马港铁路支线天池山隧道下穿杭深线隧道专项施工方案Word格式.docx
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该段隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
根据设计要求和实际情况,天池山一号隧道穿越该段施工时,必须保证其上侧的既有铁路隧道稳定及运营安全,因此,为减小新建隧道开挖对既有隧道的影响,在对SDK2+335~+410交叉段隧道施工时,采用以下主要措施和施工方法:
一)、超前预支护
1)小导管规格为热轧无缝钢管及钢花管,外径42mm,壁厚3.5mm,环向间距0.3m,外插角分别为10°
、40°
,钢管长度4m,超前双层小导管和Ⅰ16钢架配合使用。
2)为了便于钢管插入围岩内,钢管前端做成尖锥状,尾部焊上箍筋。
3)小导管安设采用钻孔打入法,即先按设计要求钻孔,钻孔半径比钢管半径大3~5mm,然后将小导管穿过钢架,用钻机顶入,顶入长度不小于钢管长度的90%,并用高压风将钢管内的砂石吹出。
4)小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,必要时在小导管附近及工作面喷射砼,以防止工作面坍塌。
5)隧道的开挖长度小于小导管的注浆长度,预留部分作为下一次循环的止浆墙。
6)导管注浆采用水泥砂浆,水灰比0.5:
1(重量比),注浆压力0.5~1.0MPa。
7)注浆前进行压水试验,检查机械设备是否正常,管路连接是否正确,为加快注浆速度和发挥设备效率,采用群管注浆(每次3~5根)。
8)注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压时结束注浆。
9)注浆过程中随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,分析注浆情况,防止堵管、跑管、漏浆,做好注浆记录,以便分析注浆效果。
二)、开挖方法、爆破方案的选定
1、开挖方法
施工方法的优劣对控制既有隧道结构变形起着主导作用,按照设计图纸揭示围岩的类别和支护参数,采用超短台阶开挖施工,各台阶纵向间距不大于3~5m,开挖每循环进尺控制在1.2m以内,采用控制爆破技术,振动速度按3cm/s控制,边开挖边进行初期支护,尽量减少对既有隧道的扰动。
上、下台阶每循环进尺抣控制在1榀钢架间距即1.2m,上台阶和下台阶长度不超过5m,上台阶开挖高度5.7m,下台阶开挖高度4m;
上、下台阶间纵向距离按不超过5m控制,下图为台阶法施工示意图及工艺流程图。
2、爆破方案的选择
2.1基本原则和爆破器材
根据本段Ⅲ级围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线,辅助炮眼交错均匀布置,周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上,掏槽炮眼加深20cm;
严格控制周边眼的装药量,采用间隔装药,使药量沿炮眼全长均匀分布,导爆管
起爆。
爆破器材表
名称
规格
用途
备注
起爆器
起爆
雷管
非电毫秒雷管
掘进和传爆
炸药
乳化炸药
掘进
传爆线
导爆索
2.2、爆破参数的选择与装药量计算
2.2.1设计方法
总体设计原则是:
拱部采用光面爆破,边墙采用光面爆破,核心采用控制爆破,掏槽采用综合控制爆破技术。
尽可能减轻对隧道围岩的扰动,达到良好的轮廓形成,维护既有隧道的行车安全。
萨道夫斯基公式
式中:
V-爆破振动质点峰值速度(cm/s)
Q-最大一段起爆药量(Kg)
R-爆区中心到测点距离(m)
K-与岩土性质、爆破方法和爆破条件等因素有关的参数
a-表示地震波随距离衰减的参数
爆破振动质点峰值速度V,取3cm/s;
与岩土性质、爆破方法和爆破条件等因素有关的参数,取70;
地震波随距离衰减的参数a,取2.0;
爆区中心到测点距离R,取7.7m。
经计算,周边钻孔隔振达到良好效果时,单段最大(掏槽眼)用药量Q为4.05kg。
按计算得出的理论值进行控制掏槽眼用药量即可使安全振动速度控制在3cm/s;
根据岩层情况或稍减,并同时根据监测速率结果再进行调整用药量,使振动速度控制在安全范围内。
爆破器材:
炸药采用低猛度的乳化炸药。
雷管采用非电毫秒雷管,雷管跳段使用,段隔时差控制在50ms~250ms之间。
炮眼布置原则:
先布置掏槽眼:
掏槽区布置下方偏离中心线1.5~1.8m,且距底板线1.5~1.8m,采用1~15段毫秒雷管,抛碴在2.0~2.5m范围内,采用契眼中空掏槽(空眼采用110mm,每次三个,装药眼皆为45mm)。
再按光面爆破原则布置周边眼;
然后是底板眼、内圈眼、二台眼;
最后布置掘进眼(均匀布置)。
内圈比掘进眼密一些,比周边眼稀一些,其间距为周边眼间距的1.5倍左右,抵抗线为间距的0.7倍左右。
并适当加密二台眼,底板眼间距,其间距与内圈眼差不多。
2.2.2爆破参数的选择
(1)孔深确定:
为了更有效的控制由于开挖对围岩的扰动给既有隧道带来的行车安全隐患,本段下穿孔深定为1.2m。
(2)周边光爆孔孔网确定:
根据a/w=0.7~1.0原则确定,一般a=45~60cm,取50cm;
w=50~80cm,取60cm。
(3)掘进孔孔网参数确定:
掘进孔孔网根据单孔装药量负担面积确定:
a.w=S=Q单/q.l。
Q单一单孔装药量q一单耗l一孔深a一孔距w一抵抗线S一炮孔负担面积
(4)单耗确定:
单耗根据类似经验确定,Ⅲ级围岩周边眼取0.25kg/m、断面开挖取0.5~1.94kg/m3。
(5)掏槽孔确定:
采用六孔掏槽。
其中间孔为空孔,不装药,为确保掏槽抛碴,在底部少量装药,最后起爆抛槽碴。
2.3、钻爆设计布置
炮眼布置示意图掏槽眼布置示意图
2.4、药量计算、装药方法、装药结构及炮孔堵塞
2.4.1药量计算
断面
炮孔类别
炮孔个数
炮孔深度(m)
毫秒管段别
集中装药度(Kg/m)
装药量(Kg)
上
断
面
掏槽眼
10
1.4
1\3
0.55
7.7
辅助眼
2
与掏槽眼穿插
掘进眼
12
1.2
7\9
0.5
7.2
4
与掘进眼穿插
内圈眼
18
11
0.45
9.72
6
与内圈眼穿插
周边眼
40
15
0.2
9.6
17
与周边眼穿插
底板眼
13
0.4
7.8
小计
42.02
下
第一排眼
1
0.3
3.6
第二排眼
9
3
3.24
第三排眼
7
2.1
0.35
3.78
8
1.92
14.64
2.4.2装药方法
采用人工用木制炮棍装药,起爆体专人加工,分段存放。
2.4.3装药结构
周边眼采用光面爆破,装药结构为间隔装药;
掏槽孔和掘进孔、底板孔采用连续装药结构。
2.4.4炮孔堵塞
炮孔采用人工堵塞,堵塞材料为粘性土卷,用木制炮棍压紧,堵塞长度不小于25~30厘米,禁止不堵孔爆破。
2.5、网络设计及起爆方法
2.5.1起爆网络采用并簇连法,按如下顺序连接:
孔内雷管分组→周边孔导爆索并接→同段非电雷管双发簇连→起爆器起爆。
2.5.2起爆器材:
孔内采用非电毫秒雷管和导爆索(周边孔)起爆,孔外采用非电毫秒雷管传爆,起爆采用电雷管和起爆器起爆。
2.5.3起爆方法:
警戒完成后,利用起爆器通过主线连接区域线,利用起爆器进行引爆在完成爆破后30min后进入爆区检查,确认无盲炮后方可解除警戒。
2.6、爆破影响范围
由于爆破过程中部分炸药能量转化为地震波,同时产生一定飞石、冲击波、爆破毒气和噪声,影响建筑物、机械设备及生命财产的安全,务必对其安全情况进行校验,采取严格的防范措施加以保护确定爆破安全。
2.6.1爆破冲击波超压的影响:
由于隧道施工方向为水平,而隧道洞室爆破均在地下,因此超压冲击波对洞口周围建筑不会造成影响。
2.6.2爆破安全距离:
爆破时,由于开挖断面小(67.7m2),相对凌空面不大,且开挖进尺长度仅1.2m,个别飞石对人员安全距离设定为70m。
2.6.3起爆顺序和延期时间:
(1)起爆顺序:
掏槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼。
(2)延期时间:
一般掏槽孔段间延时差为50ms~75ms。
三)、各施工步序
新建隧道交叉段属Ⅲ级围岩地段,考虑既有铁路隧道对新建隧道的影响,该段的支护部分也较正常围岩段做了加强,以确保新建隧道结构的安全性及稳定性。
(上台阶)开挖爆破前先施工超前小导管预支护部分,注浆完成后再进行钻进爆破作业,初喷砼后进行出砟,然后进行钢架立设、系统锚杆打设、网格挂设、喷射砼等初期支护施工工序施工。
(下台阶)开挖爆破前先施工超前小导管预支护部分,注浆完成后再进行钻进爆破作业,初喷砼后进行出砟,然后进行钢架立设、系统锚杆打设、网格挂设、喷射砼等初期支护施工工序施工。
拱墙二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车、混凝土搅拌运输车运输、泵送砼灌注,插入式振捣器捣固,挡头模采用钢模或木模。
混凝土浇筑要左右对称进行,防止钢模台车偏移,二次衬砌的施工在此段落更要紧跟,具备施工条件后第一时间内完成二衬的施工。
各工序拟用时间(掘进1.2m):
凿岩机钻进2h,装药1h,通风1h,出砟2.5h,测量1.5h,立设拱架2h,打设锚杆1h,喷设砼2h,开挖台架就位0.5h,超前小导管打设和注浆5h。
四、施工工期安排
一)、计划施工工期:
2012.4.25~2012.6.25
二)、监管人员配备:
经理部负责人1人,施工队负责人1人,现场施工负责人2人(作业班长、领工员),驻福安联络员1人,安全总监1人,安全员3人,防护员3人。
五、监测方案
一)、既有隧道监测
对既有隧道的监测,其目的是根据监测结果掌握地层稳定性规律,及时了解既有隧道衬砌力学行为的变化情况,预见事故和险情,为及时调整和修正支护参数及施工方法提供科学依据,特别是隧道砼结构形变、整体沉降、爆破振动速度、轨道平顺性等指标对列车正常运营带来的影响,可以预防由于新建隧道带来的运营风险,同时也为火车的正常通行提供强有力的保障。
1.监测项目
对既有杭深线天池山隧道(K765+019~+089)受影响段,进行结构变形和整体沉降、轨道平顺性及振动速度测量,测量断面间距为10m,每天1~2次,同时在杭深线运营期间,利用其天窗时间进行本隧道下穿段的施工。
量测断面及项目
序号
断面布置
监测内容
K765+019
结构变形
整体沉降
轨道平顺性
振动速度
K765+029
K765+039
K765+049
5
K765+059
K765+069
K765+079
K765+089
1.1结构变形
结构变形进行动态监测,在衬砌表面埋设光纤传导应变片,每个断面共五个测点,分别位于拱顶、拱腰、拱脚处。
混凝土应变计受力方向为隧道轮廓的切线方向。
并安装对应的信号采集及处理系统。
通过无线传输在洞外接收洞内监测信息,24小时实时掌握隧道结构变形情况,发现有触及红线数值立即停工,采取防护措施。
结构变形测点布置示意图
现场应变片采集到的数据通过DTU传输模块,传至GPRS网络,然后数据通过移动的接口到达局域网上,最后通过一条连接至中心监控站的固定IP专线送至数据中心。
这样调度中心就可以实时接收分站发送的数据,并对各分站进行实时控制。
GPRS监测通信系统结构图
1.2整体沉降
整体沉降监测采用精密水准仪和铟钢尺进行测量,在既有隧道两线路中心线的仰拱填充顶面和左右与二衬交接侧墙顶共布设4个测点,分析每次观测结果差值及累计差值。
沉降测点布置示意图
整体沉降监测采用精密水位仪和铟钢尺进行测量,在既有铁路隧道的两轨中心、左右水沟盖板顶处墙脚共布设4个测点,分析每次观测结果差值及累计差值。
1.3轨道平顺性
轨道平顺性监测采用测弦法,以手推小车为载体,使用位移传感器和倾角传感器检测轨道高低不平顺、水平不平顺和三角坑的特征。
1.4振动速度
振动速度监测在既有隧道中心、左右与二衬交接侧墙顶共布设3个测点,测试时,先将传感器粘固在既有铁路隧道各量测断面的测点部位,爆破后产生的振动速度经传感器传递并记录在测试仪芯片上,然后经过电脑分析处理得到相关的数据和振动波形图,以指导施工。
1.4.1振动采集系统
爆破振动监测系统采用的振动测量仪器是由国家地震局工程力学研究所生产的941-B型拾振器,该拾振器主要用于测量地面、结构物的脉动或工程振动。
该拾振器设有小速度、中速度、大速度和加速度4档,放大器具有放大、积分、滤波和阻抗变换的功能。
可根据需要,选取拾振器上微型开关及放大器上参数选择开关选择响应的档位,即可获取被测点的加速度、速度及位移参量。
采集分析系统采用的是由北京东方振动和噪声技术研究所研制的DASP软件,该软件是一套完善的信号示波、实时频谱分析软件,各种采样参数和分析参数可调,集成了最常用动态分析的测试和分析手段,其结果可以通过多种方式输出
振动采集系统示意图
1.4.2测点布置
为了分析振动场分布,了解爆破振动对既有隧道的影响情况,在既有隧道受影响的70m段布置振动传感器,设置8个断面测点,每个测点布置三个速度传感器,分别为垂直地面方向(垂向)、水平径向(其长轴指向爆破源)、水平切向(垂直于径向),即每个观测点同时进行垂直和两个水平方向的观测。
振动测点布置示意图(单位:
m)
1.4.3振动判定依据
铁路路基施工中根据不同地质条件,依据设计需采用爆破法施工,受此影响,铁路爆破施工地段附近建筑受到程度不同的振动,爆破诱发的地面振动对建筑物的影响,可通过对地基土振动的特性参数如振幅、频率、速度和地面质点的振动加速度来确定等级、影响范围及施工安全距离,以此来指导爆破施工方案。
结合本隧道的实际运营情况,爆破最大容许振动速度为3cm/s。
2.监测安全控制基准
为保证既有杭深线的天池山隧道的运营安全,既有杭深铁路天池山隧道结构满足最大容许沉降3mm,最大容许振动速度3cm/s的安全要求,保证既有杭深铁路结构砼拉应变≤0.05%,压应变≤0.3%。
3.监测的管理及人员配备
3.1量测管理
现场测点的埋设和保护工作由监测单位负责。
监测工作由组长负责,各技术人员配合。
每次量测结果要记录详细,并及时将量测数据进行处理、分析,以及时修正施工过程,确保既有隧道安全运营。
3.2量测人员配备
监测所需人员配置
工作项目
人数
工作职责
测点布置
3~7
传感器和各量测测点的布置
数据
量测数据的读取、处理、分析
3.3检测仪器设备
为保证准确、快速监测,我单位委托中交路桥(河北)工程检测有限公司根据以往的实际监测经验,结合当今国内外最新的监测技术手段,采用先进的监测仪器来监测,确保监测与预报结果的准确性和权威性。
监测主要设备
设备名称
规格型号
数量
国别
产地
苏光精密水准仪
DSZ2型
江苏
拱顶下沉、地面沉降
振动采集模块
941-B型
拾振器
北京
爆破震动监测
BZ2106型电荷电压放大器
INV-306N
数据采集仪
裂缝宽度观测仪
ZBL-F101
表面裂缝
动应变采集模块
XZYB-121A智能型表面动应变计
35
动应变监控
综合采集模块XZSS-32
工控机
电脑
IBM
数据记录、整理、
分析
数码相机
佳能
数据记录
汽车
现代途胜
交通
4.量测数据整理、分析与反馈的要求
每次量测后应及时对原始数据进行整理,并绘制量测数据时态曲线,以寻求数据之间的规律,通过数据反馈信息了解隧道变形规律。
数据异常时,应根据具体情况及时调整和修正新建隧道施工方法。
二)、新建隧道监测
监控量测是监视围岩稳定及判断设计与施工方法是否正确的重要手段,亦是保证安全施工、提高经济效益的重要条件,它必须贯穿施工的全过程。
1.监测项目
新建隧道监测项目主要为水平相对净空变化量测、拱顶相对下沉量测、爆破振动速度量测,量测断面间距为10m,每天1~2次,量测断面如下。
SDK2+335
水平收敛
拱顶下沉
超前水平探孔
SDK2+345
SDK2+355
SDK2+365
SDK2+375
SDK2+385
SDK2+395
SDK2+405
SDK2+410
量测测点布置示意图
2.监控量测工作流程
3.监控量测作业
3.1洞内观察
3.1.1开挖工作面观察
挖后进行一次,观察后及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像(对每张照片进行编辑,以里程和部位定“文件名”,以便查档),填写开挖工作面地质状态记录表及围岩级别判定卡,并与勘查资料进行对比(如果建设单位未向施工单位提供地质勘查资料,则与设计图纸中提及的地质状况资料对比)。
如经观察发现地质条件恶化,立即通知施工负责人采取紧急措施;
在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度,对易引起坍塌的岩块及时进行锚杆支护或喷射混凝土封闭。
3.1.2已施工区段观察
每天至少观察、记录一次,内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的变形(如各种裂隙等)和二次衬砌等的工作状态。
对已施工地段的观察每天至少应进行一次,其目测内容如下:
①初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录,要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏;
②有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象;
③钢拱架有无被压屈、压弯现象;
④是否有底鼓现象。
观察到的有关情况和现象,做好详细记录,并绘制隧道开挖工作面及两侧素描图,要求每个断面至少绘制1张,同时进行数码成像。
观察中如果发现异常现象,要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离等。
3.1.3洞内外观察属于全员行为,除监控量测组成员实施观察、记录外,各施工作业面领工员及工班长(乃至工人)在每次爆破后及支护后密切关注掌子面岩层变化,地下水变化,掌子面稳定性,支护结构外观、地表有无明显开裂、建筑特有无异常情况等,并在交接班记录本上详
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