专利名称:复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法
技术领域：
本发明涉及建筑施工领域，特别是涉及地下或水下复合地层盾构隧道封闭岩体， 包括基岩、孤石、夹层等爆破破碎方法。
背景技术：
在地下或水下复合地层盾构隧道工程施工中，开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊，对各种工法的选择及其施工参数影响较大，可能会引发工程危害叠加。
在地下和水下复合地层盾构隧道工程施工中，通常会遇到封闭的岩体(无临空面，只有临弱介质面，称为“临弱面”)如基岩、孤石、夹层，使得盾构机无法正常掘进，严重耽误了施工工期，并且处理的风险很大，处理成本很高。
目前，传统的处理办法1
采用盾构机强行磨进一土层注浆处理一开仓更换刀具一磨进一再次土层注浆处理一再次开仓更换刀具，如此循环掘进，如遇到孤石，则需要先注浆硬化土层，固定孤石，才能用盾构机循环磨进。
这种方法在这类地层中掘进效率低，刀盘刀具损坏、磨损严重，易产生卡刀、斜刀、 掉刀、刀具偏磨等，并可能出现隧道轴线偏斜，处理起来速度比较慢，严重影响施工进度，花费成本很高。
处理办法2
采用冲孔桩，围蔽施工后，采用冲孔桩冲击岩体破碎，直至隧道标高位置，回填孔桩，恢复原状。
采用冲孔桩冲击岩体，施工周期长，占用场地大，噪音、震动很大，环境污染严重， 花费成本高，并且会出现冲孔死角，部分岩体无法冲碎，冲击后会出现大块孤石，冲击破碎后的岩体粒径达不到盾构机出渣口的要求，效果较差。
处理办法3:
采用人工挖孔桩，挖至岩体标高位置，用常规爆破方法破碎或机械、人工破碎，再回填孔桩。
采用这种办法，施工周期长，费用高，施工人员在井下作业，安全风险很大，容易出现坍塌、中毒情况，环境污染严重，如遇到流砂、淤泥层或地下水丰富，则成孔困难，甚至无法成孔，半途而废。
处理办法4:
人员进入土仓破除，先从地面或水面对土体进行袖阀管注浆加固和通过盾构机的超前注浆孔，向开挖面地层注入浆液对土体进行加固。
开仓后人员进入开挖面，进行机械或人工破除。这项工作对于工作人员和工程项目都很危险，开挖面崩塌可能会使施工人员伤亡，也可能引起隧道顶部地面或水下覆盖层过大的沉降。[0016]以上处理方法不但施工成本巨大、施工困难，另外，处理的工期很长，工程的工期损失很大，而且安全隐患很多，容易出现安全事故，并且污染环境、施工噪音大、扰民程度大，从而难以符合施工要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种施工方便、节省时间，工期，成本、确保安全、高效、环保的复合地层盾构隧道封闭岩体破碎新技术。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是
复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，该方法步骤如下
(1)设计、布孔根据提供的地质勘探情况，设计钻孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；
(2)直接在地面或水面钻孔采用地质钻机、锚杆钻机或潜孔钻机从地面或水面钻孔，成孔后在孔内放置有PVC或其它硬质套管护孔，套管下端用堵头密封，上端装药之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；
(3)验孔取与装炸药直径相同的套管，外系一根长绳索，伸入步骤2的套管内， 以检验孔的畅通与否及孔深；
(4)装炸药根据盾构隧道封闭岩体的厚度不同，在检验好的PVC套管或其它硬质套管内，下端用堵头封堵，进行连续装药或分段装药做成爆破药包筒的形式；
(5)爆破根据盾构隧道封闭岩体的厚度不同以及盾构机出渣
粒径要求、爆破安全震速要求，采用单段或分段微差起爆。
本发明的有益效果是本发明由直接在地面或水面钻孔施工，炸药在地下盾构隧道内的封闭岩体中爆炸，破碎岩体，破碎后的粒径达到盾构机掘进出渣的要求，使盾构机能正常掘进，并对隧道周边地层不造成破坏，保证周边介质的完整性及稳定性。该技术施工方便、节省时间，工期，成本、确保安全、高效、环保，从而可以广泛应用于复合地层中盾构隧道封闭岩体的破碎作业上。
具体实施方式
复合地层盾构隧道封闭岩体爆破新技术，其方法步骤如下
(1)设计、布孔根据提供的地质勘探情况，设计钻孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；
首先选取岩体边缘或岩体较薄的区域进行布孔爆破，先爆破区域挤压周围土层形成空腔，为后爆区域提供自由面，然后再向岩体中心区域及较厚的区域依次钻孔爆破，可采用矩形或梅花形布孔。如遇孤石较小时，一次性钻孔完毕进行集中爆破；孤石较大时可从孤石边缘开始分批钻孔爆破，孔距、排距控制在60 150cm之间，孔距、排距及布孔方式可根据试爆和前期爆破效果逐步作出调整，以达到最佳破碎效果。
(2)直接在地面或水面钻孔采用地质钻机、锚杆钻机或潜孔钻机从地面或水面钻孔，成孔后在孔内放置有PVC或其它硬质套管护孔，套管下端用堵头密封，上端装药之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；
本工程需要爆破处理的封闭岩体，其包括基岩、孤石、夹层，位于地表或水面以下较深的位置，因此采用地质钻机、锚杆钻机或潜孔钻机进行钻孔，水面钻孔则需配备钻孔船只或平台。由于需处理的区间地层含有土层、砂层，且成孔后一般不会马上装药，容易造成塌孔，因此通常钻孔直径采用90 110cm，钻孔至设计标高后，放入直径90 IlOcm的PVC 套管或其它硬质套管，并可根据现场岩体情况及厚度调整钻孔及套管的直径。套管下端必须用堵头密封，防止泥浆渗入，上端装药之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞，防止异物掉入或泥浆灌入。
每次钻到孤石、夹层后，详细记录孤石、夹层面的标高并将炮孔编号，钻穿孤石、夹层后，记录孤石、夹层底部标高，可确定孤石、夹层的厚度，钻到基岩面也应记录岩面标高， 钻到设计超深位置后记录底部标高，可确定基岩的厚度，钻孔时必须作好记录。
(3)验孔取直径与装炸药直径相同的套管，内装满碎石或粗砂，外系一根长绳索，伸入步骤2的套管内，以检验孔的畅通与否及孔深；
钻孔队集中钻好一批孔后，提交详细的钻孔参数，包括钻孔直径、孔距、排距、孤石、夹层上表面标高、孤石、夹层下表面标高、基岩上表面标高、基岩底部标高、钻孔深度，由技术人员验收。验收时取与装炸药直径相同的套管，内装满碎石或粗砂，外系一根长绳索， 以检验孔的畅通与否及孔深是否达到设计深度。如果卡管或达不到设计深度，则要对孔进行重新处理，以达到设计要求。
(4)装炸药根据盾构隧道封闭岩体的厚度不同，在检验好的PVC套管或其它硬质套管内(下端用堵头封堵)进行连续装药或分段装药，做成爆破药包筒的形式。
因为复合地层盾构隧道封闭岩体的厚度不同，如果均采用连续结构装药，则岩体较厚的装药量就过大，将导致爆破震动增大、泥浆喷出等危害，所以，必须限制单段装药量。 岩体厚度较小时，采用连续装药结构；岩层厚度较大时，采用分段装药结构，确保单段装药量不超过爆破震动允许的范围；如果同时有孤石、夹层和基岩同时出现的，上下重叠，应同次爆破。
装炸药步骤如下
1、根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好爆破药包筒长度，将炸药和雷管装入PVC管或其它硬质套管内(下端用堵头封堵)指定的位置，做成爆破药包筒的形式；
2、由于孔内有水及少量泥浆，为了顺利装药，需对爆破药包筒进行配重抗浮，配重采用小粒径的碎石或粗砂，密度约为1. 50g/cm3 ；
3、爆破药包筒加工好后，在药包筒的眷筒壁上端钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索， 然后在套管内下放药包至指定位置；
根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，确定装药底部深度然后准确测量PVC管与绳索的长度之和，将整个药包悬吊到准确的位置上，误差控制在士 IOcm之内。药包就位后，把绳索固定在套管壁上，使其不再移动。
4、当爆破药包筒就位且固定后，采用小粒径的碎石将套管内外采用堵塞处理，防止泥浆喷出和套管的突起。地下爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，采取联合防护体系。如果本次爆区周围已经实施过爆破作业，则需对其周围的爆破残孔用砂袋覆盖，防止泥浆喷射。
为了保证爆破施工的安全，在爆破作业前在主要位置张贴爆破“安民告示”。在警戒范围边界应设有明显警戒标志，并派出岗哨，在发出预警信号后开始警戒，在爆破警戒范围内进行清场。确保现场所有人员、设备撤离至安全地带后，由各警戒点警戒人员发信号通知爆破组长，爆破组长下达准爆命令，确认安全后方可起爆。
在爆破后应派爆破技术人员和有经验的爆破员进入现场进行爆后检查，经检查确无盲炮等险情后方可发出解除警戒信号，容许作业人员进入。
本发明较以前传统的处理方法具有以下优势
1、节约成本、施工方便。
(1)本技术处理复合地层盾构隧道封闭岩体，直接由地面(水面)进行钻孔施工， 钻孔成本及爆破成本很低，对盾构隧道封闭岩体进行爆破破碎，经破碎后的岩石粒径可小于0. 3m，破碎效果好，破碎后盾构机可直接掘进，对盾构机刀具磨损极小。
(2)本技术处理盾构隧道封闭岩体，无需从地面(水下)开挖，避免产生冲孔桩、人工挖孔孔桩、盾构机开仓人员进入等施工程序，避免出现安全事故、土方挖运、回填、污染环境的情况，并且地表、水中管线(通讯、电力、供水等)无需改道和迁移。
2、节省时间、工期；
本技术可根据地质勘探情况提前进行处理，如进行提前处理，则不会影响总工期， 在盾构机到达之前就已处理完毕。如不提前处理，本技术直接由地面(水面)钻孔施工，可根据场地大量投入钻孔机械，钻孔完成后即可进行地下爆破施工，钻孔速度快，工期短，所用工期是传统处理方法的五分之一。
3、无安全隐患，可确保施工安全
本技术由地面(水面)钻孔施工，在地下进行爆破，无爆破飞石，避免了传统处理方法终出现孔桩坍塌、高处坠落、地面塌方以及常规爆破出现爆破飞石，从而确保了施工安全及周围居民的安全。
4、环保，噪音很小，减少扰民
本技术施工直接从地面(水面)施工，占地面(水面)面积小，无需挖运土方，对环境影响极小，钻孔施工噪音很小，因为在地下爆破，爆破噪音极小，而常规爆破钻孔、爆破的噪音很大，并且爆破无粉尘。
5、节能，破碎效果好
在地下爆破，炸药爆炸能量100%充分作用，除爆破造成破碎外，还有挤压破碎、二次冲击破碎，岩体达到充分破碎，经破碎后的岩石粒径可小于0. :3m。
权利要求
1.复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于该方法步骤如下(1)设计、布孔根据提供的地质勘探情况，设计钻孔孔距、排距及孔深，采用矩形或梅花形布孔；(2)直接在地面或水面钻孔采用地质钻机、锚杆钻机或潜孔钻机从地面或水面钻孔，成孔后在孔内放置有PVC或其它硬质套管护孔，套管下端用堵头密封，上端装药之前先用塑料薄膜或蛇皮布堵塞；(3)验孔取与装炸药直径相同的套管，外系一根长绳索，伸入步骤2的套管内，以检验孔的畅通与否及孔深；(4)装炸药根据盾构隧道封闭岩体的厚度不同，在检验好的PVC套管或其它硬质套管内，下端用堵头封堵，进行连续装药或分段装药做成爆破药包筒的形式；(5)爆破根据盾构隧道封闭岩体的厚度不同以及盾构机出渣粒径要求、爆破安全震速要求，采用单段或分段微差起爆。
2.根据权利要求
1所述的复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于步骤1) 所述的布孔形式是首先选取岩体边缘或岩体较薄的区域进行布孔爆破，然后再向岩体中心区域及较厚的区域依次钻孔爆破，采用矩形或梅花形布孔。
3.根据权利要求
1所述的复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于步骤1) 所述的布孔孔距、排距控制在60 150cm之间。
4.根据权利要求
1所述的复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于步骤2) 所述的钻孔直径为90 110cm。
5.根据权利要求
1所述的复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于步骤2) 所述的套管为直径90 IlOcm的PVC套管或其它硬质套管。
6.根据权利要求
1所述的盾构隧道封闭岩体爆破新技术，其特征在于步骤3)所述的套管为与装炸药直径相同的的PVC管或其它硬质套管。
7.根据权利要求
1所述的复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，其特征在于步骤4) 的装炸药步骤如下·1、根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好爆破药包筒长度，将炸药和雷管装入的PVC管或其它硬质管内指定的位置做成爆破药包筒的形式；·2、对爆破药包筒进行配重抗浮，配重采用小粒径的碎石或粗砂，密度为1.50g/cm3 ；·3、爆破药包筒加工好后，在药包筒的筒壁上端钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索，然后在护孔套管内下放药包筒；·4、当药包筒就位且固定后，采用小粒径的碎石或粗砂将护孔套管内外采用堵塞处理。
专利摘要
本发明公开了复合地层盾构隧道封闭岩体爆破方法，该方法步骤如下(1)设计、布孔；(2)直接在地面或水面钻孔；(3)验孔；(4)装炸药；(5)爆破；本发明由直接在地面或水面钻孔施工，炸药在地下盾构隧道内的封闭岩体中爆炸，破碎岩体，破碎后的粒径达到盾构机掘进出渣的要求，使盾构机能正常掘进，并对隧道周边地层不造成破坏，保证周边介质的完整性及稳定性。该技术施工方便、节省时间，工期，成本、确保安全、高效、环保，从而可以广泛应用于复合地层中盾构隧道封闭岩体的破碎作业上。
文档编号F42D1/00GKCN102032844 B发布类型授权 专利申请号CN 201010173457
公开日2012年4月4日 申请日期2010年4月29日
发明者孟庆彪, 洪勇, 王晖, 竺维彬, 米晋生, 谢红星, 钟长平, 鞠世键, 黄威然 申请人:孟庆彪, 广东爆破工程有限公司, 洪勇, 竺维彬, 谢红星导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan