双线铁路隧道深孔爆破全断面工法

PAGE1PAGE12双线铁路隧道深孔爆破全断面工法一、工法特点1.本工法采用5m深孔光面爆破、非电起爆、爆破振动监控量测、周边预裂光爆等一系列新技术，并通过优选爆破器材和选择合理爆破参数等，使炮眼利用率达95%以上，炮眼痕迹保存率达70%。2.将监控量测技术、数据处理方法和信息反馈的判断准则技术用于施工，使施工管理用数据说话，保证了隧道施工的安全作业。3.应用初始应力场及二次应力场的量测技术，超前15m声波探测光谱显微构造分析，结合洞内素描、赤平极投影技术，进行准确的地质预报，其准确率达80%左右。4.采用喷锚支护复合衬砌结构，其外层用锚杆喷射混凝土初期支护，内层模注混凝土作二次衬砌，两层间设置塑料防水层。5.大型机械化快速配套施工，成功地建立了凿岩装渣运输、混凝土喷锚支护和二次衬砌三条机械化作业线，开挖月进尺最高263m，平均月进尺187m，混凝土衬砌施工月进尺最高300m。6.隧道长距离(2763m)独头无轨运输施工通风的成功，可减少一条平行导坑的工程。7.控制精密测量技术，使14.295km隧道贯通误差精度横向17.3mm(限差±400mm，仅为限差的4.4%)，高程误差4.6mm(限差±50mm，仅为限差的9.2%)。8.做到安全施工，死亡率为0.57人/km。二、适用范围1.本工法适用于用新奥法原理指导施工的各种地下通道及洞室。2.深埋、铁路围岩Ⅲ~Ⅳ类，开挖断面80~130m2一次爆破成形的单、双线铁路隧道。3.采用大断面深孔爆破机械化快速施工的公路隧道、水利隧洞和双线铁路隧道。三、工艺原理1.以岩体力学理论为基础，应用新奥法指导施工，充分发挥围岩的自承能力，运用控制爆破技术，及时进行喷锚初期支护，防止围岩松动，应用量测监控及时反馈，充分发挥围岩和初期支护的作用。2.利用变位反分析法原理，进行复合衬砌的计算和设计。3.利用围岩特性曲线，确定施工工序之间的合理施作时间。运用系统控制网络理论，进行机械化配套快速施工。4.应用地质力学原理、浅层地震反射波原理、遥感原理探明地层，进行隧道地质超前预报。5.应用概率论、数理统计理论及测量误差理论，合理处理边角数值，绘制误差椭圆对三角网及导线分析，将光电测距仪应用于洞内控制测量，并提出光电测距导线环平差新方法，大大提高测量精度。方便灵活，省事省时。四、施工工艺(一)工艺程序1.爆破开挖作业程序见图1。2.支护衬砌作业程序见图2。(二)施工要点及注意事项1.深孔掏槽技术(1)隧道掘进深孔爆破主要取决于大直径深孔掏槽是否成功，本工法采用直眼掏槽，掏槽面积1100mm×1100mm，掏槽形式有：单临空孔掏槽(如图3a)适用于3.0m以下浅孔爆破。双临空孔掏槽(如图3b)适用于3.0~3.5m爆破效果最佳。三临空孔掏槽(如图3c)适用于3.5~5.15m爆破。(2)当临空孔直径为102mm、孔间距在70~150mm时掏槽抛掷效果最好。临空孔与装药炮眼间距为150~180mm(裂隙发育时采用250~300mm)。施工必须注意炮眼平行度，否则会影响掏槽效果。(3)装药参数：使用大药卷(Ф42)一号抗水硝铵炸药或Ф40乳胶炸药集中装药，掏槽效果良好，参数如表1所示。(4)掏槽炮眼起爆间隔时间：在5m深孔爆破中，掏槽孔起爆间隔50~75ms，采用的段数越多越好，让每一炮段都单独顺序起爆，槽腔逐渐扩大，一掏到底。(5)掏槽位置：一般设在隧道中心线偏左或偏右位置。如图4所示。设在中心线上最理想，只是钻孔台车钻孔时，其左右两臂工作的界限位置在隧道的中心线上，掏槽位置设在隧道横断面中间，就需要两臂共同钻孔，操作困难，布眼不易准确。2.全断面深孔预裂爆破。Ⅳ~Ⅵ类围岩5m预裂爆破中，采用三临空孔直眼掏槽，临空直径102mm(若Ⅲ类围岩改为3.5m爆破，则采用双临空孔直眼掏槽)。周边眼间距E=45~50cm，相对距离E/W取0.6~0.7(W为周边最小抵抗线长度)，装药用Ф35×165mm小药卷，装药集中度为0.3~0.35kg/m，不耦合间隔装药，不偶合系数1.37。为克服管道效应可用高爆速(5000~6000m/s)炸药，并在各卷炸药间串联传爆线，让药卷架空于钻孔中间。另外适当采用孔底集中装药2~4卷，每隔3~5个炮眼布一个崩落眼集中装药。周边眼起爆采用即发雷管或1段毫秒雷管。3.全断面深孔光面爆破。掏槽眼采用三临空孔直眼掏槽，直径为102mm。周边眼间距50~65cm，一般按相对距离E/W=0.8,用Ф35小药卷间隔装药，装药集中度为0.20~0.25kg/m。起爆顺序：由里向外层层爆破，掏槽眼起爆雷管为1~7段，扩槽眼为8段，掘进眼由里层向外层为9~13段，底板眼为14段，周边眼为15段。4.全断面深孔钻爆作业钻孔前，测量中线水平，将拱顶两侧起拱线及轨面线位置量准确，将设计炮眼画在开挖面上。钻孔时，钻孔台车轴线与隧道中线平行，要求就位准确，按画出的位置和炮眼顺序进行钻孔，避免漏钻，钻孔深度5.15m，直径48mm，掏槽临空孔三个Ф102(可由Ф48扩大为Ф102；有条件也可一次钻成Ф102)。装药爆破周边眼在洞外加工好竹片串装药串。装药前先用高压风将孔中岩粉吹净。人工装药先上后下，先两侧后中间。每孔装药后用炮泥堵好，炮泥长不少于20cm。整个掌子面导爆管分6束，分别捆绑在同段雷管上(为保险起见，每束安两个同段雷管)，再把6束导爆管并联捆扎在一个雷管上，留足导爆索长度，检查好安全再行起爆。通风找顶爆破后先通风，掌子面基本没有炮烟，人员才能进入掌子面把危石橇掉，再用高压水冲洗开挖面除尘。当隧道进出口采用无轨运输时，初期阶段(掘进1370m)用2台MFA100P-SC型风机分散串联在Ф1200铁风管上进行压入式通风，后期增加一根Ф1200铁风管至模板台车处，同时向洞内压风。在有平导地段，用巷道式平导进风，正洞出风。平导以后地段仍然采用风管压入式通风。斜、竖井到达井底后，采用上半断面开挖、有轨运输，可用压入式混合式通风，用Ф1000铁皮风管。通风管理当施工方法发生改变或两工区之间贯通，应及时调整通风布局。当掘进工作面不在风管有效射程内时，应接长风管，使掌子面一带在风流作用范围内。衬砌台车移动前，拆除前后风管，移动后及时接通前后的通风管。维护好风管，处理漏风，保养维修风机，定期进行通风检测。喷混凝土支护隧道喷射混凝土采用双水环喷头，国产PH-30型或转子型喷射机人工对开挖面拱部进行一次喷射混凝土。RODOT-75喷射机械手和B1.5~4.0喷射三联机配套用于出完碴后拱部二次复喷和边墙的混凝土喷射作业。用侧卸式2.6~2.8m3/斗的装载机装碴，12~20t自卸汽车运输出碴。5.二次混凝土衬砌施工(1)要求混凝土工厂和混凝土输送车的输送能力与混凝土泵的灌注能力相匹配。(2)混凝土自进入搅拌输送车至卸料时间不超过初凝时间，混凝土输送过程中要保证不发生离析，若运至灌注地点的混凝土有离析现象时，灌注前须进行二次搅拌。(3)模板台车每次移位前，在准备衬砌部位的两侧边墙下方须预先灌注墙基混凝土，高度为700mm，并沿隧道方向按1500mm的间距预埋地角螺栓，以便固定钢模板的最低边缘。实施中常因预埋地角螺栓位置偏移，很难与模板最下边缘孔对好，为防模板走动只好用加设横撑的办法解决。(4)隧道衬砌封顶采用钢管压注法，选择合适的混凝土坍落度，从拱部的灌注口压注混凝土封顶。(5)混凝土脱模强度必须达到2.5MPa，一般情况下需养护17h以上方准拆模。6.量测项目的确定和布置(1)监测项目(见表2)。(2)量测布点(见表3)。测点布置表3(3)量测频率(见表4)。量测频率表4(4)围岩稳定性判别：根据实测位移值或预测最终位移来判别(见表5)。根据位移变化速率判别当净空变化速率大于10mm/d时，需加强支护系统，当净空变化速率小于0.2mm/d时，则认为围岩基本稳定。根据位移-时间曲线的形态判断当围岩变化速率下降时，围岩趋于稳定。若变化速率保持不变时，应加强支护系统。当变化速率不断上升时，表示已进入危险状态，必须立即加强支护系统。7.控制测量(1)光电测距精密导线网取代传统的三角网作为洞内外的平面控制。(2)沿导线点采用光电测距三角高程方法控制隧道高程。(3)在竖井联系测量中，利用光学投点，光电测距仪导入高程和运用GAK-I型陀螺经纬仪测量井上下联系边的空间投影，几何平面角传递坐标方位。(4)用数理统计处理观测数据。五、施工机械隧道大断面快速施工建立开挖装运、锚喷支护、混凝土衬砌三条机械化作业线，其设备配备如表6。三条机械化作业线的形成对加快工程进度、节省劳力、提高工程质量发挥了重要作用。六、劳动组织本工法劳动组织见表7。开挖和衬砌作业劳动组织表7七、质量控制和安全要求本工法除应遵循现行国家和部颁有关隧道施工、安全、质量、验收规范外，还应执行我局制定的大瑶山隧道施工操作细则、质量标准和安全检查规程。此外，为了搞好质量控制和安全还要求：(一)控制隧道超欠挖1.根据不同围岩情况，选择合理的钻爆参数，选择最佳爆破器材，完善爆破工艺，提高爆破质量。2.提高画线、钻眼精度，特别是周边眼的精度，它将直接影响超挖值，必须按设计轮廓钻眼。3.保证周边眼间隔装药质量，装药前应将药卷用竹片加工成药串。炮孔装药量要严格控制，雷管不能混装，炮口炮泥堵塞质量要好。4.必须有一套严格的施工管理制度来保证控制超欠挖技术的实施。(二)喷射混凝土的质量控制以强度、厚度来检查质量。1.喷射混凝土施工应达到的平均强度为：R=0.85R+1.65Sn式中R——喷射混凝土标号；Sn——标准差；2.喷射厚度一般用钻孔、锤钉等办法检查。3.检查喷层是否平顺，有无漏喷、离鼓、裂缝，尺寸断面是否正确等。(三)应用监控量测进行信息化施工，及时判断不同围岩的稳定情况，进行施工决策，确保安全。八、效益分析1981年8月至1986年底隧道局在包括大瑶山隧道在内的8座总长21km隧道施工中，推广应用本工法。经分析，孔深5m与孔深2.5m相比，掘进费用节约335万元。另按光爆开挖较普通爆破每m3岩石节约2.96万元，又可节约工程费665.3万元。本工法的施工爆破技术，安全可靠，在14.295km的大瑶山隧道施工过程中，钻爆施工无一伤亡。复合衬砌施工法和传统的分部开挖支撑法在同类地层中进行对比，复合衬砌能提高施工进度27%，节省木材60%，每延米成洞工天减少30%，只是每延米用钢量有所增加。本工法的施工原理，支护结构参数、施工方法、施工工艺、施工设备的选型配套，已形成一种模式。根据这个模式编写了新奥法指南，这本指南以在类似的地下工程、铁路、公路隧道施工中全面推广应用，取得了很大的经济效益和社会效益。九、工程实例大瑶山隧道长、断面大、工期短，给施工带来了一