硬巖地層水下控制爆破結(jié)合沖擊鉆連續(xù)墻成槽施工技術(shù)

陳永祥 （中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471013）

1 工程概況

廣深港客運(yùn)專線福田站位于深圳市行政文化中心和高檔商務(wù)區(qū)，高層建筑集中。北端接益田路隧道，南端接深港隧道。全長(zhǎng)1023m，深32.15m、寬78.86m,站場(chǎng)規(guī)模4臺(tái)8線。

主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，總長(zhǎng)度合計(jì)2231m，共劃分為497幅單元槽段，墻寬1.2m～1.5m，幅長(zhǎng)5m～7m（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度5.0m及5.5m），深度34.8～52.5m，主要穿越地層包括：人工填土層、沖洪積砂層（、殘積粘性土層（Qe）l、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、弱風(fēng)化花崗巖。其中北端頭井附近入弱風(fēng)化花崗巖12.2m～24.6m，石質(zhì)堅(jiān)硬，最大單軸飽和抗壓強(qiáng)度114.8MPa。采用沖擊鉆、雙輪銑槽機(jī)進(jìn)入硬質(zhì)巖層后進(jìn)尺困難，且設(shè)備損耗大、維修成本高。

2 成槽方案及鉆爆設(shè)計(jì)

根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況、所處的地理位置和周邊環(huán)境，確定上部土層或強(qiáng)風(fēng)化巖層以上部分采用沖擊鉆和成槽機(jī)成槽，下部強(qiáng)、弱風(fēng)化花崗巖層采用水下控制爆破結(jié)合沖擊鉆成槽方案。即進(jìn)入強(qiáng)、弱風(fēng)化花崗巖的槽段，停止挖掘，確保水頭壓力，對(duì)強(qiáng)、弱風(fēng)化花崗巖層鉆孔爆破，利用“預(yù)裂爆破+擠壓爆破”作用機(jī)理，科學(xué)布孔，合理利用爆炸產(chǎn)生的能量使整體微風(fēng)化巖石破裂、分割成塊狀，然后再用沖擊鉆成槽，確保設(shè)備快速高效地掘進(jìn)。

2.1 爆破參數(shù)選擇

2.1.1 爆破槽段長(zhǎng)度

地下連續(xù)墻每次爆破長(zhǎng)度在3.0m～6.0m之間。距離建筑物較近的槽段每次爆破長(zhǎng)度為3m。

2.1.2 爆破槽段寬度

圖1 地下連續(xù)墻基巖炮孔布置示意圖

爆破槽段寬度為地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)寬度1.2m。鉆孔時(shí)外放0.5cm，成槽寬度為1.3m。

地下連續(xù)墻基巖處理爆破參數(shù)表（裝藥孔直徑：110mm） 表2

2.1.3 爆破巖石厚度

根據(jù)各槽段微風(fēng)化基巖巖面分布位置不同，各槽段爆破巖石厚度在10m～20m之間，平均爆破巖石厚度在15m左右。

2.1.4 鉆孔深度

鉆孔深度=設(shè)計(jì)連續(xù)墻深度+超深0.3m。

2.1.5 炸藥選型

炸藥選擇2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為60mm，炸藥具有防水性能。

2.2 爆破安全距離

由于被爆破巖體在地面25m以下，距離爆源最近的房屋結(jié)構(gòu)在30m左右。因此需對(duì)此范圍內(nèi)的建筑物進(jìn)行驗(yàn)算以確定同段起爆最大藥量，以便指導(dǎo)施工。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》計(jì)算：Q=R3(V/K)3/α

式中：

Q—最大一段的裝藥量（kg）

R—距爆源中心的距離（m）

K—與介質(zhì)特性、爆破方式及其它因素有關(guān)系數(shù)，取120

V1—非抗震性鋼筋混凝土框架房屋允許振速，取1cm/s

V2—抗震性鋼筋混凝土框架房屋允許振速，取3.5cm/s

α—地震衰減指數(shù)，取1.6

車站周圍需保護(hù)建筑均為抗震結(jié)構(gòu)建筑，安全允許振速在3.5～4.5之間，按最小允許振速取值2.0cm/s進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表1所示。實(shí)際施工中單段起爆最大裝藥量為12kg<12.5kg，可確保爆破震動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊建筑物造成損害。

2.3 裝藥量計(jì)算

以每次爆破槽段長(zhǎng)3m，入微風(fēng)化巖石15m為例計(jì)算，單孔裝藥量見表2。

經(jīng)計(jì)算同段起爆最大藥量為12kg。根據(jù)巖石性質(zhì)，結(jié)合前期試驗(yàn)，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f 在10h～12h，炸藥單耗取值通常在1.0～3.0之間，本設(shè)計(jì)取值為1.42kg/m3。爆破時(shí)根據(jù)實(shí)際爆破效果進(jìn)行調(diào)整。

2.4 炮孔布置及成孔

2.4.1 槽段周邊布孔

沿連續(xù)墻槽段輪廓均勻布眼，裝藥孔與空眼均勻布置,炮孔距離為0.5m。鉆孔深度至連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度向下0.3m。

2.4.2 槽段中心布孔

采取沿連續(xù)墻中心線均勻布眼的形式，裝藥孔與空眼均勻布置,炮孔距離為0.5m。鉆孔深度至連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度向下0.3m。

2.4.3 鉆孔

采用地質(zhì)鉆進(jìn)行鉆孔，土層采用十字鉆頭，巖層采用巖芯鉆頭，鉆頭直徑為110mm，進(jìn)入中、微風(fēng)化巖層采用抽芯的方式成孔。

不同距離最大一段的裝藥量值對(duì)照表 表1

圖2 連續(xù)墻Ⅰ序、Ⅱ序施工示意圖

圖3 Ⅰ序槽段沖擊鉆孔位布置示意圖

圖4 Ⅱ序槽段沖擊鉆孔位布置示意圖

強(qiáng)風(fēng)化巖層以上設(shè)置PVC套管，外徑DN100mm，管節(jié)間采用管箍連接，人工下放。其作用為防止已鉆好的炮眼上部土層塌孔，見圖1。

2.5 裝藥、堵塞及網(wǎng)絡(luò)起爆

邊眼采取孔底集中裝藥結(jié)構(gòu)，雙發(fā)電雷管反向起爆。微風(fēng)化巖面以上1m位置開始堵塞,堵塞至孔口，堵塞材料為粗砂。

中心眼，采取分層、間隔裝藥結(jié)構(gòu)。上、下部藥卷中間間隔長(zhǎng)度為1m～2.0m。間隔空隙采用PVC管內(nèi)裝填粗沙。上部堵塞段從微風(fēng)化巖面以上1m位置開始堵塞至孔口，堵塞材料為粗砂。

各藥卷采用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆，然后簇聯(lián)后由雙發(fā)電雷管引爆。

采取孔內(nèi)分段的非電-電起爆網(wǎng)絡(luò)，各非電雷管簇聯(lián)連接，雙發(fā)電雷管同時(shí)起爆，以確保起爆網(wǎng)絡(luò)安全。

3 硬巖地層水下控制爆破結(jié)合沖擊鉆連續(xù)墻成槽

在爆炸產(chǎn)生的能量使整體硬巖地層破裂、分割成塊的基礎(chǔ)上，再采用沖擊鉆掘進(jìn)。根據(jù)連續(xù)墻成槽的邊界條件，單元槽段主要有兩種形式：I序槽段和II序槽段。I序槽為首開槽段，兩端邊界條件均為土層，采用間隔式開挖；II序槽段為兩幅I序槽段之間的閉合槽段，兩端邊界條件為已施工Ⅰ序槽段，見圖2。

3.1 Ⅰ序槽段成槽

連續(xù)墻接頭形式為工字鋼接頭，Ⅰ序槽段連續(xù)墻工字鋼翼緣板伸出25cm，考慮到鉆孔的傾斜度偏差，1、5孔外放35cm，孔位布置見圖3。

第一步：沖擊鉆由地表沖擊1、3及5號(hào)導(dǎo)向孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

第二步：液壓抓斗成槽機(jī)挖掘1～3孔間、3～5孔間土體至強(qiáng)風(fēng)化巖面。

第三步：沖擊鉆沖擊2、4號(hào)孔巖層至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

第四步：沖擊鉆沖擊相鄰兩孔間巖層至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

第五步：使用沖擊鉆配備特制的方錘修槽，連孔成槽。

3.2 Ⅱ序槽段成槽

Ⅱ序槽段為封閉槽段，連續(xù)墻兩端邊界條件均為接頭工字鋼，孔位布置見圖4。

第一步：沖擊鉆由地表沖擊1、4號(hào)導(dǎo)向孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，中間導(dǎo)向孔沖擊至進(jìn)尺減緩后，即至強(qiáng)風(fēng)化巖面止。

第二步：液壓抓斗成槽機(jī)挖掘兩段土體至強(qiáng)風(fēng)化巖面。

第三步：沖擊鉆沖擊2、3號(hào)孔巖層至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

第四步：沖擊鉆沖擊相鄰兩孔間巖層至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

第五步：使用沖擊鉆配備特制的方錘修槽，連孔成槽。

4 小 結(jié)

在地下連續(xù)墻施工中，成槽施工是關(guān)鍵工序之一，占整個(gè)施工時(shí)間的絕大部分，因此提高成槽效率是非常重要的。在廣深港客運(yùn)專線福田站硬巖地層分別采用了液壓成槽機(jī)結(jié)合沖擊鉆成槽、液壓成槽機(jī)結(jié)合雙輪銑成槽和水下控制爆破結(jié)合沖擊鉆成槽。其中在北端頭井附近27幅、長(zhǎng)度計(jì)194.65m、深度35.2～41.7 m、入弱風(fēng)化花崗巖12.2～24.6m巖層，采用了水下控制爆破結(jié)合沖擊鉆成槽施工，效果顯著，節(jié)省了工程費(fèi)用，提高了工效。進(jìn)入最大單軸飽和抗壓強(qiáng)度114.8MPa花崗巖層，比沖擊鉆機(jī)成槽及雙輪銑槽機(jī)成槽提高工效2～3倍。為硬巖地質(zhì)條件下超深基坑地下連續(xù)墻成槽施工探索了新的方法，充實(shí)和完善了基坑連續(xù)墻施工技術(shù)體系，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

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