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深孔爆破技术在地铁隧道掘进中的应用 0 隧道围岩处理 深圳地质条件复杂，地层起伏变化较大。在成因硬岩区域建设高温岩含量的设备存在较大的安全风险和施工困难。当盾构在硬岩段中直接掘进时,刀具磨损严重,换刀频率增加,掘进速度缓慢,且硬岩段两端常伴生有上软下硬地层,若不进行处理,盾构掘进姿态控制困难,易使盾构向上偏移,并造成较大地表变形。 当盾构隧道穿越突起硬岩时,文献采用了对上部软弱地层进行注浆加固的处理措施,通过减少土层和基岩的强度差异,来确保盾构机掘进时的姿态控制,但穿越较长硬岩段时,该处理措施的工程费用巨大且工期漫长。文献采用矿山法开挖+盾构空推的施工技术,避免了盾构在硬岩段掘进时的施工风险,但硬岩段采取钻爆法开挖时,对隧道上方既有建(构)筑物所产生的施工干扰太大,且建(构)筑物的变形不易控制。文献采用了深孔松动爆破技术,通过对突起硬岩的预处理,为盾构掘进提前扫清了障碍,但在深圳地铁二期工程实例中,硬岩处理长度未超过50 m。 本文结合突起硬岩的高度和强度,采用了不同间距的爆破布孔方式和先弱后强的起爆顺序,将隧道掘进范围内555 m的硬岩段处理成小于20 cm的碎块,以确保盾构掘进时能快速、顺利通过。 1 项目总结 1.1 区间隧道地层井网 深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间全长约5.5 km。区间隧道在1号线竹子林车辆段西南角设中间风井,在白石路与海园二路交叉处设独立盾构始发井。区间采用4台内径6 m的非标准盾构施工,由独立盾构井始发,掘进至两端车站后吊出。 1.2 项目所在地和水文 1.2.1 粗粒砂岩w1 区间隧道地层分布从上到下主要为:素填土(①1)、淤泥层(②1)、砾质黏性土层(⑦1)、全风化粗粒花岗岩(W4)、砂土状强风化粗粒花岗岩(W3)、中风化粗粒花岗岩(W2)和微风化粗粒花岗岩(W1)。隧道洞身主要位于微风化粗粒花岗岩中。 1.2.2 工级地质砂层 区间地下水类型按赋存方式分为3种: 第1种是赋存于第四系人工填土层中的上层滞水; 第2种是孔隙承压水,赋存于第四系含有机质砂层中,残积砾(砂)质黏性土层中含少量孔隙承压水; 第3种为基岩裂隙水和构造裂隙水,主要赋存于强-中等风化岩带和断裂构造带中,具弱承压性。本场地砂层多呈夹层透镜体状,厚度变化较大,具中-强透水性。 地下水对混凝土结构具弱-中等腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性。 2 硬岩分布分析 区间隧道在欢乐海岸地块内侧穿其一期既有物业后,下穿人工湖及二期在建别墅。根据地勘资料,在人工湖下方的区间隧道主要位于突起硬岩中。硬岩分布详见图1。 对比深圳地铁二期类似工程,该硬岩分布具有距离长和抗压强度高的特点。 区间右线隧道结构顶板埋深约15 m,硬岩突起长约284 m,硬岩突起最高点高出隧道结构顶板约7 m,详见图2。 区间左线隧道结构顶板埋深约15 m,硬岩突起长约271 m,硬岩突起最高点高出隧道结构顶板约6 m,详见图3。 详勘揭示该部位硬岩抗压强度为60～150 MPa,其统计结果详见表1。 3 深孔滑动爆破+盾构掘进 欢乐海岸一期物业已于2011年11月开始营业,二期物业(西区别墅)桩基施工已经开始,计划于2012年4月完成桩基施工,2012年10月开始营业。受其影响,不具备明挖处理条件。 故结合场地条件、地面环境和地质情况,主要选择以下4种施工方案,就施工风险、工程难度、工期、造价和对在建别墅的影响进行了综合比选。 方案1。采用深孔松动爆破技术对隧道开挖范围内基岩进行预先爆破处理,然后盾构掘进。 方案2。在隧道正上方设施工竖井,正线隧道采用矿山法开挖,然后盾构空推。 方案3。在欢乐海岸地块外(白石路南侧)设施工竖井,打设施工横通道,正线隧道矿山法开挖,然后盾构空推。 方案4。加强盾构硬岩破碎能力,盾构直接掘进。 经比选,出于以下考虑,最终选用方案1,即深孔松动爆破+盾构掘进的方法。 1)由于西区别墅是高端旅游地产项目,计划于半年内完工。为尽量减少对其项目进度的影响,华侨城集团不同意在欢乐海岸地块内设置施工竖井,并要求选用对既有建筑物沉降影响较小的盾构法进行施工。 2)若采用矿山法施工,则需要在欢乐地块以外设置施工竖井和横通道,不能满足全线土建工期要求,且硬岩段爆破开挖引起的振动也将影响别墅的正常营业。 3)人工湖下方全部为上软下硬地层,矿山法施工风险极大,且土建造价较高。 4)鉴于本区间采用内径6 m的非标准盾构,需重新采购盾构的实际情况,承包商在设备采购时,可结合地质条件,定制硬岩破碎能力不低于150 MPa的新盾构。 5)结合类似工程经验,对突起硬岩提前实施深孔松动爆破可减少刀具磨损量及开仓换刀次数。 4 爆炸设计方案 4.1 确定硬岩爆炸范围的原则 1 范围 侵入隧道洞身范围以内,抗压强度超过70 MPa的硬岩。 2 宽度 隧道轮廓线