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隧址区出露和揭露底层为耕植土(Q4pd),第四纪松散堆积层(Q4)及志留纪佛子岭岩群上段八道尖组绢云母石英片岩(Bdj)地层。
2、地质构造
金寨猴子岭位于区域性秦岭地槽东段,北淮阳构造带向斜北翼,合肥盆地的西部边缘,区域性明港-合肥断层,在工
作区北侧约4Km处通过,出露地层为一套中等变质程度-石
英片岩、板岩和千枚岩地层,构造置换程度较深,局部保留有原生沉积结构构造,形成于地壳收缩构造体制下,是纵向构造置换作用的产物。
3、岩、土体工程地质特征猴子岭隧道围岩体设计地层为志留纪佛子岭岩群八道尖组绢云母石英片岩,岩质较硬,抗风化能力较好,强度较高,围岩等级为川〜V级,川级围岩长142.18米,占全长
16.73%,W级围岩长396.40米,占全长46.64%,V级围岩长320米,占全长37.65%,洞身整体稳定性较好。
第三节地质综合隧址区岩体为较硬岩。
种类:
条纹状石英片岩、石英绢云母片岩、绢云母石英片岩。
条纹状石英片岩:
青灰色,鳞片变晶结构,片状、条纹状构造,变余中厚层状构造,主要出露于隧道进洞口和洞身处,里程桩号K8+270〜K8+450。
石英绢云母片岩:
灰白色,鳞片变晶结构,片状、条纹状构造,变余中厚层状构造,主要出露于隧道进洞口和洞身处,里程桩号K8+450〜K8+560。
绢云母石英片岩:
青灰色,鳞片变晶结构,片状、条纹
状构造,片理化发育,主要出露于隧道洞身和出洞口处,里程桩号K8+560~K9+130。
第二章挖方路基爆破方案本工程为二级公路,设计速度40km/h,路基宽度11.0m.根据该公路工程地质情况、爆破点周围环境和现有施工条件,另外考虑到施工进度和经济成本,该公路挖方路基爆破方案主要是采用浅孔爆破技术和台阶深孔松动爆破技术。
一、浅孔松动爆破技术:
对于路基开挖深度w5m的,可
采用浅孔松动爆破技术,一般采用垂直钻孔方式;
通过毫秒电雷管或非电导爆管延期起爆技术进行微差松动爆破(见图
1)。
二、台阶深孔松动微差爆破技术:
对于路基开挖深度>
5m的,可采用潜孔钻进行中深孔钻孔,毫秒导爆管雷管或毫秒电雷管微差松动爆破。
根据现有装运机械和钻孔设备,台阶边坡一般每8m或者10m一级,每级间设1.5或2.0m宽的平台。
三、优化爆破参数,优化起爆网路参数,优化装药结构:
减少深孔爆破大块率,减少二次破碎量,确保公路填方岩石粒径要求。
通过调整装药结构、加长填塞,提高填塞质量等措施,减少爆破震动,控制飞石飞散,确保爆破施工安全。
第三章隧道爆破设计
第一节隧道爆破施工方案
隧道按照“新奥法”原理设计与施工,施工遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则,结合反馈信息及时优化调整设计参数。
隧道采用光面爆破,川级围岩全断面法开挖,W级段采用上下台阶法开挖,洞口加强段和断层破碎带采用单侧壁倒坑法开挖。
隧道围岩分类见表4。
表4本隧道围岩分类
类别
围岩主要工程地质条件
围堰挖开后的稳定状态
主要工程地质条件
结构特征和完整状态
出
硬质岩石(R>
30MPa),受地质构造影响,节理发育,有层状软弱面(或块层),但其产状及组合关系尚不致产生滑动;
层状岩层为薄层、中层,层间结合差,多有分离现象;
或为硬、软质岩石互层
呈块(石)碎(石)状镶嵌结构
拱部无支护时可产生小坍塌,侧壁基本稳定,爆破震动过大易坍塌
IV
硬质岩石(Rb>
30MPa),受地质构造影响很重,节理很发育,层状软弱面(或夹层),已基本被破坏
呈碎石状压碎结构
拱部无支护时可产生较大的坍塌,侧壁有时失去稳定
V
石质围岩位于挤压强烈的断裂带内,裂隙杂乱呈石夹土或土夹石状
呈碎(石)状松散结构
围岩易坍塌,处理不当会岀现大坍塌,侧壁经常小坍塌,浅埋时易岀现地表下沉
(陷)或坍至地表。
表5施工方法工序说明
全断面法
1「I
:
3
■//f
■[—
1.全断面开挖;
2.锚喷支护;
3.灌筑衬砌
台阶法
—
一一
g
\\\
•:
1.上半部开挖;
2.拱部锚喷支护;
3.拱部衬砌;
4.下半部中央部开挖;
5.边墙部开挖;
6.边墙锚喷支护及衬砌
台阶分部法
ffJF¥
iff/
1•“””■■>
!
.jT
1.上弧形导坑开挖;
2拱部锚喷支护;
3.拱部衬砌;
4.中核开挖;
5.下部开挖;
6.边墙锚喷支护及衬砌;
7.灌筑仰拱
m
-1-至
上下导坑法
斗:
IH/}■
/
w—..—=.1
V,7v-_£
;
—~i
日
1.下导坑开挖;
2.上弧形导坑开挖;
3.拱部锚喷支护;
4.拱部衬砌;
5.设漏斗,随着推进开挖中核;
6.下半部中部开挖,7.边墙部开挖;
8.边墙锚喷支护衬砌
上导坑法
"
-'
X
■
1.上导坑开挖;
2.上半部其他部位开挖;
3.拱部锚喷支护;
5.下半部中部开挖;
6.边墙开挖;
7.边墙锚喷支护及衬砌
*-■ijL\电
;
-
i—
1
单侧壁导坑法
(中壁导坑法)
Ijf
9
|lflx]
\\
1.先行导坑上部开挖;
2.先行导坑下部开挖;
3.先行导坑锚喷支护钢架支撑等,设置中壁墙临时支撑(含锚喷钢架);
4.后行洞上部开挖;
5.后行洞下部开挖;
6.后行洞锚喷支护、钢架支撑;
7.灌筑仰拱混凝土;
8.拆除中壁
墙;
9.灌筑全周衬砌
二二二
j5JJ
双侧壁导坑法
a.
xS
G
汽Xzl3\X
QI”I\
2.导坑下部开挖;
3.
先行导坑锚喷支护、钢架支撑等,设置临时壁墙支撑;
4.后行导坑上部开挖;
5.后行导坑下部开挖;
6.后行导坑锚喷支护、钢架支撑等,设置临时壁墙支撑;
7.中央部拱顶开
挖;
8.中央部拱顶锚喷支护、钢架支撑等;
9、10中央部其余部开挖;
11.灌筑仰拱混凝土;
12.拆除临时壁墙;
13.灌筑全周衬砌
1L3
——r
第二节、爆破参数设计
、围岩光面爆破
采用非电毫秒雷管微差起爆方式。
本工程炸药选型选用标准为一号岩石硝铵炸药或二号岩石硝铵炸药,遇有水地段则采用一号岩石乳化炸药或二号岩石乳化炸药。
对川级围岩和掏槽孔最好是使用一号岩石乳化炸药。
(1)周边孔间距E
周边孔通常布置在距开挖断面边缘0.05m至0.1m处,光
爆孔的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3〜5°
当爆孔孔径d
为38-40mm时,周边孔间距E=(10〜15)d,川级围岩约为0.4-0.60m比较合适,W级围岩周边眼的间距为0.38-0.50
m。
(2)光爆层厚度w
光爆层厚度就是周边孔最小抵抗线,它与开挖的隧道断面大小有关。
断面大,光爆眼所受到的夹制作用小,岩石比较容易崩落,可以大些;
断面小,光爆眼受到的夹制力大,光爆层厚度相对要小些。
同时,光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关,坚硬岩石光爆层可小些,松软破碎的岩石光爆层可大些。
本隧道光爆层厚度W=0.5m〜0.9m。
(3)密集系数K
周边孔密度系数是周边孔间距E与光爆层厚度W的比值,
是影响爆破效果的重要因素。
K=E/W
K取值0.8)
(4)炮眼直径
钻孔机具选用YT28型或7655型风枪钻孔,炮孔直径为38-40mm。
(5)炮眼深度
隧道开挖川级围岩每循环进尺为2.8m,掏槽孔深度约为
3.5m,崩落孔3.Om,周边孔3.Om,炮眼布置如附图1、附图2。
进、出口隧道爆破开挖IV级围岩、洞口加强段和破碎带破碎每循环进尺为1.2m>掏槽孔深度约为1.6m,崩落孔1.4m,周边孔1.4m,底板孔1.4m。
炮眼布置如附图3。
(6)单孔药量
主要是确定炸药单耗量q,炸药单耗量对装药效率、炮
孔利用率、开挖壁面的平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响。
它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。
本隧道洞身段采取一号岩石炸药时:
q取值1.1kg/m3;
如果是二号岩石炸药:
q取值1.5kg/m3。
人行横洞采取一号岩石炸药时:
q取值3.4kg/m3;
如果是二号岩石炸药:
q取值4.Okg/m3。
(7)炮孔数量N炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和炸药性能。
孔
数过少将造成大块增多,周壁不平整,甚至会出现炸不开的情况;
相反,孔数过多将使凿岩工作量增大。
N=0.0012qS/ad2
式中:
N—炮孔数量,个;
q一单位炸药消耗量,主隧道洞身段按一号岩石炸药取
1.1kg/m3;
按二号岩石炸药取1.5kg/m3
s一开挖断面面积;
a一炮眼装填系数,取0.62;
d一炸药直径,炸药为32mm
二、川类围岩开挖施工
川类围岩采用全断面法开挖见附图1、附图2。
川类围岩爆破设计参数(见表6、表7)。
表6、川类围岩左右洞隧道全断法开挖爆破参数(见附图1)
部位
毫秒雷管段数
炮孔名
称
孔深
/m
孔数/个
孔距
单孔装药量/kg
段装药
量/kg
2
掏槽孔
3.0
10
0.5
1.6
16.0
扩槽孔
3.5
30.0
4-9
崩落孔
64
0.70-1.0
2.2
140.8
底板孔
12
26.4
周边孔
47
0.4-0.6
0.65
30.55
合计
143
243.75
附注
主要指标:
断面面积78.6m2;
炮孔数143;
设计进尺2.8;
单位耗药量一号岩石炸药1.1kg/m3,(一号岩石炸药1.5kg/m3。
孔距、列距乘0.7系数。
)
表7、川类围岩人行横洞全断法开挖爆破参数(见附图2)
毫秒雷
管段数
6
0.3
1.9
11.4
1.4
16.8
4-6
2.0
15
0.6-0.7
21.0
7
2.3
4
5.6
8
20
0.4-0.5
10.0
57
64.8
断面面积10.8m2;
炮孔数57;
设计进尺1.8m;
单位耗药量一号岩石炸药3.4kg/m。
(一号岩石炸药4.0kg/m,孔距、列距乘0.9系数。
三、W类软岩和破碎带爆破参数(见附图3)
采用浅眼光面爆破控制开挖轮廓线,采用上下台阶法开挖。
开挖时要注意以下技术要点:
1、开挖洞身时,采用浅眼弱爆破,每循环进尺控制在
1.2m,严格控制周边孔的眼距和装药量,尽量减少超欠挖;
2、边开挖边喷混凝土3〜4cm,并按设计要求及时施作锚杆、钢筋网和格栅钢架,再复喷至设计要求厚度,尽量使初期支护封闭成环,防止围岩失稳崩塌;
3、开挖下部时,保护好拱脚。
边挖边接长钢架并施喷混凝土,防止拱脚悬空造成拱部初支失稳。
4、W类软岩爆破设计参数(见表&
附图3)
表8W类围岩进、出口隧道上下台阶法开挖爆破参数
毫秒雷管
孔数/
单孔装
段数
个
药量/kg
上
部
1.2
9.6
0.7
3-10
70
49.0
11
17
11.9
35
0.4
14.0
下
1~6
51
35.7
7、8
10.5
9、10
4.8
216
141.1
断面面积78.6m2;
炮孔数216;
设计进尺1.2m;
单位耗药量一号、二号岩石炸药相同为1.5kg/m3。
第三节、爆破施工工艺
一、放样布眼
钻爆作业前,采用串线法定出路线中线位置,并用红油漆准确绘出,用仪器放出拱顶设计高程。
定出开挖断面轮廓线,标出炮眼位置,其误差不得超过5cm。
二、定位开眼
必须按设计炮眼正确钻孔,对周边孔和掏槽孔精度要求比其它眼要高,开眼误差要控制在3~5cm以内
三、钻眼
周边孔开钻时,钻杆保持水平,并平行于隧道中轴线,稍外插3o角,开眼定位在轮廓线上,偏差不大于5cm。
掏槽孔钻孔精度要高,误差在3cm之内,控制炮眼间距、深度和角度,严禁炮眼打穿、相交。
崩落孔要均匀分布,为便于排水,钻孔可稍微向上,但倾斜不大于1。
,孔眼间距保持互相平行,底板眼向下倾斜,但眼底不得超过轮廓线10cm。
四、装药结构装药前,炮孔必须用高压风吹扫,药串和起爆药卷按要求加工好,盘好脚线,分段号存放在箱内,确保装药作业有序地进行;
装药作业应分片、分组进行,并按规定捣实,堵塞炮泥,堵塞长度不小于30cm。
周边孔装药采用径向不偶合间隔装药结构,不偶合系数为1.5~2.0。
掏槽孔;
崩落孔(辅助孔),底板孔采用大直径药卷,孔底连续装药结构。
并全部采用自制炮泥堵塞孔口。
光面爆破装药过程中,如果只注意控制周边孔用药量而忽视内圈崩落孔的药量控制,很难达到理想的爆破效果。
因此,为保证光爆效果,司钻手定岗定位,掏槽孔、崩落孔、底板孔、周边孔(又分拱部、拱墙、边墙)都实行专人负责。
五、爆破起爆网络为复式网络,以保证起爆的可靠性和准确性,连接时要注意,导爆管不能打结和拉细,各炮眼雷管连接次数应相同,引爆雷管应用胶布包扎在一簇导爆管自由端15cm以上处,网络连接好后,要由爆破员负责检查。
六、起爆网络的联结
起爆网络的联结采用:
电雷管一导爆管雷管一非电毫秒雷管的起爆网络。
各炮孔采用非电毫秒雷管微差起爆技术,不但控制单段雷管的起爆药量,又能有效地控制每段雷管间的起爆时间,使爆破震动波不叠加。
这样既能保证岩石达到理想爆破效果,又能消除爆破震动的有害效应。
为了保证后起爆的网络不被先起爆的炸断,拟采用孔内微差的起爆网络。
具体起爆网络方案如下:
(1)起爆网络如图9。
(2)孔内采用1~15段非电毫秒雷管。
(3)掏槽孔采用1~3段复式网路联接。
(4)其它孔采用4~12段单式网路联接。
(5)孔外采用1段毫秒雷管复式网路联接。
图9起爆网络
七、起爆顺序
隧道爆破炮孔起爆顺序均为:
掏槽孔〜崩落孔(辅助眼)~底板孔~周边孔。
崩落孔由里向外逐层起爆。
采用多段微差毫秒雷管起爆由里向外起爆,其中周边孔比辅助孔要跳2段,间隔时间为50〜110毫秒,且用同一段雷管和导爆索连接同时起爆。
第四节、光面爆破达到的效果和要求
一、周边轮廓基本符合设计要求,爆破后岩石壁面基本平整,起伏度在5-10cm以内。
二、爆破后岩面保留有半眼孔痕,整体性好的围岩半眼率大于85%。
三、爆破后,在围岩壁面上无粉碎损伤,无明显新生裂隙,对围岩破坏轻微。
四、爆破后围岩稳定,基本无剥落现象,大的危石浮石少。
五、循环进尺理想。
当炮眼深度达3.0m时,每循环进尺达到2.7m以上。
六、石碴最大块40-50cm,碴堆集中,抛距在50m以内。
第五节、光面爆破施工
一、划定开挖轮廓线与布眼
熊渡1号隧道横断面设计为曲墙半圆拱横断面,按常规以圆心放样相对繁琐,且精度较低。
为了较精确地画出轮廓线,我们根据设计断面计算出各类围岩开挖尺寸(见附图1)。
放样顺序:
先以仪器定出隧道中心线在掌子面上,用红油漆画出,根据隧道纵向坡度定出开挖拱顶高度,一般比设计略高2~5cm,以拱顶向下每50cm分出尺寸,再根据计算出的尺寸从中心线往两边分出距离,为使尺寸水平既不向上或向下偏移,使用水平管加上钢尺拉距,精确定出点位,再以油漆顺接各点,即形成开挖轮廓线,并根据轮廓线画出各类炮眼位置。
炮眼的布置根据各类围岩不同而相对应的炮眼间距不同,如熊渡,1号隧道班类围岩周边孔一般为40-60cm,IV类围岩一般为40-50cm,视现场围岩整体性和软硬程度而定。
一般在皿类围岩开挖掘进中,主隧道炸药消耗1.1-1.5kg/m3,周边孔采用导爆索,其它炮眼使用塑料导爆管毫秒微差雷管引爆。
二、定位与钻眼根据隧道的开挖断面尺寸定制中空式开扎工作台车,台车每层高度适合工人操作需要,开眼的位置要求钻工尽量不偏离设计炮眼位,周边眼不得偏离5cm,向外角度不大于1~3。
,钻眼过程派技术人员现场指导监督,以确保钻眼的位置和角度符合爆破设计的要求。
三、清孔炮眼钻好后,用高压气体进行清孔,将炮眼中的钻碴与小石碴清除干净,以确保装药顺利进行。
四、装药和装药结构起爆体均在火工品加工房进行加工,起爆体必须专人加工,分段存放。
采用人工用木制炮棍装药,装药时分片分组,由专人负责,严格按设计装药量装药和装雷管,自上而下,依次进行,注意雷管对号入座,周边孔用导爆索引爆,导爆索从拱部向两边依次并联在一起,在两底边各与1个毫秒雷管绑在一起。
装药结构:
周边孔采用光面或预裂爆破,装药结构为间隔装药;
掏槽孔和扩槽孔、底板孔采用连续装药结构。
五、炮孔堵塞
炮孔采用人工堵塞,堵塞材料为粘性土卷(需提前加工),用木制炮棍压紧。
堵塞长度一般不小于30〜40cm;
严禁不堵孔爆破。
六、联结起爆网络引爆起爆网络采用复式网络,保证起爆准确性与可靠性。
联结导爆管时,注意不能出现打结和拉细现象。
引爆雷管绑在一簇导爆管自由端15cm的位置,联结好后,再派技术人员负责检查,经检验合格后,尽快撤离人员和机械,最后引爆。
第六节、爆破安全距离计算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。
一、爆破振动计算:
(1)熊渡1号隧道控制最大段装药量,取Qmax=30.55kg。
V=k(Qf3/R)a取k=100a=1.5R=100m时。
V=100x(30.551/3/100)1.5=0.55cm/s
小于最近100处民房2.5cm/s安全振动速度。
二、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。
三、爆破安全距离:
隧道爆破时,个别飞石对人员安全距离设定为
200m以上,巷道内对设备安全距离设定为100m(指非机动设备)。
四、起爆顺序和延期时间:
(1)起爆顺序:
隧道内:
掏槽孔—扩槽孔—崩落孔—底板孔—周边孔。
(2)延期时间:
一般掏槽孔段间延时差为
25ms-75mso其它孔为50ms-110ms
第七节、安全技术与防护措施
1、工程现场100m范围内进行实地调查,记录可能影响的构筑物或其它结构状态,记录资料应包括文字和图片资料,现场可作观测标志。
2、必要时可进行地表震动观测,以优化爆破设计。
3、爆堆检查时间:
爆堆检查时间应在爆后30min且炮烟排出后,由熟练爆破员进行检查。
4、盲炮处理:
由于采用炸药为乳化炸药和硝按炸药,因此发生盲炮后,必须由专职爆破员进行处理。
处理方法为:
(1)能够重新引爆的,加大警戒范围,重新加入起爆体引爆;
(2)不能重新引爆的炮孔,采用高压风吹出堵塞炮渣,取出起爆雷管,并将炸药取出;
(3)严禁采用木棍硬捣起爆药卷。
5、严禁利用残眼穿孔,以免钻爆残眼中残留炸药。
6、爆破警戒:
装药警戒范围由爆破工作领导人确定,装药时应在警戒边界设置明显标志并派出岗哨;
执行警戒任务的人员,应按指令到达指定地点并坚守工作岗位。
7、信号:
预警信号:
该信号发出后爆破警戒范围内开始清场工作;
起爆信号:
起爆信号应在确认人员、设备等全部撤离爆破警戒区,所有警戒人员到位,具备安全起爆条件时发出。
起爆信号发出后,准许负责起爆的人员起爆;
解除信号:
安全等待时间过后,检查人员进入爆破警戒范围内检查、确认安全后,方可发出解除爆破警戒信号。
在此之前,岗哨不得撤离,不允许非检查人员进入爆破警戒范围;
各类信号均应使爆破警戒区域及附近人员能清楚地听到或看到。
8、火工品管理必须有火工品管理人员进行管理,现场火工品使用由爆破员使用,安全员现场监督。
爆破完成后,剩余火工品必须全部退库,做到帐帐相符,帐物相符。
9、路基需爆破施工时,起爆前30分钟在两侧300m外设立警戒线,禁止行人进入爆破作业区,爆破完成至少15分钟进爆
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