專利名稱:復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑施工領(lǐng)域，特別是涉及地下或水下復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體， 包括基巖、孤石、夾層等爆破破碎方法。
背景技術(shù)：
在地下或水下復(fù)合地層盾構(gòu)隧道工程施工中，開挖斷面范圍內(nèi)和開挖延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相差懸殊，對各種工法的選擇及其施工參數(shù)影響較大，可能會引發(fā)工程危害疊加。
在地下和水下復(fù)合地層盾構(gòu)隧道工程施工中，通常會遇到封閉的巖體(無臨空面，只有臨弱介質(zhì)面，稱為“臨弱面”)如基巖、孤石、夾層，使得盾構(gòu)機無法正常掘進，嚴重耽誤了施工工期，并且處理的風(fēng)險很大，處理成本很高。
目前，傳統(tǒng)的處理辦法1
采用盾構(gòu)機強行磨進一土層注漿處理一開倉更換刀具一磨進一再次土層注漿處理一再次開倉更換刀具，如此循環(huán)掘進，如遇到孤石，則需要先注漿硬化土層，固定孤石，才能用盾構(gòu)機循環(huán)磨進。
這種方法在這類地層中掘進效率低，刀盤刀具損壞、磨損嚴重，易產(chǎn)生卡刀、斜刀、 掉刀、刀具偏磨等，并可能出現(xiàn)隧道軸線偏斜，處理起來速度比較慢，嚴重影響施工進度，花費成本很高。
處理辦法2
采用沖孔樁，圍蔽施工后，采用沖孔樁沖擊巖體破碎，直至隧道標高位置，回填孔樁，恢復(fù)原狀。
采用沖孔樁沖擊巖體，施工周期長，占用場地大，噪音、震動很大，環(huán)境污染嚴重， 花費成本高，并且會出現(xiàn)沖孔死角，部分巖體無法沖碎，沖擊后會出現(xiàn)大塊孤石，沖擊破碎后的巖體粒徑達不到盾構(gòu)機出渣口的要求，效果較差。
處理辦法3:
采用人工挖孔樁，挖至巖體標高位置，用常規(guī)爆破方法破碎或機械、人工破碎，再回填孔樁。
采用這種辦法，施工周期長，費用高，施工人員在井下作業(yè)，安全風(fēng)險很大，容易出現(xiàn)坍塌、中毒情況，環(huán)境污染嚴重，如遇到流砂、淤泥層或地下水豐富，則成孔困難，甚至無法成孔，半途而廢。
處理辦法4:
人員進入土倉破除，先從地面或水面對土體進行袖閥管注漿加固和通過盾構(gòu)機的超前注漿孔，向開挖面地層注入漿液對土體進行加固。
開倉后人員進入開挖面，進行機械或人工破除。這項工作對于工作人員和工程項目都很危險，開挖面崩塌可能會使施工人員傷亡，也可能引起隧道頂部地面或水下覆蓋層過大的沉降。[0016]以上處理方法不但施工成本巨大、施工困難，另外，處理的工期很長，工程的工期損失很大，而且安全隱患很多，容易出現(xiàn)安全事故，并且污染環(huán)境、施工噪音大、擾民程度大，從而難以符合施工要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種施工方便、節(jié)省時間，工期，成本、確保安全、高效、環(huán)保的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體破碎新技術(shù)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，該方法步驟如下
(1)設(shè)計、布孔根據(jù)提供的地質(zhì)勘探情況，設(shè)計鉆孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；
(2)直接在地面或水面鉆孔采用地質(zhì)鉆機、錨桿鉆機或潛孔鉆機從地面或水面鉆孔，成孔后在孔內(nèi)放置有PVC或其它硬質(zhì)套管護孔，套管下端用堵頭密封，上端裝藥之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；
(3)驗孔取與裝炸藥直徑相同的套管，外系一根長繩索，伸入步驟2的套管內(nèi)， 以檢驗孔的暢通與否及孔深；
(4)裝炸藥根據(jù)盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同，在檢驗好的PVC套管或其它硬質(zhì)套管內(nèi)，下端用堵頭封堵，進行連續(xù)裝藥或分段裝藥做成爆破藥包筒的形式；
(5)爆破根據(jù)盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同以及盾構(gòu)機出渣
粒徑要求、爆破安全震速要求，采用單段或分段微差起爆。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明由直接在地面或水面鉆孔施工，炸藥在地下盾構(gòu)隧道內(nèi)的封閉巖體中爆炸，破碎巖體，破碎后的粒徑達到盾構(gòu)機掘進出渣的要求，使盾構(gòu)機能正常掘進，并對隧道周邊地層不造成破壞，保證周邊介質(zhì)的完整性及穩(wěn)定性。該技術(shù)施工方便、節(jié)省時間，工期，成本、確保安全、高效、環(huán)保，從而可以廣泛應(yīng)用于復(fù)合地層中盾構(gòu)隧道封閉巖體的破碎作業(yè)上。
具體實施方式
復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破新技術(shù)，其方法步驟如下
(1)設(shè)計、布孔根據(jù)提供的地質(zhì)勘探情況，設(shè)計鉆孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；
首先選取巖體邊緣或巖體較薄的區(qū)域進行布孔爆破，先爆破區(qū)域擠壓周圍土層形成空腔，為后爆區(qū)域提供自由面，然后再向巖體中心區(qū)域及較厚的區(qū)域依次鉆孔爆破，可采用矩形或梅花形布孔。如遇孤石較小時，一次性鉆孔完畢進行集中爆破；孤石較大時可從孤石邊緣開始分批鉆孔爆破，孔距、排距控制在60 150cm之間，孔距、排距及布孔方式可根據(jù)試爆和前期爆破效果逐步作出調(diào)整，以達到最佳破碎效果。
(2)直接在地面或水面鉆孔采用地質(zhì)鉆機、錨桿鉆機或潛孔鉆機從地面或水面鉆孔，成孔后在孔內(nèi)放置有PVC或其它硬質(zhì)套管護孔，套管下端用堵頭密封，上端裝藥之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；
本工程需要爆破處理的封閉巖體，其包括基巖、孤石、夾層，位于地表或水面以下較深的位置，因此采用地質(zhì)鉆機、錨桿鉆機或潛孔鉆機進行鉆孔，水面鉆孔則需配備鉆孔船只或平臺。由于需處理的區(qū)間地層含有土層、砂層，且成孔后一般不會馬上裝藥，容易造成塌孔，因此通常鉆孔直徑采用90 110cm，鉆孔至設(shè)計標高后，放入直徑90 IlOcm的PVC 套管或其它硬質(zhì)套管，并可根據(jù)現(xiàn)場巖體情況及厚度調(diào)整鉆孔及套管的直徑。套管下端必須用堵頭密封，防止泥漿滲入，上端裝藥之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞，防止異物掉入或泥漿灌入。
每次鉆到孤石、夾層后，詳細記錄孤石、夾層面的標高并將炮孔編號，鉆穿孤石、夾層后，記錄孤石、夾層底部標高，可確定孤石、夾層的厚度，鉆到基巖面也應(yīng)記錄巖面標高， 鉆到設(shè)計超深位置后記錄底部標高，可確定基巖的厚度，鉆孔時必須作好記錄。
(3)驗孔取直徑與裝炸藥直徑相同的套管，內(nèi)裝滿碎石或粗砂，外系一根長繩索，伸入步驟2的套管內(nèi)，以檢驗孔的暢通與否及孔深；
鉆孔隊集中鉆好一批孔后，提交詳細的鉆孔參數(shù)，包括鉆孔直徑、孔距、排距、孤石、夾層上表面標高、孤石、夾層下表面標高、基巖上表面標高、基巖底部標高、鉆孔深度，由技術(shù)人員驗收。驗收時取與裝炸藥直徑相同的套管，內(nèi)裝滿碎石或粗砂，外系一根長繩索， 以檢驗孔的暢通與否及孔深是否達到設(shè)計深度。如果卡管或達不到設(shè)計深度，則要對孔進行重新處理，以達到設(shè)計要求。
(4)裝炸藥根據(jù)盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同，在檢驗好的PVC套管或其它硬質(zhì)套管內(nèi)(下端用堵頭封堵)進行連續(xù)裝藥或分段裝藥，做成爆破藥包筒的形式。
因為復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同，如果均采用連續(xù)結(jié)構(gòu)裝藥，則巖體較厚的裝藥量就過大，將導(dǎo)致爆破震動增大、泥漿噴出等危害，所以，必須限制單段裝藥量。 巖體厚度較小時，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)；巖層厚度較大時，采用分段裝藥結(jié)構(gòu)，確保單段裝藥量不超過爆破震動允許的范圍；如果同時有孤石、夾層和基巖同時出現(xiàn)的，上下重疊，應(yīng)同次爆破。
裝炸藥步驟如下
1、根據(jù)鉆孔隊提供的鉆孔參數(shù)和驗孔情況，提前計算好爆破藥包筒長度，將炸藥和雷管裝入PVC管或其它硬質(zhì)套管內(nèi)(下端用堵頭封堵)指定的位置，做成爆破藥包筒的形式；
2、由于孔內(nèi)有水及少量泥漿，為了順利裝藥，需對爆破藥包筒進行配重抗浮，配重采用小粒徑的碎石或粗砂，密度約為1. 50g/cm3 ；
3、爆破藥包筒加工好后，在藥包筒的眷筒壁上端鉆兩孔，用鐵絲綁定，上系繩索， 然后在套管內(nèi)下放藥包至指定位置；
根據(jù)鉆孔隊提供的鉆孔參數(shù)和驗孔情況，確定裝藥底部深度然后準確測量PVC管與繩索的長度之和，將整個藥包懸吊到準確的位置上，誤差控制在士 IOcm之內(nèi)。藥包就位后，把繩索固定在套管壁上，使其不再移動。
4、當爆破藥包筒就位且固定后，采用小粒徑的碎石將套管內(nèi)外采用堵塞處理，防止泥漿噴出和套管的突起。地下爆破不會有飛石產(chǎn)生，只有在爆破后產(chǎn)生的高壓氣體會將炮孔內(nèi)的泥漿壓出孔外，為了防止涌出的泥漿飛濺，采取聯(lián)合防護體系。如果本次爆區(qū)周圍已經(jīng)實施過爆破作業(yè)，則需對其周圍的爆破殘孔用砂袋覆蓋，防止泥漿噴射。
為了保證爆破施工的安全，在爆破作業(yè)前在主要位置張貼爆破“安民告示”。在警戒范圍邊界應(yīng)設(shè)有明顯警戒標志，并派出崗哨，在發(fā)出預(yù)警信號后開始警戒，在爆破警戒范圍內(nèi)進行清場。確?，F(xiàn)場所有人員、設(shè)備撤離至安全地帶后，由各警戒點警戒人員發(fā)信號通知爆破組長，爆破組長下達準爆命令，確認安全后方可起爆。
在爆破后應(yīng)派爆破技術(shù)人員和有經(jīng)驗的爆破員進入現(xiàn)場進行爆后檢查，經(jīng)檢查確無盲炮等險情后方可發(fā)出解除警戒信號，容許作業(yè)人員進入。
本發(fā)明較以前傳統(tǒng)的處理方法具有以下優(yōu)勢
1、節(jié)約成本、施工方便。
(1)本技術(shù)處理復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體，直接由地面(水面)進行鉆孔施工， 鉆孔成本及爆破成本很低，對盾構(gòu)隧道封閉巖體進行爆破破碎，經(jīng)破碎后的巖石粒徑可小于0. 3m，破碎效果好，破碎后盾構(gòu)機可直接掘進，對盾構(gòu)機刀具磨損極小。
(2)本技術(shù)處理盾構(gòu)隧道封閉巖體，無需從地面(水下)開挖，避免產(chǎn)生沖孔樁、人工挖孔孔樁、盾構(gòu)機開倉人員進入等施工程序，避免出現(xiàn)安全事故、土方挖運、回填、污染環(huán)境的情況，并且地表、水中管線(通訊、電力、供水等)無需改道和遷移。
2、節(jié)省時間、工期；
本技術(shù)可根據(jù)地質(zhì)勘探情況提前進行處理，如進行提前處理，則不會影響總工期， 在盾構(gòu)機到達之前就已處理完畢。如不提前處理，本技術(shù)直接由地面(水面)鉆孔施工，可根據(jù)場地大量投入鉆孔機械，鉆孔完成后即可進行地下爆破施工，鉆孔速度快，工期短，所用工期是傳統(tǒng)處理方法的五分之一。
3、無安全隱患，可確保施工安全
本技術(shù)由地面(水面)鉆孔施工，在地下進行爆破，無爆破飛石，避免了傳統(tǒng)處理方法終出現(xiàn)孔樁坍塌、高處墜落、地面塌方以及常規(guī)爆破出現(xiàn)爆破飛石，從而確保了施工安全及周圍居民的安全。
4、環(huán)保，噪音很小，減少擾民
本技術(shù)施工直接從地面(水面)施工，占地面(水面)面積小，無需挖運土方，對環(huán)境影響極小，鉆孔施工噪音很小，因為在地下爆破，爆破噪音極小，而常規(guī)爆破鉆孔、爆破的噪音很大，并且爆破無粉塵。
5、節(jié)能，破碎效果好
在地下爆破，炸藥爆炸能量100%充分作用，除爆破造成破碎外，還有擠壓破碎、二次沖擊破碎，巖體達到充分破碎，經(jīng)破碎后的巖石粒徑可小于0. :3m。
權(quán)利要求
1.復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于該方法步驟如下(1)設(shè)計、布孔根據(jù)提供的地質(zhì)勘探情況，設(shè)計鉆孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；(2)直接在地面或水面鉆孔采用地質(zhì)鉆機、錨桿鉆機或潛孔鉆機從地面或水面鉆孔，成孔后在孔內(nèi)放置有PVC或其它硬質(zhì)套管護孔，套管下端用堵頭密封，上端裝藥之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；(3)驗孔取與裝炸藥直徑相同的套管，外系一根長繩索，伸入步驟2的套管內(nèi)，以檢驗孔的暢通與否及孔深；(4)裝炸藥根據(jù)盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同，在檢驗好的PVC套管或其它硬質(zhì)套管內(nèi)，下端用堵頭封堵，進行連續(xù)裝藥或分段裝藥做成爆破藥包筒的形式；(5)爆破根據(jù)盾構(gòu)隧道封閉巖體的厚度不同以及盾構(gòu)機出渣粒徑要求、爆破安全震速要求，采用單段或分段微差起爆。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于步驟1) 所述的布孔形式是首先選取巖體邊緣或巖體較薄的區(qū)域進行布孔爆破，然后再向巖體中心區(qū)域及較厚的區(qū)域依次鉆孔爆破，采用矩形或梅花形布孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于步驟1) 所述的布孔孔距、排距控制在60 150cm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于步驟2) 所述的鉆孔直徑為90 110cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于步驟2) 所述的套管為直徑90 IlOcm的PVC套管或其它硬質(zhì)套管。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破新技術(shù)，其特征在于步驟3)所述的套管為與裝炸藥直徑相同的的PVC管或其它硬質(zhì)套管。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，其特征在于步驟4) 的裝炸藥步驟如下·1、根據(jù)鉆孔隊提供的鉆孔參數(shù)和驗孔情況，提前計算好爆破藥包筒長度，將炸藥和雷管裝入的PVC管或其它硬質(zhì)管內(nèi)指定的位置做成爆破藥包筒的形式；·2、對爆破藥包筒進行配重抗浮，配重采用小粒徑的碎石或粗砂，密度為1.50g/cm3 ；·3、爆破藥包筒加工好后，在藥包筒的筒壁上端鉆兩孔，用鐵絲綁定，上系繩索，然后在護孔套管內(nèi)下放藥包筒；·4、當藥包筒就位且固定后，采用小粒徑的碎石或粗砂將護孔套管內(nèi)外采用堵塞處理。
專利摘要
本發(fā)明公開了復(fù)合地層盾構(gòu)隧道封閉巖體爆破方法，該方法步驟如下(1)設(shè)計、布孔；(2)直接在地面或水面鉆孔；(3)驗孔；(4)裝炸藥；(5)爆破；本發(fā)明由直接在地面或水面鉆孔施工，炸藥在地下盾構(gòu)隧道內(nèi)的封閉巖體中爆炸，破碎巖體，破碎后的粒徑達到盾構(gòu)機掘進出渣的要求，使盾構(gòu)機能正常掘進，并對隧道周邊地層不造成破壞，保證周邊介質(zhì)的完整性及穩(wěn)定性。該技術(shù)施工方便、節(jié)省時間，工期，成本、確保安全、高效、環(huán)保，從而可以廣泛應(yīng)用于復(fù)合地層中盾構(gòu)隧道封閉巖體的破碎作業(yè)上。
文檔編號F42D1/00GKCN102032844 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201010173457
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月29日
發(fā)明者孟慶彪, 洪勇, 王暉, 竺維彬, 米晉生, 謝紅星, 鐘長平, 鞠世鍵, 黃威然 申請人:孟慶彪, 廣東爆破工程有限公司, 洪勇, 竺維彬, 謝紅星導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan