爆破顶管施工方法.docx
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爆破顶管施工方法
爆破顶管施工方法
（一）工程概况
本节仅将爆破顶管的施工工艺分述如下。
（二）施工准备
（1）既有管线、电缆的保护
1）施工前必须根据招标文件要求，选择有资质的物探单位，详细调查既有管线、电缆的情况，确定其数量、位置采取相应的措施。
2）施工前编制应急预案，施工过程中听从给水、排水、燃气、供电等单位对管道防护的安排
3）选派经验丰富且对施工段线路比较了解的技术人员在现场监测相关管线（缆）的情况，如出现意外情况，应及时采取相应措施。
（2）技术准备：
开工前应请业主和设计单位进行施工设计交底，把握设计意图，明确设计要求，澄清疑点，做到心中有数，同时进行现场调查，核实施工设计及工程地质情况，进行设计图纸审核，结合现场施工条件，编制实施性施工组织设计，进行施工技术交底。
（三）爆破顶管施工工艺
本工程开挖于软岩中，拟采用小断面，短循环掘进进尺的巷道开挖方案，为保证掘进的光面爆破效果，采用直眼掏槽、毫秒微差抛掷爆破的方法，人工清渣，管道及时顶进的方案。
该方案每循环进尺的施工顺序为：
测量标定孔位和角度－钻孔、验孔及装药－掘进爆破－爆后检查－人工清渣－铺设导向管基－管道顶进。
施工过程中采用光面爆破技术，在岩层中按管体的每边外径加0.2-0.3m爆破成圆洞，掏出岩渣后在成洞内浇筑砼导向管基（控制标高、轴线），管基初凝后将管节顶进。
施工段管节全部顶进到位后，利用其管壁特制、预留的灌浆孔压注水泥、粉煤灰浆，固定管道、防止渗漏及地层沉降。
具体工艺流程见下图。
爆破掘进和管节顶进交替进行，以两个检查井间的管道为一施工区段，一施工区段顶管施工结束后，进行砌筑检查井的工作，经验收合格，此一区段即告结束。
（四）爆破掘进顶管施工
（1）施工场地爆破顶管工程处于既有道路边，交通方便。
每段工程量都在60～100m范围内，施工布置简单。
一般根据施工情况在相应工作井口附近布置空压机，在井口安装提升设备和供水水箱，并搭设简易避雨棚。
工作井口利用井架，搭设顶棚，井口挖掘水沟，排除地面流水。
（2）测量定位先对顶管工作井进行测量放样，然后进行爆破开挖；工作井到位后,在工作井内布设高程控制点和轴线点,管道平洞凿岩前，必须进行测量放样，精确标定开挖孔眼位置及深度，采用红漆画出水平爆破成洞炮孔的具体位置，指导炮孔钻进。
（3）钻孔设备及工具
用气腿式7655型风动凿岩机作为钻眼设备，电动空压机供气，设备台数应根据现场进度情况进行调配，钎头选用一字型钎头，破碎地段则选用十字型钎头；在标定位置钻孔。
（4）最大齐爆药量确定在城区进行控制爆破，为确保周围被保护建（构）筑物安全、兼顾施工效率，设计应先计算初定单段最大齐爆药量，以指导施工，根据爆破情况再加以调整。
本工程根据周围建筑物的结构特性,取2.5cm/s值控制震动速度，以确保对爆区周围的砖混建筑物和高压线杆等设施不构成危害。
根据《爆破安全规程》GB6722-2003计算装药量公式：
Q=R3V3/a/K3/a式中：
Q:
单段最大齐爆药量，kg；
R:
爆破震动的安全距离，m；
V:
爆破速度，取2.5cm/s
K、а与爆破地点、地形、地质条件有关的参数和衰减系数，此处暂取K=150,а=1.8。
由此计算出的单段最大齐爆装药量，见下表：
单段最大装药量表
R/m
6
8
10
16
20
Q/kg
0.232
0.549
1.07
4.39
8.58
根据爆点相对于建筑物的距离，及时调整单段最大药量，施工中的单段最大药量应控制在上表设计的范围内（表中允许插值计算）。
（5）水平管道成洞爆破掘进
采用全断面爆破掘进成洞。
本工程中管顶岩石层厚约2-6m,土层厚5m左右，本工程水平成洞尺寸小,爆破成洞精度要求高,爆破采用垂直掏槽、光面爆破法施工,局部欠挖的岩体，人工用风镐清理,严格控制成洞直径为约大于管道外经400-600mm。
爆破参数正常情况下根据断面及围岩性质,确定炮眼深度为1.2m,掏槽眼加深0.3m,炮眼直径均为40mm,采用直线掏槽方式,打掏槽眼4个及2个临空眼,掘进眼及光面爆破眼总数，根据管道直径不同调整，见泵站雨污管道的爆破孔设计图。
经初步计算开挖单位石方，用炸药的量宜控制在1.7kg/m3左右。
爆破参数见下表：
顶管爆破参数表
炮眼名称
孔径mm
眼数（个）
装药量kg
炮孔长度m
堵塞长度m
炮孔角度（度）
空眼
40
2
1.5
90
掏槽眼
40
4
0.4
1.5
0.8
90
掘进眼
40
见下图
0.3
1.2
0.8
外倾10
光面爆破眼
40
见下图
0.2
1.2
0.8
外倾10
1、进尺1.1m；2、炸药约4.1kg；3、雷管1、2、4、6、8、10段,根据现场雷管段别情况配备；4、出渣1.13m；5、光爆参数a/w=0.314/0.46=0.68
注起爆顺序：
掏槽爆破－分层掘进爆破－周边轮廓光面爆破。
图3-7-1DN1200爆破顶管炮孔设计图
2）炮孔的布置及间距
采用直眼掏槽，周边眼采用光面爆破，分段微差起爆。
中心区掏槽眼6孔，4孔正常装药，中心两个炮孔不装药；沿D=1200-1440的圆弧线上布置周边眼，孔距约为400mm，周边眼的数量见下图，装药量为正常装药的40～60％；中间为掘进眼，孔距约400mm，掘进眼的数量见下图，装药量为正常装药的60－75％。
炮孔应避免穿过岩石裂隙,孔底与裂隙要保持20-30cm距离，炮眼直径均为40mm。
泵站雨污管道顶进炮孔平面布置（以成洞直径1.4－2.0m为例），DN1200、污水管道顶进中布置炮孔的总量如下图示。
3）装药与堵塞
爆破地点位于市区，周围环境对爆破的安全要求较高,爆破应少影响周围居民正常工作、生活交通.针对实际情况,炮孔无水时拟采用2号岩石硝铵炸药，炮孔有水时采用乳化胺磺防水炸药。
装药前应验孔，并将炮孔内清理干净。
引爆雷管采用多段别毫秒雷管起爆。
装药：
孔眼打好后，清孔并进行装药，装药时用木棍，严禁用铁棍。
装药长度一般控制在炮孔深度的1/3～1/2左右，且不可用炮棍用力挤压或撞击，防止碰撞雷管引起爆炸事故。
孔洞堵塞应用粘土作成炮泥，轻捣密实。
装药前要检查炮孔位置、深度与方向是否符合要求，将炮孔内的岩粉、泥浆、积水除净。
周边眼采用光面爆破，采用20～25mm直径药卷不偶合装药，其他辅助眼及掏槽眼采用32mm直径药卷装药。
图3-7-2装药及堵塞炮孔示意图
4）起爆网络布置及顺序
通过对各种起爆网络的比较，爆破现场全部采用塑料导爆管孔内微差簇联起爆网络，普通火雷管起爆。
起爆前要认真检查导爆管的联结是否牢固，是否有松动，确信无隐患后方可引爆。
现场设爆破总指挥，负责整个爆破过程的指挥工作，没有指挥员的命令，不得起爆。
爆破前应设立安全警戒。
爆破排烟至少应30分钟以上，排烟设备为轴流风机，风管采用彩条布缝制或D100硬PVC管，风管塞入管外壁与岩石成洞间隙，排烟完毕，炮手进入工作面检查爆破情况，如果有瞎炮，应立即处理，确信无隐患后方可引爆。
起爆网络布置如图3-7-3
图3-7-3起爆网络布置
5）防护安全措施：
各乡镇的道路上来往车辆及行人较多，为避免爆破可能产生的危害，成洞20m之前的爆破（已大于管道成洞直径10倍），应召开专门的爆破专家技术安全会议，请交警部门配合将该段道路封闭，阻止车辆及行人通行，管道爆破初期时的重点是封锁通往工作井的各路口，在此附近范围所有无关人员必须躲避，待平洞掘进深度加大后，警戒范围可渐渐缩小。
6）清碴：
当爆破完成后及时通风，保证不少于30分钟的通风时间，确认炮烟散尽后清除危石，必要时采取支护措施，然后开始出碴，由于管内径小采用自制小拉车两头系绳拽引。
在出碴过程中要随时观察岩体稳定情况，对松动的危石要彻底清除，不留隐患。
出碴人员将车推运出洞，进入工作井，再由提升设备提升出井，倾倒于指定地点。
7）不稳定围岩加固：
对施工过程中对可能出现塌方地段应进行加固，加固应视现场情况决定，可采用浇筑砼拱弧、喷锚网加固或钢制拱形支架等办法。
（6）导轨安装及顶进施工
工作井施工完成后，钢筋砼管顶进可采用轻型钢轨、工字钢做导向管基，导轨采用C15砼固定，并测量保证其高程准确，待导轨砼达到一定强度后，顶进管节。
洞内砼导向管基最前端与工作面宜保持4m以便出碴，用水准仪和经纬仪配合定出管轴线和高程，用自制弧形刮尺控制砼导向管基弧面，为加快施工进度，砼浇筑时要掺加高效早强剂，以提高砼的早期强度，以便顶管工序尽早开始，在砼导向管基砼强度达到2Mpa后即可进行顶进工作。
顶管前要求工作井具有规范（GBJ141-90）要求的强度，安放好后靠背及顶铁。
更换或加设顶铁时应轻拿轻放，顶进时顶铁上不准站人。
顶进中如发现油路压力突然增高，要马上停止顶进，查明情况，采取措施后再顶，回镐时，油路压力不得过大，要缓慢进行。
管节顶进过程中每顶进1m测量一次高程和轴线，防止在顶进过程中顶偏，如发生偏斜，要及时纠正，但必须缓慢进行，使管节逐步调整到设计线位。
管道吊装由一人统一指挥，洞内洞外人员及时联系，发现问题及时果断处理。
管道顶进时的顶力主要为管道与管基的摩阻力，相对正常土中顶管而言，爆破顶进的摩阻要小许多。
管道纠偏是以管道导向基础为准的，如果发生偏差应在下段顶进前，在导轨基础制安时注意渐渐校正。
1）顶管的顶力计算
A顶进力计算：
雨水DN1200管道顶进距离最大为100m；爆破成洞的直径每边大于管道外径约0.2-0.3m，因此顶进中管道周边与成洞的石壁，是不会形成摩阻力，因管道在浇筑好导向管基础上顶进，故只有管道与导向基础之间的摩阻力；单根2m管节的重量查表得2486kg;混凝土与混凝土之间的摩阻力可取0.65；
由此可得管道摩阻力（即顶力）＝2.486×50×0.65=80.8（t）
2）后背墙土抗力计算
公式及数据取值见：
顶管施工技术及验收规范公式7.0.8中国非开挖技术协会行业标准
R=a*В*{r*H2*KP/2+2c*H*√KP+r*h*H*KP}
式中：
R——总推力之反力a——系数，取1.5
B——后背墙的宽度，（B为2.5m）r——土的重量18KN/m3
H——后背墙的高度2.5m
KP——被动土压系数（2.46）
c——土的内聚力（10Kpa）
h——地面到后座墙顶部土体的高度，（取平均值8m）
R=1.5*2.5*{18*2.52*2.46/2+20*2.5*√2.46+18*8*2.5*2.46}
=3.75*（138.375+1490）
=6106KN
安全系数取0.8，后背墙总承载力为4885KN。
3）顶力校核
后背墙尺寸为宽*高*厚=2.5*2.5*1.0，土体（被动土压力）总承载力为4885KN，井的被动土压力能满足顶力要求；设计图显示工作井（增加内衬混凝土壁厚及增大钢筋时）的允许承受顶力为：
2000kN，顶管最大顶力值小于工作井允许承受顶力，结构满足要求。
由苏州水泥研究院的管道允许顶力推荐值表，可查得，DN1200管节推荐可承受顶力为2800kN，管道结构满足顶力要求。
经校核计算：
本工程管道顶力计算后，能满足顶管工程的各项施工要求。
（7）注浆
一段管道（两井之间）顶进就位后，为保证注浆密实度，应分两次注浆。
第一次注浆利用管节自身预留的3个灌浆孔进行压注水泥浆，注满管外壁与岩石之间的空隙。
第二次注浆前拆除管节顶端注浆孔，放空砼管顶部与围岩间隙水，自顶部注浆孔注浆。
注浆材料为水泥、粉煤灰（重量比1：
1）混合浆液，采用注浆泵进行注浆，注浆压力≧0.1Mpa。
（8）其他
1）通风：
工作井爆破开挖自然通风；顶进5m内，自然通风，顶进达5m后，使用轴流防爆通风机进行压入式通风，配置直径10cm的pvc管道，向掘进面强制送风，排除炮烟、粉尘，净化空气。
2）供水：
采用湿式凿岩，在适当位置设置水箱，利用静压自流进洞。
选用塑料管作水管。
3）排水：
管内积水可利用坡度自流排除，如逆坡可利用潜水泵排除。
4）供电：
用电均利用现场的三相电源，设配电盘，以满足施工要求。
5）照明：
工作井地面照明电压采用220V电压，洞内沿线不用照明及工作面照明采用36V安全电压。
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