.——————————————————————++一+一+一+一卜+.--4--+-+-+卜-+-+卜-+一+-+-++一+一卜卜+一卜卜・+一一卜+.一-卜一0一・[3]戴俊,王淑仁.爆破工程[M].北京:机械工业出版社,2005.6结束语通过在施工过程中的对比,单从提高每循环进尺及节省炸药的方面来对比,水压爆破法占据了明显优势,节约了施工成本也提高了施工进度。由于采取了炮孔内灌水,降低了爆破后的有毒气体及粉尘颗粒,净化了施工环境。在减少了炸药用量的同时也降低了因爆破而造成的振动,这对于在城市施工项目来说,无疑避免了因爆破施工的振动波而造成的对周围建筑结构的破坏。参考文献[1]何广沂.节能环保工程爆破[M].北京:中国铁道出版社,2007(6).[2]齐景澈,刘正雄,张儒林,等.隧道爆破现代技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY[4]汪旭光.爆破手册[M].北京:冶金工业出版社,2010.[5]汪旭光,于亚伦,刘殿中.爆破安全规程实施手册[M].北京:人民交通出版,2004.[6]杨军,陈鹏万,胡刚.现代爆破技术[M].北京:北京理工大学出版社,2005.[7]杨小林.地下工程爆破[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.[8]刘正雄.隧道爆破关键技术与发展[J].现代隧道技—术,2004(S2):118125.[9]张有勇,刘旭全.高盖山隧道4号缓坡长斜井井身快速钻—爆施工技术[J].科技创新导报,2011(2):5354.[10]郭陕云.隧道掘进钻爆法施工技术的进步和发展[J].—铁道工程学报,2007,24(9):6774.[11]张应立.工程爆破实用技术[M].北京:冶金工业出版社,2005.[12]齐景搬,刘正雄.隧道爆破现代技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.2018(.fir2J179万方数据
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