泥水平衡盾構(gòu)施工中花崗巖孤石爆破技術(shù)研究

泥水平衡盾構(gòu)施工中花崗巖孤石爆破技術(shù)研究

0孤石群對盾構(gòu)施工的影響廣東省臺山市臺山市臺水電儲水洞開挖直徑9.03m，單通道建筑長度三十四年330.6m，距離海床最大距離43m，最小距離8m。這是中國第一座大斷面、長度和平坦埋海的構(gòu)隧道。在粘土層施工中，分布著堅(jiān)硬不均勻的軟巖層，硬度系數(shù)為22。它對軟巖框架和刀頭都有很大的損壞，難以切割，對安全挖掘和施工時(shí)間控制有影響，施工風(fēng)險(xiǎn)高。全面掌握孤石群的分布情況,分析花崗巖孤石對盾構(gòu)施工的影響因素,研究孤石洞內(nèi)處理方法,破碎孤石,順利穿越孤石段地層,從根本上排除盾構(gòu)的掘進(jìn)障礙,是隧洞工程成敗的關(guān)鍵.1巖漿巖的分布和巖石強(qiáng)度1.1地層異物異常區(qū)驗(yàn)證海上探查基巖突起和孤石群的具體位置,獲得基巖突起和孤石群分布的“三維”圖片,然后對探測范圍內(nèi)的物探異常區(qū)實(shí)施鉆探驗(yàn)證,鉆探共打驗(yàn)證鉆孔16個(gè).通過鉆探驗(yàn)證,探明了I、II類花崗巖風(fēng)化殘留體等物探異常區(qū),核電岸邊300m范圍內(nèi)為主要異常區(qū)分布點(diǎn),有七處風(fēng)化殘留體分布在取水隧洞內(nèi),其中4處為孤石群,3處是基巖突起.1.2干燥強(qiáng)度及高程抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)值對海上鉆探巖芯進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn),異常區(qū)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度大都在120MPa以上.詳細(xì)見表1,表中所列干燥抗壓強(qiáng)度、飽和抗壓強(qiáng)度為不同里程及高程抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值.2巖石和獨(dú)石處理技術(shù)2.1施工風(fēng)險(xiǎn)由于基巖強(qiáng)度比較高,平均單軸抗壓強(qiáng)度120MPa,最大222MPa.對于高硬度巖石,泥水盾構(gòu)掘進(jìn)困難,損壞盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具嚴(yán)重,施工費(fèi)用高,并且延長施工工期.孤石處在砂層及粘土層中,難以產(chǎn)生足夠的破碎反力,盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)孤石會隨著土體的破壞而滑動,孤石被刀具彈開,致使道具被損壞,滾刀難以破碎孤石.因此,需要人進(jìn)入開挖面清除孤石,施工風(fēng)險(xiǎn)大.2.2探波后基巖孤石分布采用“物探先行、鉆探驗(yàn)證、查明分布、控制爆破、限定塊度、帶壓進(jìn)倉、倉后打撈”的策略.首先利用地震反射波CDP多次覆蓋疊加技術(shù)探查基巖孤石的分布位置;然后對物探異常區(qū)鉆探驗(yàn)證、查明基巖、孤石分布情況;根據(jù)查明的基巖突起位置、數(shù)目和分布設(shè)計(jì)密集鉆孔爆破處理,將基巖孤石爆破成小于30cm的碎塊,大于30cm的孤石在洞內(nèi)采用劈石機(jī)劈裂,帶壓進(jìn)倉,艙后打撈.最后對爆破區(qū)域進(jìn)行注漿加固,穩(wěn)定孤石.2.3爆破質(zhì)量控制隧洞基巖突起段總長為119m(DK0+164~DK0+283),孤石群段77m(DK0+283~DK0+360).施工時(shí)分4個(gè)區(qū),A區(qū)(DK0+180~DK0+205)、B區(qū)(DK0+205~DK0+255)、C區(qū)(DK0+255~DK0+283)基巖處理段,D區(qū)(DK0+283~DK0+450)為孤石群處理段,其中DK0+180~DK0+192和DK0+255~DK0+288段采用沖孔和爆破相結(jié)合的施工方法,其它段為爆破施工法.沖擊鉆孔區(qū)域配備1臺JB106B型液壓鑿巖鉆機(jī),爆破區(qū)域投入四臺跟管潛孔鉆機(jī)和22臺地質(zhì)鉆機(jī).由于DK0+218~DK0+283段處于海域段,為了加快施工進(jìn)度,該區(qū)段需要在海面石塊回填,回填寬度為21m,長度為65m,總計(jì)需要石塊7000m3,將淺海域填為平地.為了保證盾構(gòu)施工過程中泥水保壓和掌子面穩(wěn)定,首先對基巖區(qū)實(shí)施爆破作業(yè),然后對爆破區(qū)域采用袖閥管注漿,注漿加固每20m設(shè)置1個(gè)加密區(qū).加固爆破碎石,達(dá)到穩(wěn)定孤石的目的.海上孤石處理采用船只配合地質(zhì)鉆機(jī),鉆孔孔間距為1m×1m,總計(jì)770個(gè)孔.其中空孔采用水泥單液漿封孔,單液漿水/灰的質(zhì)量配比為W:C=1:1.(2)沖孔施工方法測量放線→鉆機(jī)定位→沖孔→鉆機(jī)移位→回填→爆破孔施工.由于DK0+164~K0+183段隧洞基巖為全巖段,用爆破方法處理效果不理想,采用鑿巖鉆機(jī)沖孔施工法處理該段.以此確保盾構(gòu)掘進(jìn)安全,盾構(gòu)始發(fā)順利,沖孔孔徑30cm,孔間距60cm,孔底超出隧道底部30cm.采用梅花形沖孔,隔孔施工,孔內(nèi)采用細(xì)砂回填,兩沖孔之間施工爆破孔.(3)爆破施工方法及工藝1爆破施工方法為確保盾構(gòu)順利掘進(jìn),要求基巖和孤石爆破后形成直徑小于30cm的碎塊.為了達(dá)到最佳的爆破效果,在取水隧洞DK0+196~K0+201段,DK0+280~K0+281段設(shè)置爆破試驗(yàn)段,根據(jù)試驗(yàn)段的爆破效果逐步調(diào)整鉆孔間距、深度、裝藥量等參數(shù).2爆破施工工藝測量、高程控制、控制網(wǎng)點(diǎn)檢驗(yàn)、鉆孔標(biāo)高控制、施工區(qū)域爆破布孔圖制定、技術(shù)交底、鉆爆船施工定位、鉆孔標(biāo)高控制、炮孔裝藥、爆破孔的回填、爆破效果檢查.2.4鋼套管作業(yè)設(shè)計(jì)(1)鉆爆船定位控制鉆孔船到達(dá)施工區(qū)域后,鉆孔船的移動采用測量方法指揮定位.為了控制船舶前后左右移動,鉆爆船采用前后兩門主錨及左右四門八字錨來控制,控制船舶橫向移動采用左右邊錨,控制船舶縱向移動利用前后主錨鋼絲纜.設(shè)在岸上的經(jīng)緯儀或全站儀對正孔位.(2)鉆孔定位及成孔控制1套管作業(yè):在平臺的井口處,用固定圈固定一直徑為140mm的導(dǎo)向管,其長度視水面情況而定,在海上,鉆孔船浮在海面施工,導(dǎo)向管長度要考慮潮差高度,使井口鋼套管在最高潮位時(shí)不至于離開導(dǎo)向管下端.井口套管為110mm的鋼套管,鋼套管用鉆機(jī)錘錘擊打入.如能順利打入,則直接打至基巖面,鉆機(jī)再進(jìn)行基巖開孔作業(yè),如不能順利打入,則等鉆機(jī)鉆入一定深度后,再打入鋼套管,直至基巖面,見圖1.2開孔作業(yè):開孔位置必須準(zhǔn)確,采用硬合金鉆頭,并采取導(dǎo)正措施,防止鉆具滑離原孔位,鉆進(jìn)0.5~1.0m后,打入鋼套管,鋼套管必須牢固的垂直在基巖內(nèi)0.5~1.0m處.并改用90mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn),鉆孔深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)超深位置.3下護(hù)孔套管:鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)超深位置并取出巖芯后,為防止淤泥及流砂重新堵塞孔位,需下護(hù)孔套管,將準(zhǔn)備好的90mmPVC套管(套管一端封堵,管內(nèi)注入海水),用鉆機(jī)壓入鋼套管內(nèi),一直達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置,隨后起出鋼套管.2.5利用巖石分裂機(jī)處理孤石在倉內(nèi)采用巖石分裂機(jī)處理孤石.直徑大于60cm且小于1m的孤石不能通過刀盤開口處進(jìn)入破碎機(jī),如孤石卡住刀盤或隨刀盤一起轉(zhuǎn)動擾動,盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度會急劇下降,必須從洞內(nèi)土倉內(nèi)人工利用巖石分裂機(jī)處理孤石.(1)設(shè)備C9N型巖石分裂機(jī)2套、巖芯鉆(鉆孔用)2臺、鐵锨、撬杠、大錘、千斤頂?shù)?(2)鉆分裂孔鉆孔直徑46mm,鉆孔間距50cm,鉆孔深度35cm(中間楔塊伸出全長為41cm).在異常的地方,為保證裂隙充分,需要換上加厚的反向楔塊將裂隙擴(kuò)大,用分裂機(jī)進(jìn)一步分裂.(3)拆移分裂完成以后,為了使孤石分裂面形成較好松散的臨空面,要及時(shí)用撬杠將大塊的孤石碎塊撥開,保證下一個(gè)分裂順利作業(yè),保證裂紋整齊有序容易拆除.2.6錨點(diǎn)注漿加固(1)注漿的目的注漿的主要目的是將爆破后產(chǎn)生的碎巖塊加固,保證在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中能夠建立起掘進(jìn)所需的泥水壓力,掌子面及地表不發(fā)生坍塌,碎石不會隨刀盤轉(zhuǎn)動.綜合考慮注漿成本及注漿對地層加固的效果,根據(jù)基巖段地層分層情況,確定注漿加固深度.根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),淤泥層注漿加固效果不夠理想,因此淤泥地層不做注漿加固處理,淤泥質(zhì)粗砂層和粉質(zhì)黏土層作為注漿加固重對象,取洞頂以上6m土體為加固區(qū).洞身范圍加固考慮到隧洞中心線以上極易發(fā)生坍塌,而中心線以下泥水倉中盾構(gòu)掘削下來的碎石和泥漿混合物比重較大,對掌子面的穩(wěn)定性較好,所以未采取加固措施,洞身范圍加固主要為隧洞中心線以上區(qū)域.隧洞兩側(cè)的加固區(qū)域主要考慮到爆破區(qū)域?yàn)樗矶磧蓚?cè)邊界外1m,為了確保隧洞兩側(cè)爆破區(qū)加固效果,因此隧洞兩側(cè)注漿孔布設(shè)為隧洞邊界外1m處.(2)注漿孔布置注漿孔分為止?jié){墻注漿孔(橫向和縱向)和加密注漿孔兩類.縱向止?jié){墻為雙排注漿孔,布置梅花形注漿孔,排間距為1m,孔間距為1m;橫向止?jié){墻為三排注漿孔,排間距、孔間距均為1m,梅花形布置;中間加密注漿孔孔間距為2m.確保盾構(gòu)掘進(jìn)期間帶壓進(jìn)倉安全作業(yè),橫向止?jié){墻位置可作為盾構(gòu)帶壓降倉點(diǎn).在注漿孔布置設(shè)計(jì)中,特別對橫向止?jié){墻進(jìn)行了加密設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)為三排,每條橫向止?jié){墻的距離為20m.3特硬地層基巖與孤石區(qū)起和孤石處理的關(guān)鍵技術(shù).(1)采用“水域走航式高密度、高頻地震反射波方法”,海上探查基巖突起和孤石群的具體位置,獲得了基巖突起和孤石群分布的“三維”圖片,為基巖突起和孤石處理提供了可靠的基礎(chǔ)資料.(2)采用海上鉆孔