盾构始发竖井岩石段爆破开挖施工方案

'温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案目录1、工程概况11.1、概述11.2、竖井布置11.3、水文地质条件11.3.1、地貌特征11.3.2、水文参数21.3.3、气候条件21.3.4、区域构造21.3.5、施工区域水文地质概况31.4、隧道总体布置51.5、岩石段竖井开挖施工61.5.1、施工工艺流程61.5.2、岩石井筒钻爆施工71.5.2.1、井内排水71.5.2.2、放样布孔71.5.2.3、钻孔72、爆破施工技术方案82.1、施工方法82.2、爆破施工主要机具及施工人员82.3、爆破施工工艺流程82.4、爆破器材及起爆方法82.5、爆破参数的确定82.5.1、参数a、b、△H的确定82.5.2、装药量Q值的计算92.5.3、装药结构92.5.4、起爆网路设计92.6、爆破安全距离及药量控制102.6.1、爆破地震波安全距离102.6.2、飞石影响102.7、爆破安全措施102.7.1爆破安全技术防护措施102.7.2、爆破器材安全保证措施112.7.3、其它安全措施112.8、爆破安全评估113、注意事项12江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案盾构竖井岩石段爆破开挖施工方案1、工程概况1.1、概述温圳抚河*******隧道穿越工程属于上海方向的枝干支（干）线的控制性工程，位于江西省南昌县皇黄马乡白城村委饶坊自然村（西岸）及进贤县温圳谭溪村（东岸）抚河河段，穿越段河流由南向北流向，管道近东西方向。穿越处设计压力为10MPa，管径为Φ1016，采用顶管隧道+钻爆隧道的方式穿越，穿越工程等级为大型。由于管道的埋深要求，顶管隧道两端的竖井深度均在41m，其中竖井的下段均有约15-17m的岩石段开挖。由于岩石段不能够采用沉井施工工艺，本工程按照设计要求，岩石面以上均采用的逆作法施工模式，岩石段施工均需要采用松动爆破开挖后再进行衬砌护壁形成井壁，本方案主要针对竖井的下段控制爆破进行描述。1.2、竖井布置本穿越位于第1施工标段，起、终点里程分别为为0+000.0（相当于线路里程28+964.8）至1+415.0（相当于线路里程0+819.0）。始发井中心坐标为：X=3135243.360、Y=20408066.290；接收井中心坐标为：X=3135182.190、Y=20409480.220，两井水平距离1134.25m，其中隧道穿越段水平长度1134.25m。1.3、水文地质条件1.3.1、地貌特征穿越河段东岸地貌处于平原河谷及河床阶地地貌，地貌成因属侵蚀堆积类型，西岸为丘陵地区，出露基岩以粉砂岩和泥灰岩为主。穿越河段近东西向，穿越河段河床宽度约860m，现水面宽度约100～430m，河水面标高18.00m，水深约0.30～5.00m；大部分河道为沙滩分布。现河道标高在16.30～24.0m之间。西岸（南昌县黄马乡白城村委饶坊自然村）修筑有防洪护堤，堤顶宽度约7m，高约7～16m；大堤以西约140m为农田，地势较平坦，地形标高一般在24.50～26.50m，管线从两丘陵低洼处通过，管线北侧有1水塘。江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案东岸（进贤县温圳镇潭溪村）修筑有防洪护堤，堤顶宽度约8～9m，高约8～10m；大堤以东为平原地形，地势平坦开阔（个别为鱼塘），地形标高一般在22.50～25.20m，岸坡相对高差近9m。1.3.2、水文参数温圳抚河*******段位于抚河下游西支，为支流，该河段无通航要求。穿越场地处最大流量9930m3/s，设计最高水位30.46m平均流速2.49m/s,在百年一遇洪水流量条件下该穿越断面河床冲深约4.46m，河床深槽最深点最大冲刷深度6.59m（极限冲刷），冲刷底高程为9.73m。说明极限最大冲刷位于砾砂（局部位于粉质粘土）层，为相对抗冲性较强河床组成。1.3.3、气候条件本区属亚热带季风气候，四季温差较大，夏季酷热，冬季寒冷，春季雨量较多，多年平均气温17.8℃，年平均降雨天数142d，4～6月份为丰水期，11月～翌年2月为枯水期，其余为平水期。主导风向为北风或北东风，平均风速4.6～5.4m/s，历史最大风力11级。1.3.4、区域构造据《江西省区域地质志》，施工区大地构造处于赣中东西向构造带，萍乡—乐平复式向斜、丰城—婺源深断裂、遂川—德兴深断裂、新干—湖口深断裂、黎川—南昌大断裂等构造复合部位，不同类型的构造行迹纷繁密布，纵横交错，其分布见图5.1。图5.1近穿越区地质构造图江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案黎川—南昌大断裂：呈北西向延伸，南东延入福建，省区延长约220km。断裂大部地段为河谷、盆地分布区，掩盖严重，但卫照反映清晰，部分地段地形地貌反映明显。断裂北段控制了白垩系沉积，同时又切割了白垩系。此断裂横切一系列期及其以前的构造线，而明显控制中生代的盆地和沉积，可能主要形成于印支运动，而在燕山运动期间仍强烈活动。其性质以张剪性特征表现较为明显，该断裂在管线西段近西岸大堤水域附近通过。施工区为侵蚀堆积河谷地形。场地内为单斜构造，地层倾向南西，倾角约5°～8°，场地内无断裂构造通过，地层层序正常，基底构造稳定。1.3.5、施工区域水文地质概况穿越区深度范围内赋存地下水主要类型为松散岩类孔隙水及基岩风化裂隙水。孔隙水含水层岩性为砂土层，其透水性和富水性较好，主要接受侧向迳流补给及地表水越流补给，以侧向迳流的方式排泄。基岩风化裂隙水含水层岩性为下伏基岩（粉砂岩、泥灰岩、碎裂石英岩和白云岩），透水性和富水性较差，主要接受侧向迳流补给及地表水越流补给，以侧向迳流的方式排泄。勘探期间属平水期～丰水期，埋深0.20～6.00m、平均1.85m；标高17.50～35.14m、平均22.99m。场区内沉积物主要为第四系冲洪积粘性土、砂土、砾砂，下伏白垩系泥质粉砂岩及石炭系黄龙组泥灰岩、碎裂石英岩和白云岩，由上而下共分为9个工程地质层，其中①～⑤层为第四系冲洪积覆盖层，⑥层为属白垩系上统南雄群组上部（K2n3）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，按其风化程度又分3个亚层（全风化、强风化和中等风化），⑦～⑨层为石炭系黄龙组（C2h），⑦层为泥灰岩，按其风化程度又分2个亚层（强风化和中等风化），⑧层为中等风化碎裂石英岩、中等风化碎裂砂岩、⑨层微风化白云岩，管道穿越地段下伏基岩为砖红色白垩系泥质粉砂岩（白垩系红层）及石炭系黄龙组泥灰岩、碎裂石英砂岩、碎裂石英岩和白云岩，石炭系与上部白垩系呈不整合接触，岩石结构及特性见下表。物理力学性能及原位测试指标江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案岩石的物理力学性质指标地层编号地层名称统计项目单轴抗压强度（MPa）天然饱和⑥3中等风化粉砂岩样本数1315最大值11.8011.30最小值7.306.70平均值9.608.94标准差1.541.60变异系数0.160.18建议值8.838.20⑦2强风化泥灰岩样本数21最大值12.10最小值11.80平均值11.956.0标准差变异系数建议值11.886.0⑦3中等风化泥灰岩样本数6最大值21.70最小值17.50平均值19.72标准差1.68变异系数0.09建议值18.33⑧中等风化碎裂石英砂岩中等风化碎裂石英岩样本数146最大值53.243.5最小值19.5017.2平均值30.4827.3标准差11.678.93变异系数0.330.31建议值24.8919.93⑨微风化白云岩样本数1216最大值125.6089.4最小值81.1030.2平均值102.5365.66江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案标准差19.0922.62变异系数0.190.33建议值92.5255.611.4、隧道总体布置根据穿越东西两岸地形地貌，西岸竖井位置在距大堤坡脚外90m处；东岸竖井位置在距大堤坡脚外100m处。详见穿-L730/2。1）西岸始发井西岸竖井布置在大堤和水塘、小土包之间的平坦地面作为井口位置，井深42米，内径10m。2）东岸接收井东岸竖井布置在大堤和鳖塘之间的高坎处平坦地面作为井口位置，井深40.5米，内径12.5m。3）隧道穿越轴线布置确定西岸竖井为顶管始发井，东岸竖井为顶管接收。顶管隧道主要穿越中等风化泥质砂岩、中等风化破碎石英岩和中等风化白云岩。因此，为了满足竖井施工深度的要求，两岸的竖井均有较大一段深度需要穿越岩石层，根据岩石的质地情况，岩石段的开挖需要采用钻爆法进行施工。西岸竖井为始发井，该竖井内径为10m，井深为41m。竖井所在地层主要为：上层粉质粘土，硬塑状态、饱和，深约12m，承载力特征值250KPa；往下是强风化粉砂岩，碎块状、饱和，深约9m-14m，承载力特征值300KPa；最下层是中等风化粉砂岩，取芯较完整、饱和，未揭穿，抗压强度标准值约9MPa。竖井结构上部为衬砌支护，明挖逆作法施工，采用锁扣盘吊挂井壁重量；竖井结构下部高度约18.50m，暂按Ⅳ类围岩考虑，，竖井井筒自上而下采用钻爆法分段掘砌施工，分段长度3.0m；采用光面爆破开挖，采取注浆止水。东岸竖井为接收井，揭露覆盖层深厚，岩性复杂，上部主要为粉质粘土，呈可塑状，、饱和，深约5.5m，承载力特征值120Kpa，具微透水性；下部主要为粗砂层，底部含少量卵石，江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案具中～强等透水性。竖井部位地下水埋深浅，与江水存在较强的水力联系，洪水期地下水具承压性，在地下水压力作用下存在井壁侧向变形，坍塌等问题，砂层中还可能存在涌水、涌砂等现象。最下层是中等风化白云岩，取芯较完整、饱和，未揭穿，抗压强度标准值约65MPa。竖井结构下部高度约21m，暂按Ⅱ类围岩考虑，采用钻爆法施工，竖井井筒自上而下采用光面爆破开挖进行分段掘砌施工，必要时采取注浆止水。施工时必须采用地质探孔进行超前地质预报，以查明地质情况，确定岩石破碎情况、地下水渗漏情况及地层的稳定性，为开挖作好前期准备工作。1.5、岩石段竖井开挖施工1.5.1、施工工艺流程钻爆施工作业面移交钻爆施工作业面布置爆破安全方案制定岩石段钻爆设备下井应急设施安装岩石段钻爆设计申报备案准购证办理进出井通道布置火工品购置存储布孔、钻凿井内防飞石覆盖物准备爆破药包加工装药警戒施工材料设备准备钻孔设备检查维修通风除烟设施布置爆破开挖及出渣井面卷扬设备布置施工排架平台搭设注浆管路及设备安装锚固孔钻凿施工循环植筋锚固锚筋加工锚固浆液制备锚筋材料制备加工挂网喷锚钢筋、网片加工立模加固井壁砼浇筑洞口预留钻孔台车加工组装底板积水坑布置隧道掘进设备下井底板砼浇筑养生支护台车加工组装作业面移交送风站布置图1-3岩石段逆作法竖井施工工艺流程图江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案1.5.2、岩石井筒钻爆施工1.5.2.1、井内排水当井壁施工到达岩石位置时，会有一定的裂隙水和交互层渗水，因此在进行井下岩石段爆挖前，必须设置集水井和集水沟，以便在进行钻孔时保持干式施工环境，如若渗水量较大，则必须利用已经完成的井壁设置悬空钻孔平台，井内开始蓄水，钻孔作业在水下进行。1.5.2.2、放样布孔根据井内水环境的具体情况，分别采取在岩石面或钻孔平台上进行布孔和放样，放样前，应根据作业条件进行爆破孔相关参数的计算以确定爆破孔相对井壁的位置，然后根据计算结果在平台面、井壁或岩石面进行标识。1.5.2.3、钻孔钻孔将根据现场施工条件确定施工方式，如在平台上进行水下钻孔时，将采用套管跟进钻具进行成孔，如能够在干式环境下进行钻孔，就将钻机直接安放在基岩面上进行钻孔。钻孔采用潜孔钻进行，孔径为Φ80-100，具体施工时将根据设计的孔位和爆破作用目的进行调整。由于采用的钻机为自制底盘和手动操作，钻机的移动等都得依靠井上面的吊车进行配合。周边的干面爆破孔采用TY7655型手风钻进行成孔，光爆孔将根据光爆的范围进行倾斜布孔。钻爆采用隧道掘进布孔断面的方法进行孔位布置，由于临空面的限制，爆能无法按照常规爆破的方式进行释放，因此，井内的岩石爆破只能采用掏槽爆破进行布置，为掏槽孔周边的爆破孔爆炸或提供岩石移动空间掏槽孔爆破后为周边的爆破孔提供岩石移动空间，防止岩石挤死现象。由于井筒壁需要分段进行施工时，在进入岩石的第一段爆破时，由于井壁部位的下部不能进行钻孔作业，需要在井壁下的一段施工完毕后，做二次清理，具体清理的方法将根据岩石的稳定情况确定。江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案2、爆破施工技术方案2.1、施工方法根据工程现场施工条件、工程地质、施工环境和安全要求，沉井内空部分基岩采用钻孔爆破（可能采取水下）施工方法进行破碎后开挖，每次钻爆循环有一定的设计超深。由于爆破开挖的深度较大，为减少岩石段夹制作用对爆破效果的影响，爆破施工展开采用分三区（内区、中区、外区）多层次爆破的方式，单层爆破孔呈梅花型布孔。其中：内区为采取垂直钻孔实现掏槽爆破，井下如能实行干式开挖时，中区、外区采取斜孔结构定向爆破，使石碴向沉井中心侧向推移，控制和减少单响用药量，各爆破孔炸药实行耦合与不耦合装药结构，其中耦合药包装至孔底，以实现松动爆破，避免冲击波和地震波对沉井或旁侧原抚河大堤产生振动损害。每次爆破一个区，先后顺序为内区、中区、外区，每个区内分组起爆，从中心第1组开始起爆。2.2、爆破施工主要机具及施工人员依据本工程的施工条件和工期要求，基岩爆破施工投入潜孔钻机一套，准备一套套管跟进钻具，1台10M3/min空气压缩机和其它清运石碴机具，带水作业时，配备潜水装具和潜水空压机，汽车吊、吸碴管、水电供应等现场已具备。施工人员主要包括：爆破负责人、爆破员、安全员、保管员、押运员各1人，潜水员2人，后勤3人。2.3、爆破施工工艺流程施工放样→钻机具就位→钻孔→孔口保护→装药→堵塞炮孔→安全防护措施→警戒→起爆→检查确认无盲炮（如有盲炮必须处理）→爆碴开挖（沉井下沉）→自检基槽底及沉井刃脚→清碴→检验合格。2.4、爆破器材及起爆方法主要爆破器材包括：RJ-2防水型乳化炸药，药卷规格：直径70mm，长度400mm，每卷重量1.846kg。采用防水型8#毫秒延期非电导爆雷管引爆主炸药包，8#工业电雷管作击发元件电力引爆非电导爆管。江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案2.5、爆破参数的确定2.5.1、参数a、b、△H的确定根据本工程的地质条件及施工要求，结合类似工程实践，参数a、b、△H选择如下：孔距a=1.2m，排距b=0.8m，岩层厚度=4～5m。2.5.2、装药量Q值的计算计算公式：Q=q。baH。式中：Q——炮孔装药量（kg）；q。——爆破单位炸药消耗量（kg/m3），系经验值；根据本工程地质条件并结合工程实践经验，q。值取为0.75kg/m3；a——炮孔间距（m）；a=1.2m（为外周侧面间距）；b——炮孔排距（m）；b=0.8m；H。——根据单次设计爆破开挖岩石厚度（分区厚度为内区5ｍ，中区4ｍ，外区1.5-4.0ｍ）计算岩层厚度。实际平均单孔装药量，按安全距离要求取值，本公式爆破体积按外周周长计算，实际爆破体积小于计算体积（按梯形断面计算），药量取值可适当减小，或在井壁下部采取减小孔径（或减少单孔装药量）、加密孔距的措施老控制装药量。始发井火工品用量为：总钻孔数58*3个；Ф32-70RJ-2防水乳化炸药总用量330*3kg；非电导爆雷管总用量460700发；8#工业电雷管用量508发；防水导爆索1000m。。接收井火工品用量为：总钻孔数量58*4个；RJ-2防乳化炸药总用量382*4kg；非电导爆管雷管用量1000发；8#工业电雷管用量50发2.5.3、装药结构为了减少爆破地震波、冲击波对沉井或旁侧大堤的不利影响，采取多种装药结构，具体见附图。江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案2.5.4、起爆网路设计结合现场良好的施工条件，在保证爆破安全的前提下，施工中采取少药量、多炮孔、毫秒延期分段控制爆破的方法，以提高施工安全。起爆网路采用并联网路。即每区分内外2排孔，近沉井中心侧为内排孔，每排孔分别并联成九组（或十组），中心区先起爆。外排孔在接着内排孔之后起爆，内外排间用秒差延期雷管串联起爆，用毫秒延期雷管起爆，减少爆破地震波、冲击波的影响，中区、外区分十组爆破，采用孔内外延时起爆单方法控制分段数量。2.6、爆破安全距离及药量控制2.6.1、爆破地震波安全距离根据《爆破安全规程》（GB6722—2003）计算公式：R=(k/v)1/αQm式中：R——爆破地震安全距离（m）；Q——炸药量（kg），齐发爆破取总炸药量，毫秒延期爆破或秒延期爆破取最大一段的炸药量；V——安全振动速度（cm/s）；m——炸药量指数，取1/3；K，α分别为与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数。危险源主要有：爆破引起的地震、空气冲击波、个别飞散物等有害效应。危险点主要有：竖井施工期有可动性，爆破地震主要考虑对大堤影响，所以危险点主要是抚河大堤及过往车辆、人员和施工人员。根据中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》(GB6722-2003)，为提高保险系数，大堤和竖井选取安全震动速度V＝5cm／s；按地质钻探资料，高程11.2ｍ以下为强风化、弱风化或微风化粉砂质泥岩按中等硬地质条件取K＝150；衰减指数采取浅孔等措施，可取α＝1.8。将V＝5cm／s，K＝150，α＝1.8代入爆破地震安全距离公式，当安全距离为2590ｍ时，最大单响安全用药量为0.4321.56kg。远离大堤的爆破区可根据距离增加用药量，以满足岩体破碎要求为准。2.6.2、飞石影响在竖井下爆破用土工布对竖井井口进行全方位覆盖，阻拦向上飞石，个别飞散物对人员的安全距离不作计算。江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案2.7、爆破安全措施　2.7.1爆破安全技术防护措施①采用微秒延期爆破方法，控制每段齐爆药量，确保满足爆破地震波安全距离要求。②施工前进行详细的现场勘测，并进行分区爆破试验，校核、验证、调整有关爆破参数，并检验安全防护效果，确保爆破施工安全。③保证炮孔堵塞长度和质量。④用土工布对沉井井口进行全方位覆盖，防止个别飞散物上冲。2.7.2、爆破器材安全保证措施①严格管理好爆破器材。严格按《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》的规定进行爆破器材的运输、贮存、保管与使用。②建立严格的爆破器材领取、清退制度。领取数量不得超过当班使用量，剩余的要当天退回，不得滞留施工现场。每班、每天核对数量，做到帐物相符。2.7.3、其它安全措施①爆破施工严格执行《工程爆破技术规范》、《中华人民共和国民用爆炸物品管理条件》和《爆破安全规程》。②爆破作业前向周围群众发布施工通告，并设立爆破施工危险警戒区。爆破施工时严禁无关人员进入爆破作业警戒区。③坚持持证上岗，爆破作业总指挥由持有公安部签发的爆破安全作业证的人员担任。炮工由持有炮工证且责任心强的人员担任。④施工前做好施工机械性能检查和爆破器材性能检验工作。⑤检测爆破区杂散电流，如电流值大于30mA不得用普通电雷管起爆。⑥大雾天不得起爆，雷雨天应立即停止爆破作业。⑦起爆体和药包的加工必须在专用场所进行，加工场所内严禁烟火和杂散电流。⑧装药时必须用木棍或竹杆，轻戳轻装，不得用力猛戳药包。⑨起爆前必须做好施工现场清场和爆破警戒工作，在确认符合安全条件后方能进行爆破。2.8、爆破安全评估江苏神龙海洋*******工程有限公司12 温圳抚河********盾构隧道竖井下段钻爆施工方案爆破安全评估主要分析爆破产生的地震波、冲击波和飞石对周边环境，特别是重要构筑物及人员产生的安全影响。①根据施工图资料和施工现场调查分析，爆破区主要有竖井上部及抚河大堤及过往车辆、人员和施工人员受到影响，通过以上各种措施可避免损害。②在计算爆破地震安全距离时，竖井及抚河大堤选取安全震动速度V＝5cm／s；强风化粉砂质泥岩、弱风化或微风化粉砂质泥岩按中等硬地质条件取K＝150；衰减指数采取浅孔等措施，取α＝1.8。上述取值均属较保守取值，爆破安全保险系数较大。③在爆破网路设计中，采取毫秒延期起爆方法，控制每段齐爆药量，能满足安全距离要求。④爆破岩层位于沉井口10ｍ以下，加上对井口采取了覆盖的措施，爆破飞石不会造成危害。结论：通过采取以上措施，爆破的地震波、冲击波以及爆破飞石均不会对附近构筑物和人员的安全造成危害，爆破施工是安全的。3、注意事项采用钻孔爆破技术应用于沉井基岩破碎，这在以前的竖井施工中已经成功使用过，本次始发井采用逆作法进行施工，需要对竖井的结构保护做施工上面的安排，采取预留岩石支撑保护也是不要的。采取井下钻孔爆破开挖，能避免基岩开挖不均，施工中要避免井壁下岩面高低悬殊或井壁下掏空过多，使上部竖井产生下沉等，确保竖井施工过程中不发生事故，由于岩石层较厚，进行钻爆可实行分层爆破施工，避免其他事故的发生。江苏神龙海洋*******工程有限公司12'