盾构区间孤石爆破施工方案.doc
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盾构区间孤石探测及处理方案
1编制依据
1、东莞市轨道交通R2线地质详勘报告；
2、东莞市轨道交通R2线隧道施工设计图；
3、中华人民共和国《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
4、《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；
5、我单位对地质补充勘察资料。
2工程概况
本标段盾构区间线路起于陈屋站，沿S256国道进入商业区及厂房，沿线依次穿越港宝鞋材厂、易光钢材厂、距意家具厂，然后空推至盾构吊出井，见下图。
其中左线盾构掘进段546.324m；右线盾构掘进段496.324m。
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。
3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>。
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。
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。
总体上，基岩裂隙水发育具非均一性。
地下水受大气降水补给，其次是雨期地表水补给地下水。
地下水位埋深表0～9.7m，地下水动态变化大。
地下水对混凝土结构具微腐蚀性；在干湿交替环境下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
4地质勘探情况
4.1勘察单位提供资料
4.1.1球状风化体
区间内勘探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有球状风化体（孤石）发育，其发育规律性较差，经过统计：
球状风化体的天然单轴抗压强度fc=77.2～138MPa，饱和单轴抗压强度fr=79.6～129MPa。
其发育特征如下表：
钻孔编号
发育标高及厚度
发育层位
球状风化体特征
与隧道洞身关系
M2-Z3-TNC-288
③-16.02～-15.22（厚0.8m）
<9-1>
微风化花岗闪长岩
盾构结构顶板以下
M2-Z3-TNC-289
③-2.55～-2.25（厚0.34m）
<6-6>
微风化花岗闪长岩
盾构隧道洞身内
M2-Z3-TNC-290
③-9.01—7.71（厚1.3m）
④-16.51—13.51（厚3.0m）
<6-6>
<9-1>
微风化花岗闪长岩
③盾构隧道洞身内
④盾构结构顶板以下
M2-Z3-TNC-294
-10.77～8.67（厚2.1m）
<6-6>
中等风化花岗闪长岩
盾构结构顶板以下
4.1.2基岩突起
在基岩突起附近，基岩面起伏较大，软硬不均现象严重。
基岩突起至隧道结构底板以上的分布范围见下表：
里程范围
长度（m）
备注
ZDK24+644～710
66
基岩凸起
ZDK24+770～795
25
基岩凸起
YDK24+653～720
67
基岩凸起
4.2补勘资料
盾构区间勘探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有弱风化、微风化花岗闪长岩球状风化体（孤石）发育，根据需要，为进一步探明孤石的发育情况，我单位对盾构区间进行了必要的补勘。
本次补充勘察揭露，盾构区间范围内，右线YDK24+661.33～741.33，左线ZDK24+716.324～741.33段球状风化体相对较发育，其大小不等，厚度一般为0.30～3m，个别在5.10m。
详见地质剖面图。
4.3高强硬岩段及孤石群情况
经勘察单位提供资料及补勘资料分析如下：
4.3.1高强硬岩段情况
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。
4.3.2孤石群情况
根据勘察单位提供的详勘资料及我单位的补勘资料分析，盾构区间勘探孔在残积土、全、强风化岩中揭示有弱风化、微风化花岗闪长岩球状风化体（孤石）发育，根据需要，为进一步探明孤石的发育情况，我单位对盾构区间进行了必要的补勘。
本次补充勘察揭露，盾构区间范围内，右线YDK24+661.33～741.33，左线ZDK24+716.324～741.33段球状风化体相对较发育，其大小不等，厚度一般为0.30～3m，个别在5.10m。
4.3.3其它情况
在勘察期间，因地面建筑物的原因，勘探点附近场地条件的限制，部分地段无法进行钻孔勘探。
具体情况如下：
“孤石”段分布示意图
5孤石、基岩的提前处理总体施工方案
对于孤石和基岩的提前处理方法，常用的主要有以下几种：
处理方法
适用范围
效果
费用
冲孔处理
适合孤石处理和基岩处理，且地面具备施工条件，岩石界面不超过隧洞一半
处理效率较低，处理效果较好，处理后的残余岩体或孤石对盾构施工基本无影响
费用较高
人工挖竖井处理
适合孤石和小范围基岩处理，对地面环境条件要求较小。
竖井穿砂层的位置小心使用。
处理彻底，但效率太低。
费用很高
爆破处理
周边无重要建筑物，并与居民区距离较远。
适合大范围基岩的处理
处理速度快，处理后残余石块较多，对盾构施工仍然有一定的影响
单位长度处理费用较低。
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，我单位根据勘测资料及现场情况，拟采用两种方案对孤石进行处理：
一是对目前已探明的孤石，一般具备地面处理条件，拟采用深孔控制爆破预处理的方法；二是对因处于工厂区范围，无法钻探的区段，因地质不明且地面不具备提前处理条件，根据地质情况拟采用盾构机直接破岩通过或在洞内采用其它方案处理（如加压开舱人工爆破、通过预留孔对掌子面预注浆加固后再开仓处理等）通过。
5.1“孤石”爆破处理方案
5.1.1爆破施工目的
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。
爆破施工目的：
对已探明“孤石”，从地面采用地质钻垂直打孔，装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。
5.1.2爆破方案
5.1.2.1爆破参数设计
由于本工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约10～18m的位置，因此无法采取手风钻进行钻孔爆破施工。
结合本工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量，决定采用地质钻机进行钻孔。
1）钻孔直径
采用地质钻机钻孔，土层钻孔孔径、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：
图2-1爆破网络示意图
5）单耗计算
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=18m
q1=1.1kg/m3
q=1.1+0.01×20+0.02×18+0.03×6=1.84kg/m3。
在爆破作业过程可参照上述数据试爆后，针对具体情况调整爆破参数。
6）布孔形式与装药结构
①孤石爆破
因孤石厚度不均,但是考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差（误差累计不得超过10cm）。
因此孤石爆破时，当单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同,多孔单体爆破时，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面（即钻穿），装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药；其邻孔孔底距离孤石底面10cm，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药。
表2-1不同体积下装药量参数表
岩石体积（m3）
0.8
1.0
1.5
2
3
4
5
装药量（kg）
1.47
1.84
2.76
3.68
5.52
7.36
9.20
布孔形式采用矩形或梅花桩形，具体装药结构、布孔平面如图示：
图2-2孤石爆破装药结构示意图
图2-3孤石爆破布孔平面示意图
②基岩爆破
由于基岩埋深较深，为10~22m，最厚厚度约为9米，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。
表2-2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
3.0
1.0
0.8
1.0
4
1.84
4.5
连续
6.0
1.2
1.0
1.1
7.2
升级会员 