盾构区间孤石爆破施工方案.docx
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盾构区间孤石爆破施工方案
一、编制说明
1.1编制原则
（1）编制的施工组织设计满足和响应合同要求和各项技术标淮；
（2）编制的施工组织设计有针对性、技术上先进、适用性强的特点；
（3）积极推广、应用新技术、新工艺、新材料、新设备，确保安全、质量、进度要求；
（4）采用监控系统和信息反馈系统指导施工；
（5）各种技术难题超前进行研究，以预防为主；
（6）严格执行东莞市建设行政主管部门对项目施工的安全、质量、文明、环保、卫生健康等有关要求，最大限度减少对周边环境、市民生活的影响，树立良好的工程形象和社会形象。
1.2编制依据
（1）东莞市轨道交通R2线2309标地质详勘报告；
（2）东莞市轨道交通R2线2309标隧道施工设计图；
（3）东莞市轨道交通R2线2309标地质补勘报告；
（4）中华人民共和国《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
（5）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；
（6）东莞市对于爆破作业的相关规定。
二、工程概况
本标段即东莞市城市快速轨道交通R2线2309标土建工程，共1站1区间，区间线路全长4759.325单延米，车站总长474.354米。
包括:
1座车站主体（车站部分及物业部分）及附属工程（车站及物业部分通道、出入口、风道、风亭）；1个隧道区间及附属工程（含盾构段、中间风井、临时施工竖井、盾构吊出井及矿山法开挖、矿山法开挖初支盾构拼装管片施工段、盾构端头加固、洞门处理、联络通道及泵房等）。
左线ZDK22+181.4～ZDK24+841.324，全长为2659.924m；
右线YDK22+176.4～YDK24+841.324，全长为2664.924m；
其中在ZDK22+165.750～ZDK22+187.850设中间风井兼矿山法施工竖井。
在YDK23+003.0设临时施工竖井兼矿山法施工竖井；
在YDK24+165～YDK24+181.2设盾构吊出井兼矿山法施工竖井，陈屋站始发井口至吊出井段左线隧道顶板埋深7.0~19.0米，右线隧道顶板埋深7.9~18.7米。
根据初步设计，YDK24+193.50～YDK24+295.0为盾构空推段，该段岩层主要为中等风化花岗闪长岩和微风化花岗闪长岩，先采用矿山法施工暗挖初支，后采用盾构法空推通过，注浆并拼装管片，完成二衬结构。
YDK24+295.0～YDK24+841.324为盾构掘进区间，设计采用1台盾构机进行掘进施工，由车站始发经盾构吊出井吊出后回到车站二次始发，再次向盾构吊出井方向掘进到达后吊出。
区间隧道盾构段（盾构空推段和盾构掘进段）：
右线盾构空推段163.8m，盾构掘进段496.324m；
左线盾构空推段101.5m；盾构掘进段546.324m。
三、工程地质及水文地质
3.1、工程地质概况
本标段盾构区间影响范围内地层从上到下为杂填土<1-4>、软塑状粉质粘土<3-1>、冲洪积中砂<3-10>、硬塑状砂质粘性土<6-6>、全风化花岗闪长岩<9-1>、强风化花岗闪长岩<9-2>、中等风化花岗闪长岩<9-3>、微等风化花岗闪长岩<9-4>。
本标总体不存在砂土液化问题，但局部可能由于地下水位较高、砂土中粘粒含量低、不均匀的松散透镜体分布等原因，存在砂土液化趋势，宜适当考虑加强工程措施。
残积土及全、强风化岩颗粒成分具有“两头大，中间小”的特点，即颗粒成分中，粗颗粒（＞0.5mm）的组分及颗粒小的组分（＜0.075mm）的含量较多，而介于其中的颗粒成分则较少，根据室内土工试验成果统计。
这种独特的组分特征，使其既具有砂土的特征，亦具粘性土特征，同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能的条件，因此当动水压力过大时，容易产生管涌、流土等渗透变形现象。
应采取有力的止水措施，避免残积土及全强风化岩遇水强度急剧降低，甚至产生管涌、流土等渗透变形现象。
区间内勘探孔揭示有球状风化体发育，其中有数处侵入隧道范围内，对施工有影响。
花岗岩风化土中存在的球状风化核，俗称“孤石”，在广东地区是普遍存在的一种地质现象，花岗岩风化土中的球状风化核，其成因是岩浆中的石英富集部分不容易风化所致。
由于其埋藏分布及大小是随机的，很难通过地质钻探探明其分布情况。
孤石形状各异，大小从几十公分到几米，岩石单轴抗压强度可以达到100MPa以上。
相对于孤石的强度，周边风化土层强度小很多。
3.2、补勘调查情况
右线：
盾构掘进段YDK24+650.641～726.930为<9-4>微风化花岗闪长岩硬岩段，长76.29m，最高处距底板约为9m，占据整个隧道空间，与顶板底板均相接。
岩石致密、坚硬，锤击声脆，合金钻进困难，石英含量较多；同时线路上伴有大量球状风化体中、微风化花岗闪长岩（孤石段），与顶板底板均不相接。
左线：
盾构掘进段ZDK24+638.460～ZDK24+719.683（长81.22m）和ZDK24+777.129～ZDK24+796.269（长19.14m），两段均为<9-4>微风化花岗闪长岩，与底板相接，最高处距底板7.00m。
岩石致密、坚硬，锤击声脆，合金钻进困难；同时线路上伴有大量球状风化体<9-3>中等风化花岗闪长岩、<9-4>微风化花岗闪长岩（孤石段）与顶板底板均不相接。
通过补勘对边界的探明，右线硬岩及孤石段约为99m，左线硬岩及孤石段约为145m。
3.3地面情况
盾构区间沿S256国道进入商业区及厂房。
盾构空推区主要在厂房下方穿行。
见下图。
“孤石”段分布示意图
3.4、水文地质
地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。
第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂质粘性土层中。
地下水位埋深3.0～8.0m，以孔隙潜水为主，人工填土层中存在上层滞水。
残积土孔隙水含水层性质为砂质粘性土，透水性和富水性均较弱。
基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中等风化带中。
基岩的含水性、透水性受岩体的结构、构造、裂隙发育程度等的控制，由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。
岩体的节理、裂隙发育地带，地下水相对富集，透水性也相对较好，反之不然。
总体上，基岩裂隙水发育具非均一性。
区间范围内冲洪积砂层分布规律性差，主要呈透镜状分布，局部层状分布，级配较好，分选较差，砂层总厚度大体在1.4～11.0m，埋深0.8～13.7m不等，砂层粘粒含量较大，富水性及透水性一般，含水量一般；粉质粘土及砂质粘性土富水性及透水性较差，含水量较小，为相对隔水层。
局部地段含水层与相对隔水层交错分布，因此在区间范围地下水局部具有微承压性，相对于含水层顶面承压水头高2～6m。
四、工程重难点分析
通过补充勘探，可以发现在较短的盾构区间集中存在大量的串状“孤石”群，且“孤石”抗压强度fr=121.0～128.0MPa，相对于孤石的强度，周边风化土层强度小很多。
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殘积层，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殘积层中掘进，将面临极大的施工风险，严重影响工程进度及成本。
盾构机作为一种施工工具，其功能完全取决于施工的对象，即围岩的特性，并非在任何地层条件下，盾构法都是可以适用。
因此，必须对本标段盾构掘进中孤石的破碎条件和预处理方法进行明确，以降低工程风险和加快施工进度。
五、“孤石”地面处理总体方案
5.1、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在莞太路机动车道之下，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。
在交通疏解方案上，保证莞太路双向4车道通车条件。
5.2、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。
5.3、施工进度计划
目前，根据补勘所揭示的地质，需要进行地面占道爆破的区间线路长度约为240米，考虑到孤石段主要分布在盾构区间左右线的三个区域内，因此我们将根据孤石群的位置将孤石处理分为三片区域，并相应地进行三次交通疏解。
初步计划如下：
一期施工：
施工准备阶段（包括征地拆迁）：
2012年3月15日～2012年3月31日；一期围蔽施工及交通疏解：
2012年4月1日～2012年4月5日；地面爆破施工：
2012年4月6日～2012年5月15日；路面恢复：
2012年5月16日～2012年5月20日；本期围蔽占道长99m、宽10m，占到面积990m2，交通疏解在一期围挡北端开始有双向八车道变为双向四车道，车流导向围挡东侧进行疏解。
二期施工：
二期围蔽施工及交通疏解：
2012年5月21日～2012年5月25日；地面爆破施工：
2012年5月26日～2012年6月25日；路面恢复：
2012年6月26日～2012年6月30日；本期围蔽占道长80m、宽10m，占到面积800m2，交通疏解在二期围挡北侧开始有双向八车道变为双向四车道，车流导向围挡西侧，到达陈屋站围挡北端后，车流导向陈屋站围挡东侧道路进行疏解。
三期施工：
三期围蔽施工及交通疏解：
2012年7月1日～2012年7月5日；地面爆破施工：
2012年7月6日～2012年7月25日；路面恢复：
2012年7月26日～2012年7月30日；本期围蔽占道长35m、宽10m，占到面积350m2，交通疏解在三期围挡北端开始有双向八车道变为双向四车道，车流导向陈屋站围挡东侧进行疏解。
详见下表所示：
施工进度计划表
序号
工序名称
2012
3
4
5
6
7
一、
一期施工
1
施工准备阶段
2
围蔽施工及交通疏解
3
地面爆破施工
4
路面恢复
二、
二期施工
1
围蔽施工及交通疏解
2
地面爆破施工
3
路面恢复
三、
三期施工
1
围蔽施工及交通疏解
2
地面爆破施工
3
路面恢复
5.4、施工准备
5.4.1机械设备
由于本工程地质条件比较复杂，钻孔速度受到很大限制，易对施工造成影响。
拟投入主要机械设备如下：
陆地侧地质钻机20台。
名称
型号
单位
数量
备注
地质钻机
YT100
台
20
5.4.2主要材料
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
六、交通疏解方案
为保证盾构始发工期，“孤石”地面爆破处理主要分为左线右线两个施工区域，在保证莞太路车辆正常通行的前提下，前后对右线及左线施工区域进行整体围蔽，并进行交通疏解。
交通疏解分三期实施，每期施工内容及交通疏解方案如下：
（1）第一期交通疏解
盾构区间一期交通疏解具体情况如下：
施工内容：
盾构区间右线“孤石”段里程为YDK24+653.27-YDK24+762.64，沿着隧道线路方向，两侧各延伸1.5m，进行围蔽施工。
利用莞太路东侧剩余4车道作为交通疏解道，保证双向4车道通行能力。
围蔽面积为990平方米。
（2）第二期交通疏解
施工内容：
盾构区间左线“孤石”段里程为Z
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