隧道富水区光面爆破施工工法

1、隧道富水区光面爆破施工工法隧道富水区光面爆破施工工法1 1、前言、前言在隧道施工中，地下水对围岩稳定性的影响举足轻重，其主要表现在以下几个方面：软化围岩、软化结构面、承压水的水压作用。地质条件的好坏是决定工程造价、施工难易及施工安全等的重要因素。隧道工程的施工与地质条件密切相关，由于受勘探条件和自然条件的影响，围岩的组成及节理发育情况难以预知，加之地层本身的地质也存在微妙的变化。在隧道富水区开挖施工需要解决的两个重要问题是：1 注浆封水降低地下水对围岩的软化、侵蚀，加固围岩；2 根据新奥法原理，减少超欠挖，最大限度地降低爆破振动，减少对围岩和支护体系的振动，加强围岩的自稳能力。在安子垴隧道富水区的施工中，采用合理的注浆加固光爆施工方法，其经济效益、社会效益显著。本工法就是根据上述工程实践编写而成。2 2、工法特点、工法特点2.1.加强地质超前预报和监控量测，以信息化施工手段指导施工。2.2.以科学技术为手段，采用先进施工技术，程序化、规范化施工，降低成本。2.3.根据围岩及富水情况进行合理的注浆加固、钻爆设计，实现减振光面爆破。减少对保留围岩的扰动，减少超欠挖，使隧道断面成型好，增强围

2、岩的自稳能力。2.4.不断优化施工组织设计，使施工组织设计更趋于合理，避免因施工组织不合理造成的浪费。3 3、适用范围、适用范围本工法适用于长大隧道及条件相似的其他隧道及地下工程。4 4、工艺原理、工艺原理按隧道开挖新奥法施工原理，进行地质超前预报，为施工探明地质情况，采用合理的注浆加固及掏槽爆破与光面爆破相结合的施工方案，降低爆破振动速度，减少对围岩扰动，增强围岩的自稳能力，优化调整开挖方案和合理进尺，控制爆破振动的危害。5 5、施工工艺流程及操作要点、施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程图图 5.1-1 施工工艺流程图5.2 施工工艺及操作要点5.2.1.施工遵循“先预报，预加固，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则，配备水平钻机、地质雷达、TSP203 地质预报仪等仪器，采用常规地质法、声波法相结合的综合手段进行地质超前预报，按照“石变我变”的动态原则组织施工。确定开挖方法施工工艺及操作要点预注浆加固超前地质预报测量隧道轮廓线；布孔钻 孔掏 槽 爆 破 设 计装药和堵塞光 面 爆 破 设 计修 改 爆 破 设 计连接起爆网络警戒、起爆1 超前地质预报隧道的地质条件复杂，现阶段

3、地质勘探的深度尚难以全面反映全线的详细地质情况，尤其是复杂的岩溶地质问题几乎是不可能的。根据隧道地质条件异常情况，超前地质预报拟采用地质法物探法水平钻孔法相结合的综合地质预报手段，各种手段扬长避短、相互验证，以提高地质超前预报的精度。根据已有的地质勘探资料，对隧道进行补充地质勘探，进一步了解和掌握隧道区内的水文地质条件，对水源及其通道情况作出初步判断。超前地质预报方法：1）常规地质法：主要有地质素描法、超前水平钻孔法、地质雷达探测法、TSP 法。2）地质素描：开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况，据以指导施工，地质素描在每次开挖后均需进行。3）超前水平钻孔：通过钻孔设备钻进过程中钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。4）地质雷达：为提高地质预报的准确型，除采用常规地质法进行地质预报外，同时利用 SIR10B 型地质雷达进行地质

4、超前预报，其探测范围 40m 内，是一种非破坏型的探测技术，具有抗电磁干扰能力强，分辨率高，图象清晰直观。5）TSP203 地质预报系统技术：TSP（Tunnel Seimic Prediction）技术由AMT 公司研制，是一种用于超前预报隧道前方地质变化的地下反射技术。利用地震波的反射原理进行地质探测。该设备和技术特别适用于高分辨率的折射微地震探测，以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测，对于掌子面前方及其周围的地质界面情况的位置，均用数据处理后的图象来直接反映，对剪切横波（S 波）的数据处理能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率，并能自动进行数据分析。对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果最好，同时预报距离长。节省时间，对施工干扰少，每次爆破记录时间仅需45min，整个量测循环（包括仪器清理）共需 2h。2 超前预注浆处理隧道施工前根据设计和调查资料，预计可能出现地下水的情况，估计涌水量，选择最佳方案，在施工中对隧道的出水部位、水量及变化规律等做好观测记录，并不断改进和完善施工方案。隧道开挖过程中，常见地下水的活动，而地下水的活动也是新奥法实施中产生失败的一个重要

5、因素。其渗透压力可在极短的时间内瓦解围岩的自稳能力，同时也给喷射混凝土带来困难。要解决地下水的水压问题，最好的办法是超前注浆堵水或引排。对隧道穿越浅埋地段及断层破碎带等可能涌突水地段加强综合超前地质预报，在分析超前地质预报所获得的有关资料后，根据不同的地段采用不同的超前加固支护措施。超前加固支护措施，是钻爆法隧道施工中通过软弱、破碎围岩和施工涌水的重要手段，它可有效地防止隧道坍塌、变形、突水等施工灾害的发生。隧道开挖在出水量大，开挖施工安全难以保证时，采取大管棚超前支护措施。当通过注浆加固后，仍存在围岩破碎及散水时，采用小导管注浆超前支护措施。隧道开挖后，隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象时，采用径向补注浆封堵。1）超前大管棚在出水量大，开挖施工安全难以保证时，按开挖轮廓线，在地层中打入108mm 钢管形成支护体系。根据地质情况，管棚施作必须有一定的超前长度，并在管内注入浆液，使该段地层形成一个整体，有效地稳定开挖面。管棚的施工可分为：制作导向架(套拱)钻孔顶管封口注浆。导向架(套拱)：导向架是保证钻孔方向的正确，使其孔向不发生偏斜，施工采用混凝土（止浆墙）作导向架，纵向长度 2.0m

6、。施作前，先安装 3 榀钢拱架。钢拱架安装时，按照倾角 1.5架立。钢拱架安装好后，在钢拱架上标出线路中心，按钢管 40cm 间距，在拱部定出空口管的位置，并焊接固定。空口管127mm，每根长 2.0m。钻孔：钻孔时间在套拱混凝土强度达到 75%之后，方可进行。因钻孔深度为 20m，采用液压潜孔钻钻孔。钻机就位后保证钻机稳定。钻孔顺序由高空位向低空位进行，并间隔错开。在钻到一定深度时，要用测斜仪检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正，深度达到要求后，应边退钻边清孔。顶管：管棚钢管采用无缝钢管，第一节钢管做成尖锥状，起导向和减小摩阻力。钻孔成型后，顶管工作及时进行。顶管采用人工配合机械打入钢管，顶管时，应注意在同一断面内相邻孔的钢管接头至少错开 1.0m。注浆封管：浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力控制在 2.0Mpa。注浆方式采用孔口注浆，注浆前，首先用锚固剂将孔口 1.52.0m 的钢管与孔壁固结，以防跑浆。再对钢管进行封口，并在其端口焊接一根与注浆管相连接的小钢管。管壁按梅花形布置注浆孔，孔径为 815mm，间距 75cm。注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定。在注浆将达到设计压

7、力前，注入水泥砂浆，以满足管棚设计强度。2）超前小导管注浆为确保隧道开挖时掌子面的稳定，沿隧道拱部或拱墙设置超前小导管注浆支护。超前小导管在钢架完成后，复喷砼前施作。小导管注浆作业包括封面、钻孔、安管、注浆四道工序封面：注浆前喷射砼封闭掌子面，防止漏浆，喷层厚度不小于 40mm。布孔：按设计环向间距 3550cm，将小导管位置正确布设在工作面上。钻孔安管：小导管采用 42mm 的无缝钢管加工而成，长度按设计3.23.9m。施工时对钢管尾部焊箍，顶部做成尖椎状，管壁按梅花形布置溢浆孔，孔径为 8mm，间距 15cm。采用 YT-28 型风枪成孔，孔眼长度应大于小导管长度。沿钢架腹部将加工好的小导管打入孔中，外插角控制在 510 度，尾部置于钢架腹部并与钢架焊接，增强共同支护能力。小导管纵向搭接长度1.21.4m。注浆：采用双液注浆泵压注水泥、水波璃双液浆，注浆压力控制在0.51.0Mpa。在孔口处设置止浆塞，浆液类型及配合比根据地层的渗透系数及地质情况，由现场实验取得参数后确定。小导管注浆量计算：Q=2RL式中： R浆液扩散半径，取 1.5m。L小导管长度，取 5.8m。岩体孔隙率，取

8、15%。3）径向补注浆隧道开挖后，隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象时，采取径向注浆进行封堵。注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外 0.51.0 倍洞径。注浆加固横断面B-隧道开挖宽度B注浆加固纵断面采用风钻在出水部位及其附近钻孔，钻孔直径为 50mm 左右，钻孔深度应为3.06.0m，梅花形布置。在集中出水点处，间距控制在 0.51.0m，在一般渗水处间距控制在 1.01.5m。注浆采用 42mm 钢管，根据钻孔出水部位，在钢管前端 2.0m3.0m 范围内钻花孔。注浆材料选用超细水泥浆、普通水泥浆或其他特种注浆材料。如水量较大，水泥浆在地层中凝固困难，在浆液中加入外加剂，缩短其凝胶时间，或者使用少量水泥-水玻璃浆液及化学浆液。注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定。5.2.2 爆破施工准备1.确定爆破开挖施工方案1）采用掏槽爆破技术和光面爆破技术相结合施工方案。隧道爆破开挖质量，关键在于掏槽爆破技术和周边成型控制爆破技术，掏槽爆破的目的：为后续炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间，隧道周边成型控制爆破技术采用光面爆破施工技术。光面爆破参数的选择，采用工程类比法并结合施工经验综合选取，并

9、由现场爆破试验进行总结和动态调整。2）确定爆破振动安全标准根据爆破安全规程 （GB6722-2003）的规定，爆破振动安全允许标准见表 5.2.2爆破振动安全允许标准 表 5.2.2安全允许振速/(cm/s) 序号保护对象类别 3.5推荐掏槽深度0.51.01.01.51.52.02.02.52.53.0充分考虑减振因素.掏槽高度 H 及夹角 掏槽高度由岩石性质决定，可按表 5.2.4-6 选择:掏槽参数与岩石极限抗压强度关系 表 5.2.4-6类 别极限抗压强度(Mpa)夹角(o)相邻眼口距离 a(m)掏槽高度 H (m)单层炮孔数 N(个)206045500.50.80.50.84次坚硬岩石及软岩608055600.40.50.41.046普通坚硬岩石8010050550.350.40.70.8610012060650.350.30.60.7612016060650.20.30.40.66 特坚硬岩石 16020065700.20.40.668.扩槽孔底抵抗线 W扩槽孔抵抗线过大，不利于提高炮孔利用率，可按表 5.2.4-7 进行选取：扩槽孔底抵抗线 W 取值 表 5.2.4-7岩石软硬 取 值坚硬岩石中硬岩石软 岩备 注允 许 值 (m)0.81.01.01.21.21.4已计入钻孔偏差建 议 值 (m)0.60.80.81.01.01.2考虑技术可靠系数7） 楔形掏槽装药参数.计算经验公式掏槽孔装药量不宜过大，装药量过大危害：增大爆破振动扰动范围，影响围岩稳定及隧道地表、隧道附近建筑物安全；产生远距离飞石，损坏洞内设施。装药量计算原则是应既能满足槽腔抛碴彻底又不致于产生过大振动。同层楔形掏槽孔装药量建议按下述经验公式（公式 5.3.2）进行计算，并结合表 5.3.2 进行取值:式中:a指相邻孔孔口间距，单位：m；N指同层掏槽深度 Wi时的掏槽炮孔数，单位：（个）K指标准爆破漏斗炸药单耗（kg/m3） ；Wi指同层掏槽孔的掏槽深度，单位：m;f（n）指爆破作用指数函数，其

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