火车站轨道交通预留工程折返线隧道开挖施工方案分析

'**火车站轨道交通预留工程折返线隧道开挖施工方案分析一•编制说明1•编制依据⑴**火车站轨道交通预留工程折返线隧道施工图；(2)《爆破安全规程》，GB6722-2011；⑶施工现场实际情况；2•编制范围**火车站轨道交通预留工程折返线隧道工程。二.工程概况1•工程简介**火车站轨道交通预留工程轨道交通站后折返线区间，埋置深度15.4-15.7m,隧道主要穿越地层为燕山中期侵入岩花岗岩及辉绿岩，线路为2%单面坡，线间距5.0〜7.1m,于**火车站旅客地道正下方通过，下穿和火车站站房、站台出站地道及轨道、南北广场地下空间，隧道拱顶距**火车站底板结构距离为6.0〜7.0m,隧道左右两侧分布有车站结构桩基，轨道交通轴线与旅客地道轴线投影重合。区间隧道设计起讫里程为：AK0+193.273,设计终点里程为:AK0+550,隧道长356.727m(双线)，隧道为单洞双线结构，为满足隧道施工工期要求，于区间隧道两 **火车站轨道交通预留工程折返线隧道开挖施工方案分析一•编制说明1•编制依据⑴**火车站轨道交通预留工程折返线隧道施工图；(2)《爆破安全规程》，GB6722-2011；⑶施工现场实际情况；2•编制范围**火车站轨道交通预留工程折返线隧道工程。二.工程概况1•工程简介**火车站轨道交通预留工程轨道交通站后折返线区间，埋置深度15.4-15.7m,隧道主要穿越地层为燕山中期侵入岩花岗岩及辉绿岩，线路为2%单面坡，线间距5.0〜7.1m,于**火车站旅客地道正下方通过，下穿和火车站站房、站台出站地道及轨道、南北广场地下空间，隧道拱顶距**火车站底板结构距离为6.0〜7.0m,隧道左右两侧分布有车站结构桩基，轨道交通轴线与旅客地道轴线投影重合。区间隧道设计起讫里程为：AK0+193.273,设计终点里程为:AK0+550,隧道长356.727m(双线)，隧道为单洞双线结构，为满足隧道施工工期要求，于区间隧道两 端各设置1座竖井组织施工，其中南侧竖井在运营期间改造利用为永久通风井，北侧施工竖井结合粋火车站施作。2•隧道结构型式根据线间距和所衔接的车站型式，采用单洞双线断面，矿山法施工,马蹄形断面，地下区间隧道衬砌均市初期支护、防水层、二次衬砌构成复合式衬砌。一般断面A型适用于双线直线段，B型断面适用于渡线加宽段及线间距加宽段，断面型式见下图。洞身衬砌支护参数详见下表:对砌型戎二村歩败10,212,0人2?妙禺时；L二3_£e.1.Omx1.0mI22妙ffl衆佻向T『KL540m/»；1屮竹唧械⑴m-・+W274!•他•]!长峦mC40«W»±P10吨.6m12.314.18DDmfflx2DDmrr,双，1士％G2刃顺汕釦，®.3m:八22忍i!F,L-3”$m•ib.A1,人工填筑土（QJ）褐黄、棕黄夹灰白色等色，潮湿，中密。主要成分为残积砂质粘性土夹花岗岩碎块，为原车站填筑所形成,厚度为0・5~6m,属II级普通土；属C组填料。<2>粉质粘土（Q4mc）:褐黄色，灰黄色，土质不均，软塑状〜硬塑状，厚2〜8m,局部厚2〜10m,分布于K692+800〜K694+200段，属【I级普通土；属C组填料。<5>中砂（QJJ灰白、灰黄色，饱和状，松散，以中砂为主，呈透镜体分布于K692+900之前段、K692+900〜K694+180段右侧及K694+575之后段右侧15〜250以远，属II级普通土；属B组填料。<6>粗砂（Qf"）：灰白、灰黄色，饱和状，松散，以石英为主， 1•工程地质和水文地质3丄地形地貌**火车站位于**本岛西部建成区的东南侧，南倚梧村山、东坪山，北望赏筲湖，处于低山向滨水平地过渡带，属濒海残丘地貌。由于人为活动，站区已挖填为平地，地面高程5〜15m。站房范围原为居民区，建筑密集，现征地范围内的民居已拆除完毕，施工区内有道路相通，交通方便。32工程地质拟建场地内自上而下分布第四系全新统人工填筑土（Q?"）、长乐组海陆交互相沉积层（Q4mc）粉质粘土、砂、坡残积层粉质粘土（Q4dl+C，）^残积砂质粘性土（Qfl），下伏基岩地层为燕山中期侵入岩（与2⑶C）花岗岩及辉绿岩岩脉。各岩土层的基本特征分述如下：<1-2>人工填筑土（QJ）褐黄、棕黄夹灰白色等色，潮湿，中密。主要成分为残积砂质粘性土夹花岗岩碎块，为原车站填筑所形成,厚度为0・5~6m,属II级普通土；属C组填料。<2>粉质粘土（Q4mc）:褐黄色，灰黄色，土质不均，软塑状〜硬塑状，厚2〜8m,局部厚2〜10m,分布于K692+800〜K694+200段，属【I级普通土；属C组填料。<5>中砂（QJJ灰白、灰黄色，饱和状，松散，以中砂为主，呈透镜体分布于K692+900之前段、K692+900〜K694+180段右侧及K694+575之后段右侧15〜250以远，属II级普通土；属B组填料。<6>粗砂（Qf"）：灰白、灰黄色，饱和状，松散，以石英为主， 1•工程地质和水文地质3丄地形地貌**火车站位于**本岛西部建成区的东南侧，南倚梧村山、东坪山，北望赏筲湖，处于低山向滨水平地过渡带，属濒海残丘地貌。由于人为活动，站区已挖填为平地，地面高程5〜15m。站房范围原为居民区，建筑密集，现征地范围内的民居已拆除完毕，施工区内有道路相通，交通方便。32工程地质拟建场地内自上而下分布第四系全新统人工填筑土（Q?"）、长乐组海陆交互相沉积层（Q4mc）粉质粘土、砂、坡残积层粉质粘土（Q4dl+C，）^残积砂质粘性土（Qfl），下伏基岩地层为燕山中期侵入岩（与2⑶C）花岗岩及辉绿岩岩脉。各岩土层的基本特征分述如下：<1-2>人工填筑土（QJ）褐黄、棕黄夹灰白色等色，潮湿，中密。主要成分为残积砂质粘性土夹花岗岩碎块，为原车站填筑所形成,厚度为0・5~6m,属II级普通土；属C组填料。<2>粉质粘土（Q4mc）:褐黄色，灰黄色，土质不均，软塑状〜硬塑状，厚2〜8m,局部厚2〜10m,分布于K692+800〜K694+200段，属【I级普通土；属C组填料。<5>中砂（QJJ灰白、灰黄色，饱和状，松散，以中砂为主，呈透镜体分布于K692+900之前段、K692+900〜K694+180段右侧及K694+575之后段右侧15〜250以远，属II级普通土；属B组填料。<6>粗砂（Qf"）：灰白、灰黄色，饱和状，松散，以石英为主， 呈透镜体分布于K692+900之前段、K692+900〜K694+180段右侧及K694+575之后段右侧15〜250以远。厚0〜3m,属II级普通土；属B组填料。<7>粉质粘土（Q/h）褐黄、灰黄、褐红色，局部为灰白色，可塑〜硬塑状，含少量角砾，分布于测段斜坡地表，厚0〜2m,2〜5m不等，丘包处一般厚0〜2m,属II级普通土；属C组填料。<7-1>残积砂质粘性土（Qf）浅黄色、灰白色。主要成分为粘粉粒，含约15%的石英颗粒。无摇震反应，稍有光滑，韧性中等，干强度中等。为花岗岩残积土，一般厚0〜5m,局部达8m。<8-1>全风化带花岗岩（r52（3）c）：棕红、褐黄、灰黄色、灰白色,全风化带（W4）原岩结构全部破坏，但尚可辨认，矿物颜色改变，岩石除石英外均已风化成土状及砂土状，硬塑〜坚硬，厚度一般为0〜6m,局部厚度大于18m,属III级硬土，属C组填料。<8・2>强风化砂状花岗岩（1^⑶°）：强风化带（W3）原岩结构已破坏，风化裂隙很发育，岩石除石英外均已风化成土状及砂土状，岩芯易击散成砂状，厚度为0〜5m,属IV级软石，属B组填料。<8-3>强风化块状花岗岩（左⑶J强风化带（W3）风化裂隙很发育，岩石成块状、碎石状，岩芯不易击散，厚度为0〜5m,属IV级软石,属B组填料。<8・4>中风化花岗岩（X⑶5强风化带（W2）原岩结构清晰，风化裂隙很发育，岩芯呈3〜8m柱状及碎块状，断口处颜色陈旧，锤击易碎，属V级次坚石，属A组填料。<9-1>全风化辉绿岩（B6）：橙黄色，全风化（W4）,原岩结构稍可辨认，矿物成分大多风化为土状，岩芯土柱状，属III级硬土，属C 组填料。<9・2>强风化辉绿岩（B6）：黄褐、褐橙色，强风化（W3）,岩体风化裂隙很发育，隙面铁锈色，岩芯多呈碎石状，块状，锤击声哑、易碎，属IV级软石，属B组填料。<9-3>中等风化辉绿岩（B6）：灰绿、青绿色，中等风化带（W2）,细粒结构、块状构造，具辉绿岩构造、气孔状结构，气孔直径一般为0.05〜2mm。岩芯呈短柱状，锤不易击碎，最大节长为0.2m,为侵入岩脉、岩株。弱风化带属V级次坚石，属A组填料。3.3水文地质场区地表水不发育，主要为地表径流，接受大气降雨及地下水补给,季节性变化明显。受大气降水补给，以蒸发及补给地下水等方式排泄。地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要分布在花岗岩的全、强、弱风化的裂隙中，水量较小，主要由地表水及覆盖层中孔隙水下渗补给。在车站范围内取地下水样9组做水质分析，该水对混凝土结构具微腐蚀，对钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀。3.4•地质构造及地震动参数据区域地质资料，场区地处欧亚大陆板块东南缘，华南褶皱系东部,闽东火山断坳带，构造受燕山期北东向断裂构造控制，大部分为第四系松散堆积层覆盖；测区在大地构造上处于新华夏系第二隆起带东缘的长乐〜南澳深大断裂带西北边缘，其次生构造发育，多表现为压扭性断裂, 片理化带，及岩脉等。由于区内覆盖层较厚，未见地质构造行迹。据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）,测区地震动峰值加速度为0.15go地震动反应谱特征周期为0.40S,地震基本烈度为VII度。3.5.不良地质与特殊岩土拟建工程场区不存在砂土液化可能，无特殊岩土。36岩土物理力学指标推荐值岩士物理力学鋤指麻基榊力(Jo(kPa)(g/cm3)P(q/cm勺f抗压輾(MPa)me(kPaittm"〈1-2〉人工勲士脱1201.9818180.25/支沪汀<2>1601.8518180.25/i：i1:1.25<5>中砂中密2001.95/300.3/1:1.51:1.75<6>申巒2001.96/350.35/1:1.51:1.75<7>1801.8730.7190.25/支护支护<7-1>勰砂质删士1801.930.518.70.25/1:1.251:1.5<8-1>全阳匕花船W[4}2001.9515200.3/1:1.51:1.75<8-2)WWO^(W[3])3002.0/300.4/1:0.751:1<8-3)飙缺眩岗岩{W[3]较硬4002.2/450.45/1:0.751:1〈8-4；冲風化㈱執W2])蹶8002.6/700.646.21:0.51:1〈9-1〉翹2001.9515180.3/1:1.51:1.75<9-2：遛阳礙软j}较硬3002.0/300.35/1:0.751:1‘申MW«(W[2])里硬8002.6/450.4/1:0.751:14.施工区段划分根据杠火车站站改工程情况及施工进度，将隧道工程按区段划分,其中下穿南广场段长142m,为区段一；下穿已施作南站房段长40m,为区段二；下穿已施作南站台段长40m,为区段三；下穿未施作站台段长53m,为区段四；下穿北站房段长40m,为区段五；下穿北广场段长 35m,为后期实施段；根据施工图显示，隧道距离既有桩基最近的为2.4mo各区段下穿既有构造物时，隧道洞身与构造物的横断面关系见附图。区段划分详见下图。区段划分示意图刖区段划分断面示意图三•施工方法分析1・现场情况分析根据隧道地质围岩情况，结合隧道与既有构造物的实际位置关系，如采用控制爆破法，需要解决对既有桩基的保护，在爆破振速一定的情况下，唯有加大爆源点至保护点距离、采取降振隔离措施、控制单段起 爆药量等方式；如采用静态爆破法或液压冲击锤法，需要解决如何提供有效的临空面。根据《爆破安全规程》(GB6722-2011)规定，爆破振动判据采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率，安全允许标准如下表:爆破振动安全允许标准序号保护对象类别安全允许质点振动速度V,cm/sfWlOHzlOllzfW50llzf>50Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.15〜0.450.45〜0.90.9〜1.52—•般民用建筑物1.5〜2.02.0〜2.52.5〜3.03工业和商业建筑物2.5〜3.53.5〜4.54.2〜5.04—般古建筑与古迹0.1〜0.20.2〜0.30.3〜0.55运行中的水电站及发电厂中心控制室设备0.5〜0.60.6〜0.70.7〜0.96水工隧洞7〜88〜1010〜157交通隧道10〜1212〜1515〜208矿山巷道15〜1818〜2520〜309永久性岩石高边坡5〜98〜1210〜1510新浇大体积混凝土(C20):龄期:初凝〜3d龄期:3d〜7d龄期:7d〜28d1.5〜2.03.0〜4.07.0〜&02.0〜2.54.0〜5.08.0〜10.02.5〜3.05.0〜7.010.0〜12注1：表小质点振动速度为三分量屮的最人值；振动频率为主振频率。注2：频率范围根据现场实测波形确定或按如卜数据选取:爾室爆破f<20llz；需人深孔爆破f二10〜60Hz；露天浅孔曝破仁40〜100Hz；地下深孔爆破f=30〜100Hz；地下浅孔爆破f=60〜300Hz0 注3：爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。爆破振动速度用萨道夫斯基经验公式计算。V=K(譬屮Q=式中：V—地面质点峰值振动速度，c〃於；Q—炸药量，kg；齐发爆破时为总药量；延迟爆破时为最大一段药量；R—观测(计算)点到爆源的距离，m；K、。一分别为与爆破点至计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按下表选取，也可通过类似工程选取或现场试验确定。施工时安排专业机构对进行测试，以便于后期隧道正洞施工取值。爆区不同岩性的K、Q值与岩性的关系岩性Ka坚硬岩石50〜1501.3〜1.5中硬岩石150〜2501.5〜1.8软岩石250〜3501.8-2.0根据《爆破安全规程》(GB6722—2011),在保护对象为工业和商业建筑物时，爆破安全允许振速为4.5cm/So依据上表并结合本工程实际的情况，参考类似工程经验，取K二100,a二人5并根据上述公式对最大段起爆药量进行核算，可求得允许最大起爆药量与爆破振动安全距离关系如下表：［刃二4・5cm/s时，不同的值对应的最大单段允许爆破药量计算结果/?(m)2.42.853.74.22567891011fife)0.030.050.10.150.250.440.691.041.482.032.7 R(m)12131415161718192021222(kg)354.455566.838299.9511.8113.8916218.752156为满足施工振动要求，爆破过程中适时进行振动监测，根据监测数据调整爆破参数，以确保控制爆破的有效实施。2•施工方案2.1•台阶法控制爆破根据设计地质资料显示，本隧道主要为中风化花岗岩，属坚硬质岩层。根据施工经验分析，隧道爆破时，掏槽眼装药量最大，产d的振动速度最大，对既有桩基造成的影响最大，为满足对既有桩基的保护，可采取以下措施进行减振以满足爆破需要：⑴采用微差起爆，严格控制单段起爆药量。因隧道爆破时炮眼数量较多，采用微差起爆，以降低单段最大起爆药量；在毫秒雷管无法满足要求，可以采用高精度数码毫秒管实行单管单孔爆破。⑵采用预裂爆破，形成减震隔离带，以及在掏槽区两侧增设减震孔,以达到减震的冃的。原理就是利用爆破临空面和减震隔离带在爆破时对爆破震动能力的大量吸收及消耗，使隔离带后面的区域受到的震动大大减小。⑶根据现场施工经验，隧道爆破时掏槽眼药量最大，所引起的爆破振动也最大，因此，选择合理的掏槽方式降低掏槽装药的单段药量。⑷利用测振仪进行安全振动动态监测，根据检测结果确定爆破振动衰减规律，及时调整爆破参数，达到减振要求。台阶法施工上台阶爆破钻眼设计见下图： 根据台阶法施工特点，开挖爆破时，结合萨道夫斯基经验公式计算,当振速保持一定时，爆源点至既有保护桩基间距为4•加时，约可以使用150g炸药，致使此方案适用范圉极小。2.2.CRD法控制爆破根据设计地质资料显示及已完工程施工经验分析，本隧道主要为中风化花岗岩，属坚硬质岩层，当爆破临空面缩小后，爆破炸药单耗将会随之提升，产生的振动将会加大，因此此法难以适用。23超前中导洞控制爆破+静态爆破法2.3.1.施工方案简介超前中导洞法施工方案，即控制爆破+静态爆破+液压冲击锤法相结合，配合微差爆破、隔断减振措施的施工方案；首先采用控制爆破法在隧道中上部施工超前中导洞，再采用静态爆破+液压冲击锤法或液压劈裂法进行扩挖。为满足施工场地需要，南竖井施工进入正洞后，一次性将隧道开挖成型30m,而后再进行超前中导洞施工；北竖井利用既有竖井作为施工场地，洞口超前大管棚施工完毕后开始施工超前中导洞，超前中导洞贯通以后，再从隧道南北两端采用静态爆破扩挖。超前中导洞布置在隧道中上部，顶部轮廓线与隧道重合，结构净空尺寸为宽5mX高5・3m,中导洞采用自制开挖平台，人工YT28凿岩机钻眼，每循环进尺根据开挖断面与既有桩基所处位置的不同，将循环进尺控制在0.8〜1.5m。隧道施工步骤见下图: 说明：1、栩为翹中导漑工方案二分戦工2、首先粽控勰破凝直5m*髙5dm（D縱前中导札而后秫静緬魏施工②胡用舲爆破法軻④制⑤部下甜，下樹左右两赠开距舫SOm,朋开扭⑥部侧L超前中导洞虹方案虹步鄒2・3・2・超前中导洞爆破设计在隧道中上部开挖超前中导洞，可以将爆源点至既有桩基之间的最不利距离加大（周边眼至桩基距离），并将微差爆破、预裂爆破起爆网络相结合，在中导洞开挖轮廓线的周边眼部位形成一条预裂贯通缝的作用，将开挖区与保留区分离开，同时通过打设减振孔阻隔，然后再进行内部开挖岩体的进一步破碎，掏槽区两侧的减振孔起到降低掏槽眼起爆时的爆破振速，实现降低爆破振速的目的。另外，在装药过程中，周边眼采用不耦合间隔装药，导爆索起爆相结合，以减少单孔装药量及单段起爆药量。为满足施工振动要求，爆破过程中适时进行振动监测，根据监测数据调整爆破参数，以确保控制爆破的有效实施。紧邻既有桩基保护物时，每循环进尺控制在0.8m~1.0m；远离既有桩基保护物吋，每循环进尺控制在1.0m~1.5mo中导洞爆破钻眼详见下图。 //idoon3030超前申导禰限说怖翻233冲导洞临时钢架拆换上台阶两侧静态爆破采取交错施工，因中导洞与隧道顶部轮廓线重合，拱部钢架保留，边墙拱架拆除按静爆哪侧拆哪侧，随拆随爆随支,为确保中导洞两侧单边拆除时拱架顶部安全，中导洞施工时应提前在拱部钢架两端各打设2根长3・5m锁脚锚杆，拆换时加设临时支撑、加设临时仰拱，使拱架及时封闭成环。上台阶钢架拆换步骤见下图： •M：1、栩为超时导褫功案上側麹2、超前中导楸韵騒重合，毗購瞅飙道标临-加湘低3、爛肚台阶左枫侧扩髓擁彼法旅匚需要飜申导做删架迪瞅縣取瞬挪躺除删,首先腹綁②訓,tti幅斛架丸在枷I钢架上打设-柳22临畔蜩段而歸斷瞬、勰.1、本图为捲前中翱施功紅蹴左侧麟荻缺臧示懿。耀左蜩號漱錨时憾、述,使受力M；而咸除监时般。上邰憐橢卿輛除示意图㈡ 系统黠1、栩为超阱挪施工施上镰枷麟爆破瞅拆蘇懿。2＞上飾柿t翱號輻，则緻下台阶静态爆破分左右两侧交错施工，拱架随爆随支。234•静态破碎剂法施工⑴静态破碎剂法钻孔与堵塞本隧道大多为中风化花岗岩，采用人工配合YT28凿岩钻机打设4)42mm钻孔，周边眼间距20cm,辅助眼间距30cm,排距间距30cm；钻孔深度取钢拱架间距的整倍数，上台阶每循环1棍钢架，下台阶每循环2棍钢架；上下台阶施工时采用水平钻孔,仰拱施工时采用垂直钻孔,钻孔方向应尽可能做到与自由面平行。静态破碎剂装填需基本填满炮孔，装好后使用木棍捣实；为增加炮孔的约束，提高胀裂效果，静态破碎剂装填好后，用塑料塞或炮泥对炮眼进行堵塞，长度约为10cm。⑵静态破碎剂炮眼胀裂顺序为使炮眼在胀裂时能有更多更大的临空面，以提高胀裂效果，炮眼在胀裂顺序上应存在一个时间差，为此，炮眼破碎顺序应从既有临空面开始依次向隧道开挖轮廓线靠近，最后胀裂周边眼。在前排一定范围内可以同时装药，后面每排依次推迟20〜30min后装药破碎，可以减少前排挟制，而取得较好的破碎效果。 ⑶安全措施和注意事项①无关人员不得进入施工现场。②现场施工人员必须配戴防护眼镜（防尘防冲击型PVC护目镜）。③在药剂灌入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或草席，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂进入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。情况严重者立即送医院清洗治疗。④在破碎工程施工中需要改变和控制反应时间，必须依照产品规定加入抑制剂和促发剂，并按要求配制使用，严禁擅自加入其他任何化学物品。⑤刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高，应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。炮孔内积水在装药前应排除干净，防止水灰比过大，影响静爆效果。 2.34单循环进度指标⑴超前中导洞单循环进度指标计算表序号工序名称时间(min)备注1台架就位152测量及监控量测303开挖钻眼180约210个眼4装药爆破305通风排烟106出渣运输1507锚杆、挂网1208喷碗609清理场地3010正常工序循环时间合计62511循环进尺(m)1〜L5m⑵静态破碎剂法上台阶单循环进度指标计算表序号工序名称时间(min)备注1台架就位152测量及监控量测303开挖钻眼1504静态破碎剂装填605静态破碎剂反应等待360暂按6小时计算6液压冲击锤清理、出渣运输1807锚杆、挂网120 8喷栓609清理场地30序号工序名称时间(min)备注10正常工序循环时间合计100511循环进尺5)0.5〜1.0m24施工方法对比施工方法对比详见下表。四、施工工期安排施工工期安排详见附图。五、结论及建议根据隧道地质情况、**火车站站改工期安排，为满足**站和年1nis日春运需要，建议采用超前中导洞施工方案。'