CN109026037A - 盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法，该方法包括以下步骤：1)在待挖掘隧道线路范围内进行地质剖面物理勘探，将盾构机待掘进地层中存在基岩和/或孤石的地质段标识为不良地质段；2)在所述不良地质段范围内确定爆破孔位置，通过钻孔施工形成爆破孔；3)在形成的爆破孔中装入起爆药包，进行爆破作业；4)在爆破后的不良地质段范围内对破碎的围岩体进行分段注浆加固施工。使得盾构掘进施工顺利进行，能够提高施工进度，减少换刀次数。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法。
背景技术
在使用盾构机挖掘隧道的过程中，待挖掘隧道区域地质条件往往非常复杂，其中存在基岩与孤石的地层强度极高，远远超过了盾构机的适应区间，容易导致盾构机无法顺利掘进。
发明内容
本发明的目的是针对陆地或海底待挖掘隧道段存在基岩或孤石的地层强度高的特点，提供一种盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法。
本发明提供的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法包括以下步骤：1)在待挖掘隧道线路范围内进行地质剖面物理勘探，将盾构机待掘进地层中存在基岩和/或孤石的地质段标识为不良地质段；2)在所述不良地质段范围内确定爆破孔位置，通过钻孔施工形成爆破孔；3)在形成的爆破孔中装入起爆药包，进行爆破作业；4)在爆破后的不良地质段范围内对破碎的围岩体进行分段注浆加固施工。
具体地，在步骤2)中，所述钻孔施工包括陆地钻孔施工、陆地冲孔施工和海上钻孔施工；在所述不良地质段为陆地砂土或孤石地层的情况下，通过所述陆地钻孔施工形成爆破孔；在所述不良地质段为陆地基岩的情况下，通过所述陆地冲孔施工形成爆破孔；在所述不良地质段为海底基岩的情况下，通过所述海上钻孔施工形成爆破孔。
具体地，所述陆地钻孔施工包括以下步骤：使用全站仪对爆破孔的钻孔位置进行测量放线，以确定钻孔位置；在确定的钻孔位置处使用跟管钻机钻至表土层底部以形成钻孔；使用地质钻机将所述钻孔继续下钻至孤石层的预定位置处以形成爆破孔。
具体地，所述陆地冲孔施工包括以下步骤：在基岩表面呈梅花型布置冲孔位置；在确定的冲孔位置处使用凿岩钻机进行所述陆地冲孔施工以形成冲孔；在所述冲孔之间布置爆破孔位置；在确定的爆破孔位置处使用地质钻机钻孔以形成爆破孔。
具体地，所述海上钻孔施工包括以下步骤：使用经纬仪或全站仪确定海底基岩面的钻孔位置；将钻孔船移船至对正所述钻孔位置；在确定的钻孔位置处通过所述钻孔船使用钻机锤将钢套管锤击打入至所述海底基岩面；在所述钢套管中进行爆破孔钻孔作业，直至钻至基岩层设计深度位置以形成爆破孔。
具体地，所述将钻孔船移船至对正所述钻孔位置，包括：通过设置在所述钻孔船左右的四门八字锚控制所述钻孔船横向移动，通过设置在所述钻孔船前后的两门主锚控制所述钻孔船前后移动，以将所述钻孔船移船至对正所述钻孔位置。
具体地，在步骤3)中，针对存在基岩的不良地质段采用基岩爆破进行爆破作业，针对存在孤石的不良地质段采用孤石爆破进行爆破作业。
具体地，所述孤石爆破包括孤石单孔爆破和孤石多孔爆破；在所述爆破作业为所述孤石单孔爆破的情况下，所述爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同；在所述爆破作业为所述孤石多孔爆破的情况下，相邻两个爆破孔中的其中一个爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同，另一个爆破孔中装药段与爆破孔顶部和底部之间均留有预定距离。
具体地，所述基岩爆破包括以下步骤：在所述基岩表面采用矩形或梅花桩形布置所述爆破孔，其中每两排所述爆破孔之间按照预定间距排列，所述爆破孔的孔深超过所述基岩底部达预定深度，起爆药包装入深度超过基岩厚度；逐排对所述爆破孔进行爆破。
具体地，在步骤4)中，所述分段注浆加固施工包括以下步骤：测量放样注浆孔的位置；在确定的注浆孔位置处进行注浆孔钻孔作业以形成注浆孔，并在所述注浆孔中插入注浆管；通过所述注浆管向所述注浆孔内注入护壁泥浆；取出所述注浆管，将袖阀管插入至注入有护壁泥浆的注浆孔的孔底位置；采用后退式分段注浆法对所述袖阀管进行注浆加固。
本发明提供的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法，针对陆地或海底的基岩或孤石强度高的特点，通过在地表或海上钻孔，采用爆破方式，提前处理不良地质段，并对爆破干扰地层进行注浆加固，使得盾构掘进施工顺利进行，能够提高施工进度，减少换刀次数。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施方式的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法中陆地钻孔施工的地层结构纵向剖面示意图；
图2是根据本发明实施方式的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法中陆地冲孔施工的冲孔和爆破孔布置图；
图3是根据本发明实施方式的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法中海上钻孔施工的地层结构纵向剖面示意图；
图4是根据本发明实施方式的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法中钻孔船的结构示意图；以及
图5是根据本发明实施方式的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法的步骤流程图。
附图标记说明
1 表土层 2 孤石层
3 冲孔 4 爆破孔
5 钢套管 6海底基岩面
7 钻孔船 8八字锚
9 主锚
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
本发明提供一种盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法，如图5所示，该方法包括以下步骤：1)在待挖掘隧道线路范围内进行地质剖面物理勘探，将盾构机待掘进地层中存在基岩和/或孤石的地质段标识为不良地质段；2)在所述不良地质段范围内确定爆破孔位置，通过钻孔施工形成爆破孔；3)在形成的爆破孔中装入起爆药包，进行爆破作业；4)在爆破后的不良地质段范围内对破碎的围岩体进行分段注浆加固施工。
根据本发明的技术方案，首先在待挖掘隧道线路范围内进行陆地或水下剖面物理勘探，探明隧址轴线较大范围内环境下岩层的分布情况。盾构机前方掘进地层如遇到基岩和/或孤石不良地质情况，需要首先对基岩和/或孤石进行爆破预处理，爆破后的基岩和/或孤石变成较小直径的碎块，能够满足盾构机切削要求，同时对因爆破而受到扰动的地层进行注浆加固，提高地层的整体性和自稳能力，使盾构机能够顺利掘进。
根据本发明的技术方案，包括步骤1)在待挖掘隧道线路范围内进行地质剖面物理勘探，将盾构机待掘进地层中存在基岩和/或孤石的地质段标识为不良地质段。根据本发明的一种实施方式，采用地震反射波法进行物理勘探，使用的仪器包括震源、接收装置和记录系统三个组成部分，运用波的动力学特点进行勘探，测量结果能较准确地确定界面的深度和形态，判断地层岩性。
根据本发明的技术方案，包括步骤2)在所述不良地质段范围内确定爆破孔位置，通过钻孔施工形成爆破孔。
具体地，在步骤2)中，所述钻孔施工包括陆地钻孔施工、陆地冲孔施工和海上钻孔施工。根据不良地质段所在的地层特点的不同，需要选用对应的成孔方法：在所述不良地质段为陆地砂土或孤石地层的情况下，通过所述陆地钻孔施工形成爆破孔；在所述不良地质段为陆地基岩的情况下，通过所述陆地冲孔施工形成爆破孔；在所述不良地质段为海底基岩的情况下，通过所述海上钻孔施工形成爆破孔。
根据本发明的一种实施方式，如图1所示，优选地，所述陆地钻孔施工包括以下步骤：使用全站仪对爆破孔的钻孔位置进行测量放线，以确定钻孔位置；在确定的钻孔位置处使用跟管钻机钻至表土层1底部以形成钻孔；使用地质钻机将所述钻孔继续下钻至孤石层2的预定位置处以形成爆破孔。
全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术全站型电子测距仪，使用全站仪对钻孔进行定位，测量精度较高，且一次安装就可完成该测站上全部的测量工作，提高了工作效率。
钻孔采用跟管钻机与地质钻机配合成孔，所述跟管钻机在所述表土层1中预先引孔，钻至表土层1底部以形成钻孔，根据本发明的一种实施方式，可以在所述钻孔中装入套管，以对所述钻孔进行支撑和保护。
使用地质钻机将所述钻孔继续下钻至孤石层2的预定位置处以形成爆破孔。根据本发明的一种实施方式，可以在所述爆破孔中装入套管，以对所述爆破孔进行支撑和保护。
由于钻孔间距较小，钻机占据一定的面积，根据本发明的一种实施方式，陆地钻孔采用间断跳孔的方法钻孔。
在所述不良地质段为陆地基岩的情况下，由于陆地基岩外径大，甚至在隧道全断面范围内都分布着基岩，仅使用钻孔爆破难以达到理想的破碎效果，根据本发明的一种实施方式，如图2所示，优选地，所述陆地冲孔施工包括以下步骤：在基岩表面呈梅花型布置冲孔位置；在确定的冲孔位置处使用凿岩钻机进行所述陆地冲孔施工以形成冲孔3；在所述冲孔3之间布置爆破孔4位置；在确定的爆破孔4位置处使用地质钻机钻孔以形成爆破孔4。设置冲孔3的目的是使得冲孔3的孔内腔与空气接触形成临空面，在对布置在冲孔3之间的爆破孔4进行爆破时基岩能够沿所述冲孔3开裂破碎，以达到较理想的爆破效果；梅花型布置使得基岩在爆破时能够开裂为能够满足盾构机切削要求的碎石。
根据本发明的一种实施方式，如图3所示，优选地，所述海上钻孔施工包括以下步骤：使用经纬仪或全站仪确定海底基岩面的钻孔位置；将钻孔船7移船至对正所述钻孔位置；在确定的钻孔位置处通过所述钻孔船使用钻机锤将钢套管5锤击打入至所述海底基岩面6；在所述钢套管5中进行爆破孔钻孔作业，直至钻至基岩层设计深度位置以形成爆破孔。
在海底隧道施工中，在所述不良地质段为海底基岩的情况下，使用海上钻孔船7进行钻孔作业，首先使用经纬仪或全站仪确定海底基岩面的钻孔位置，经纬仪是一种根据测角原理设计的测量水平角和竖直角的测量仪器，全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术全站型电子测距仪，可以根据实际情况进行选用。
钻孔船7到达施工区域后，钻孔船7浮在海面施工，将钻孔船7移船至对正所述钻孔位置，在确定的钻孔位置处通过所述钻孔船使用钻机锤将钢套管5锤击打入至所述海底基岩面6，以形成钻孔通道；在所述钢套管5中进行爆破孔钻孔作业，直至钻至基岩层设计深度位置以形成爆破孔。
根据本发明的一种实施方式，如图4所示，所述将钻孔船7移船至对正所述钻孔位置，包括：通过设置在所述钻孔船7左右的四门八字锚8控制所述钻孔船7横向移动，通过设置在所述钻孔船7前后的两门主锚9控制所述钻孔船7前后移动，以将所述钻孔船7移船至对正所述钻孔位置。根据本发明的一种实施方式，每个所述八字锚8上配备丝缆的全长约为150米，每个所述主锚9上配备丝缆的全长约为250米，通过控制调整丝缆的长度和丝缆与所述钻孔船7船身的角度，以将钻孔船7移船至对正所述钻孔位置。
根据本发明的技术方案，包括步骤3)在形成的爆破孔中装入起爆药包，进行爆破作业。根据本发明的一种实施方式，起爆药包的雷管可以选用毫秒导爆管雷管或者顺发电雷管，炸药可以选用乳化炸药，以使爆破产生较好的效果。
根据本发明的技术方案，在步骤3)中，针对存在基岩的不良地质段采用基岩爆破进行爆破作业，针对存在孤石的不良地质段采用孤石爆破进行爆破作业。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述孤石爆破包括孤石单孔爆破和孤石多孔爆破，在孤石外径尺寸较小的情况下，使用孤石单孔爆破，在孤石外径尺寸较大的情况下，使用孤石多孔爆破，以保证较好的爆破效果；在所述爆破作业为所述孤石单孔爆破的情况下，所述爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同；在所述爆破作业为所述孤石多孔爆破的情况下，相邻两个爆破孔中的其中一个爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同，另一个爆破孔中装药段与爆破孔顶部和底部之间均留有预定距离，以保证较好的爆破效果。
在孤石埋深较深，体积较大，厚度不均的情况下，一次性爆破破碎难度较大，因此根据本发明的一种实施方式，采取首先对靠近孤石边缘的爆破孔进行爆破，然后利用爆破挤压周围土层产生的自由面，再对其他爆破孔进行逐个爆破，已达到较好的爆破效果。
由于基岩通常埋深较深，爆破破碎难度较大，根据本发明的一种实施方式，优选地，所述基岩爆破包括以下步骤：在所述基岩表面采用矩形或梅花桩形布置所述爆破孔，其中每两排所述爆破孔之间按照预定间距排列，所述爆破孔的孔深超过所述基岩底部达预定深度，起爆药包装入深度超过基岩厚度；逐排对所述爆破孔进行爆破。为了便于施工及产生较好的爆破破碎效果，逐排对所述爆破孔进行爆破为首先对边缘的爆破孔进行爆破，然后利用爆破挤压周围土层产生的自由面，再对其他爆破孔进行逐个起爆。
根据本发明的技术方案，包括步骤4)在爆破后的不良地质段范围内对破碎的围岩体进行分段注浆加固施工。对因爆破而受到扰动的地层进行注浆加固，提高地层的整体性和自稳能力，使盾构机能够顺利掘进。
根据本发明的一种实施方式，在步骤4)中，所述分段注浆加固施工包括以下步骤：测量放样注浆孔的位置；在确定的注浆孔位置处进行注浆孔钻孔作业以形成注浆孔，并在所述注浆孔中插入注浆管；通过所述注浆管向所述注浆孔内注入护壁泥浆；取出所述注浆管，将袖阀管插入至注入有护壁泥浆的注浆孔的孔底位置；采用后退式分段注浆法对所述袖阀管进行注浆加固。
根据本发明的一种实施方式，后退式分段注浆为在所述袖阀管内由孔底向上分段进行注浆，每次注浆预定长度，直至全孔注浆完毕。优选地，所述预定长度为0.4米-0.5米。
本发明提供的盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法，针对陆地或海底的基岩或孤石强度高的特点，通过地表或海上钻孔，首先对基岩和/或孤石进行爆破预处理，爆破后基岩和/或孤石变成较小直径的碎块，能够满足盾构机切削要求，同时对因爆破而受到扰动的地层进行注浆加固，提高地层的整体性和自稳能力，使得盾构掘进施工顺利进行，能够提高施工进度，减少换刀次数。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种盾构隧道遇基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)在待挖掘隧道线路范围内进行地质剖面物理勘探，将盾构机待掘进地层中存在基岩和/或孤石的地质段标识为不良地质段；
2)在所述不良地质段范围内确定爆破孔位置，通过钻孔施工形成爆破孔；
3)在形成的爆破孔中装入起爆药包，进行爆破作业；
4)在爆破后的不良地质段范围内对破碎的围岩体进行分段注浆加固施工。
2.根据权利要求1所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，在步骤2)中，所述钻孔施工包括陆地钻孔施工、陆地冲孔施工和海上钻孔施工；
在所述不良地质段为陆地砂土或孤石地层的情况下，通过所述陆地钻孔施工形成爆破孔；
在所述不良地质段为陆地基岩的情况下，通过所述陆地冲孔施工形成爆破孔；
在所述不良地质段为海底基岩的情况下，通过所述海上钻孔施工形成爆破孔。
3.根据权利要求2所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述陆地钻孔施工包括以下步骤：
使用全站仪对爆破孔的钻孔位置进行测量放线，以确定钻孔位置；
在确定的钻孔位置处使用跟管钻机钻至表土层底部以形成钻孔；
使用地质钻机将所述钻孔继续下钻至孤石层的预定位置处以形成爆破孔。
4.根据权利要求2所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述陆地冲孔施工包括以下步骤：
在基岩表面呈梅花型布置冲孔位置；
在确定的冲孔位置处使用凿岩钻机进行所述陆地冲孔施工以形成冲孔；
在所述冲孔之间布置爆破孔位置；
在确定的爆破孔位置处使用地质钻机钻孔以形成爆破孔。
5.根据权利要求2所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述海上钻孔施工包括以下步骤：
使用经纬仪或全站仪确定海底基岩面的钻孔位置；
将钻孔船移船至对正所述钻孔位置；
在确定的钻孔位置处通过所述钻孔船使用钻机锤将钢套管锤击打入至所述海底基岩面；
在所述钢套管中进行爆破孔钻孔作业，直至钻至基岩层设计深度位置以形成爆破孔。
6.根据权利要求5所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述将钻孔船移船至对正所述钻孔位置，包括：
通过设置在所述钻孔船左右的四门八字锚控制所述钻孔船横向移动，
通过设置在所述钻孔船前后的两门主锚控制所述钻孔船前后移动，以将所述钻孔船移船至对正所述钻孔位置。
7.根据权利要求1所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，在步骤3)中，针对存在基岩的不良地质段采用基岩爆破进行爆破作业，针对存在孤石的不良地质段采用孤石爆破进行爆破作业。
8.根据权利要求7所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述孤石爆破包括孤石单孔爆破和孤石多孔爆破；
在所述爆破作业为所述孤石单孔爆破的情况下，所述爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同；
在所述爆破作业为所述孤石多孔爆破的情况下，相邻两个爆破孔中的其中一个爆破孔中装药段长度与孤石厚度相同，另一个爆破孔中装药段与爆破孔顶部和底部之间均留有预定距离。
9.根据权利要求7所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，所述基岩爆破包括以下步骤：
在所述基岩表面采用矩形或梅花桩形布置所述爆破孔，其中每两排所述爆破孔之间按照预定间距排列，所述爆破孔的孔深超过所述基岩底部达预定深度，起爆药包装入深度超过基岩厚度；
逐排对所述爆破孔进行爆破。
10.根据权利要求1所述的基岩孤石地层预处理施工方法，其特征在于，在步骤4)中，所述分段注浆加固施工包括以下步骤：
测量放样注浆孔的位置；
在确定的注浆孔位置处进行注浆孔钻孔作业以形成注浆孔，并在所述注浆孔中插入注浆管；
通过所述注浆管向所述注浆孔内注入护壁泥浆；
取出所述注浆管，将袖阀管插入至注入有护壁泥浆的注浆孔的孔底位置；
采用后退式分段注浆法对所述袖阀管进行注浆加固。
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