孤石爆破方案

中铁十一局集团有限公司广州轨道交通六号线二期工程施工四标项目经理部二零一二年九月孤石爆破方案评审材料主要内容第一篇添加会议议程——某领导发言第一篇添加会议议程——某领导发言第一篇工程概况第二篇添加会议议程——某领导发言第二篇——某领导发言第二篇“孤石”地面处理总体方案第三篇添加会议议程——某领导发言第三篇爆破施工技术方案安全保证措施及应急预案第四篇第四篇第一篇工程概况一、工程概况及地质水文1.工程简介广州市轨道交通六号线二期工程施工四标土建施工项目包括：科学城东站、暹岗站、香山路站～科学城东站、科学城东站～暹岗站盾构区间，河沙站派出所土建工程。明挖车站科学城东站长200m，标准段宽为18.7m，底板埋深15m，为地下两层岛式站台车站，附属4个出入口和2个风亭；明挖暹岗车站总长334m，标准段宽为21.7m，车站顶板埋深3m，为地下两层岛式站台车站，车站共设3个出入口和3组风亭及附属派出所一座；盾构隧道全长1469.674单线延米，为双孔圆形隧道；主要附属工程包括1个联络通道、8个洞门；河沙站派出所土建工程为六号线二期工程河沙站附属工程。YDK-35+752.9YDK-36+100.0YDK-36+520.0YDK-36+873.2YDK-37+073.21#联络通道中心里程2#联络通道中心里程YDK-37+815.997香山路站科学城东站盾构区间盾构区间暹岗站YDK-38+159.9971120.3742.8YDK-37+600.03#联络通道中心里程200344第一篇工程概况2.地质状况本标段线路经过地区，在大地构造上属于华南地槽褶皱系的一部分，位于花县凹褶断束内。广从、瘦狗领、广三断裂是本区构造的基本骨架。地貌属低山丘陵地貌，沿线为剥蚀残丘和山间冲洪积小盆地或小山谷，沿线地面标高为27～31米，高差达4m，地面较为平坦。表1-1本标段沿线地貌概况表序号里程长度(m)地貌概况覆土厚度1YCK35+756.9～YCK36+873.201120.3开创大道，道路两侧多为小山丘11～18m2YCK36+873.20～YCK37+073.20200交叉路口，附近有低矮房屋2～3m3YCK37+073.20～YCK37+815.997742.8开创大道，道路两侧多为小山丘10～15m4YCK37+815.997～YCK38+159.997339房屋建筑、空地3～4m3.沿线地层特性区内地层从新到老大致可分为9个大层，地层分布情况如图第一篇工程概况本区间长1120.3m，隧底最大埋深约29.4m，最小埋深约15.2m，中间设两个联络通道。本区间隧道最大坡率20‰，曲线半径1000m，线间距13m，隧道主要在粉质粘土4-1、可塑状砂质粘性土层5H-1、硬塑状砂质粘性土层5H-2、花岗岩全风化带6H地层中通过。第一篇工程概况本区间长742.8m，隧底最大埋深约23.5m，最小埋深约15.0m，中间设一个联络通道（带泵房）。本区间隧道最大纵坡坡率25‰，最小曲线半径550m，线间距13m～16m，隧道主要在4-1粉质粘土、可塑状砂质粘性土层5H-1、硬塑状砂质粘性土层5H-2、花岗岩全风化带6H地层中通过。第一篇工程概况水文地质条件本标段地下水水位埋藏变化较大，稳定静止水位埋深为2.30～5.70m（科学城东站）、3.40～5.30m（暹岗站），平均埋深为4.23m（科学城东站）、3.59m（暹岗站），地下水位的变化总体趋势由西向东逐渐变低。地下水位的变化与地形地貌、地层岩性、地下水补给及排泄关系密切，每年5～10月为雨季，大气降水充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为2.50～3.00m。地下水赋存方式分为第四系松散土层孔隙水和基岩层风化裂隙水。地质详勘资料根据招标阶段的详勘报告，本标段两个盾构区间共布置钻孔100个，其中香～科区间69个，科～暹区间31个。勘探孔类型分为技术性钻孔（取样及标准贯入试验孔）和鉴别孔（标准贯入试验孔）两种。钻孔分别按左、右线路外侧约6m左右布置，钻孔孔距约30～40m。根据详勘资料，现有发现石英脉和孤石的位置如表1-2、表1-3。第一篇工程概况表1-2科～香区间发现石英脉和孤石钻探位置序号钻孔编号层位岩性起止深度（m）接穿厚度（m）钻孔里程相对隧道位置关系1MF2Z3-XK-386H孤石18.2～19.71.5ZDK-36+331.17左6米隧道中间221.1～21.70.6隧道中间324.8～26.51.7底板以下4MF2Z3-XK-477H25～25.60.6ZDK-36+485.96左6米底板以下5MF2Z3-XSL-215H-1石英脉岩14.3～15.20.9ZDK-35+718.13左5.23米隧道中间6MF2Z3-XK-025H-213.2～13.60.4ZDK-35+742.93左7.01米隧道中间7MF2Z3-XK-127H31.1～32.61.5ZDK-35+879.55左6米底板以下8MF2Z3-XK-145H-212.2～14.52.3ZDK-35+911.73左6米拱顶穿过9MF2Z3-XK-295H-216.5～18.62.1YDK-36+181.95右6米隧道中间第一篇工程概况表1-3科～暹区间发现石英脉和孤石钻探位置序号钻孔编号层位岩性起止深度（m）接穿厚度（m）钻孔里程相对隧道位置关系1MF2Z2-666H孤石28.5～30.11.6ZDK-37+273.7左9.85米底板以下7H30.8～32.31.5底板以下2MF2Z3-KX-035H-216.4～17.41ZDK-37+163.6左6米隧道中间3MF2Z3-KX-056H23.4～25.42.0YDK-37+222.34右1米底板以下4MF2Z3-XG-207H26.8～303.2ZDK-37+777.6左4.57米底板以下工程重难点分析盾构区间和车站主体施工范围内地质勘察钻孔发现孤石和石英脉的存在，盾构施工时需考虑孤石和石英石对盾构施工的影响，盾构掘进过程中，很容易出现孤石不能被滚刀破碎，在刀盘前滚动，严重损坏刀具和刀盘的现象。同时孤石存在于自稳能力不好的残积层，洞内基本上无条件直接进行处理，因此盾构在存在孤石的花岗岩残积层中掘进，将面临极大的施工风险，严重影响工程进度及成本。因此，必须对本标段盾构掘进中孤石和基岩突起进行地面爆破预处理，以降低工程风险和加快施工进度。第一篇工程概况第二篇“孤石”地面处理总体方案二、“孤石”地面处理总体方案总体施工方案为保证盾构工期及盾构机安全通过“孤石”段，需对双线“孤石”段进行预处理，考虑到隧道双线位于开创大道机动车道之下，具备地面处理条件，本工程采用深孔控制爆破预处理的方法。爆破施工工艺深孔控制爆破法的优点：避免盾构机开仓安全风险，减小隧道洞内处理空间限制。爆破施工工艺：采用地质钻探方法进一步探明“孤石”位置，确定需地面处理的范围，对已探明“孤石”的采用地面地质钻垂直打孔，装炸药爆破隧道范围内岩石，使岩石成为单边长度小于30cm的碎块，确保盾构机顺利出碴及正常通过孤石区段。施工准备机械设备和主要材料见表2-1、表2-2。第二篇“孤石”地面处理总体方案名称型号单位数量备注地质钻机YT100台20名称单位数量备注乳化炸药吨5吨25米导爆管雷管发5000钻杆米500钻头个100钢板张20砂袋个若干石头立方米120表2-1主要机械设备表2-2主要材料第三篇爆破施工技术方案三、爆破施工技术方案1.爆破参数（1）钻孔直径采用地质钻机钻孔，土层、岩石钻孔孔径均为110mm，下直径90mm的PVC套管。（2）钻孔形式为了便于施工和准确控制钻孔方向，采用垂直钻孔形式。钻孔过程中用泥浆护孔，必要时下钢套筒。成孔后下90mm的PVC套管护孔，套管底需安有堵头，爆破前孔口需遮盖，防止异物掉入堵塞炮孔。（3）火工器材选型孔内雷管选用毫秒导爆管雷管，起爆雷管选用导爆管，炸药选用乳化炸药，标准直径为Φ60mm，具体根据现场的需要加工。（4）装药结构及起爆网络由于炮孔深度较深，需要爆破处理的岩石埋深较深，因此起爆药包第三篇爆破施工技术方案采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差不得大于10cm。药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。由于起爆体上方有约20米高的水柱，压强相当大，因此起爆体需配重抗浮。炮孔采用正向装药起爆，起爆选用非电爆破网路，采用激发针起爆，每个炮孔装两发雷管，且分别属于两个爆破网路，两套网路并联后起爆。网路示意图如下所示：雷管雷管炮孔雷管雷管雷管雷管起爆器图3-1爆破网络图成孔后安装PVC套管安装完PVC套管后测量孔深第三篇爆破施工技术方案第三篇爆破施工技术方案（5）单耗计算本工程需要爆破处理的岩石位置较深，无法采取手风钻进行钻孔爆破施工。因此决定采用地质钻机进行钻孔。依据瑞典的设计方法，单位耗药量计算：q=q1+q2+q3+q4式中q1—基本装药量，是一般陆地梯段爆破的两倍（本工程爆破对象大多位于地下15~22m左右，且存在地下水，故视为水下爆破）。对水下垂直钻孔，再增加10%。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q1=0.5kg/m3，则水下钻孔q1=1.0kg/m3，水下垂直孔q1=1.1kg/m3；q2—爆区上方水压增量，q2=0.01h2；h2—水深，m；q3—爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3；h3—覆盖层（淤泥或土、砂）厚度，m；q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h；h—梯段高度，m。本工程h=4m，h2平均取20m，h3=18mq1=1.1kg/m3q=1.1+0.01×20+0.02×18+0.03×4=1.78kg/m3在爆破作业时须参照上述数据试爆后，针对具体情况调整爆破参数。布孔形式与装药结构1）孤石爆破其中=孔距，=排距需爆破孤石隧道底面地面堵塞炸药图3-2孤石爆破装药结构示意图装药孔空孔图3-3孤石爆破布孔平面示意图第三篇爆破施工技术方案表3-1基岩突起装药参数表基岩厚度H（m）超深h(m)孔距a(m)排距b(m)孔深L(m)单耗㎏/m3装药Q（㎏）装药形式3.01.00.81.041.784.27连续6.01.21.01.17.21.7811.75分层9.01.51.21.210.51.7823.07分层2）基岩爆破由于孤石埋深较深，从而导致其爆破破碎难度较大，为了便于施工及爆破破碎效果，采取首先对前排孔进行爆破，然后利用前排空爆破挤压周围土层产生的自由面，再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距均为0.8~1.5m，钻孔超深1.0~2.0m，装药深度比基岩厚度深约0.8~1.5m。第三篇爆破施工技术方案具体钻孔装药结构如下图所示：其中=孔距，=排距超深=(1.0～2.0)需爆破岩石隧道底面地面堵塞炸药超深堵塞炸药图3-4厚度3.0m基岩爆破装药结构示意图炸药堵塞超深炸药堵塞地面隧道底面需爆破岩石其中=孔距，=排距超深=(1.0～2.0)图3-5厚度3.0m以上基岩爆破装药结构示意图第三篇爆破施工技术方案（七）药包加工炸药配重图3-6单段药包加工示意图配重雷管雷管炸药堵塞图3-7分段药包加工示意图第三篇爆破施工技术方案药卷包扎炮眼装药第三篇爆破施工技术方案炮眼填塞炮眼装药第三篇爆破施工技术方案（八）抗浮配重由于炸药与孔内的泥浆水比重相近，导致药包无法下沉或下沉后在浮力作用下而无法固定，所以需对药包进行配重抗浮。（九）药包就位和防护药包加工好后，在管壁上端钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索，然后开始下药包。根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，确定装药底部深度N1，然后准确测量PVC管与绳索的长度之和N2，使N1=N2，将整个药包悬吊到准确的位置上，误差控制在+10㎝之内。药包就位后，用铁丝把绳索固定在套管壁上，使其不再移动。地面铁板木枋沙包沙包堵塞图3-8爆破防护示意图第三篇爆破施工技术方案爆破覆盖起爆网络联接第三篇爆破施工技术方案爆破安全校核（1）爆破安全距离为了确保爆破施工的安全，避免爆破对建筑物的损坏，施工前必须进行爆破安全距离计算，施工中