CN110952988A - 一种加固区外孤石处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加固区外孤石处理方法，根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法。结合实际工程情况，确定了旋挖钻机机械处理+爆破处理方法的具体工艺，确保盾构施工的安全顺利进行。
Description
技术领域
本申请涉及一种盾构掘进方法，具体涉及一种加固区外孤石处理方法。
背景技术
近年来，随着社会不断发展，越来越多的轨道交通建设在大规模进行，基岩受地质构造条件、岩浆成分和围岩物质成分的控制和影响，在风化过程中很容易发育出未风化或者微风化的坚硬球状体，即“孤石”，加固区外盾构掘进范围内存在的孤石将对盾构掘进的安全施工及工期控制产生极大的风险；因此在盾构掘进前，应尽可能的探查清楚掘进区域的风化物分布情况，以便尽早采取机械处理或爆破等措施进行清除或制定穿越该处的方案。
发明内容
本发明针对加固区外孤石处理提供技术方案，提供一种仓内孤石的处理方法。
一种加固区外孤石处理方法，包括如下步骤：
根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法。
进一步地，在确定所述处理方法前，还包括加固区外孤石探测步骤，具体为：
加固区外孤石探测方案主要以密钻孔的方式进行；靠近始发端头加固区侧30m段采用3m×3m的间距布孔的方式进行，剩余60m采用5m×5m的布孔方式进行孤石探测；钻孔沿隧道中轴线布置，钻孔深度为隧道轮廓线下1m，根据钻孔揭露孤石情况在钻孔周边进行加密钻孔按照1m×1m的布孔方式探明孤石边界；
采用CT物探对加固区外90米进行孤石探测。根据施工平面孔位布置图进行钻孔验证，布孔原则按隧道中心线方向横纵从南往北30米3×3m和从南往北60米5×5m进行初步孤石孔位探测，钻孔深度为隧道底板下一米，并结合CT物探进行孤石探测；钻进过程中对发现基岩的钻孔周围行加密钻孔，以锁定孤石分部区域、摸清孤石边界为准，加密布孔原则为：从发现孤石钻孔位置向四周前后左右1×1m布置；钻机施工过程中现场专人盯控取芯、封孔情况防止后期冒浆。
进一步地，旋挖钻机机械处理方法具体为：
对侵入隧道掌子面范围内孤石或基岩突起，利用旋挖钻机研磨取出，处理后及时用M15砂浆进行回填。
(1)测量定位
根据地质钻机摸清孤石的边界条件、形状、岩面平整度进行合理的布置旋挖钻机钻孔位置；
(2)旋挖下钻
按照定位孔号，利用旋挖钻机将孤石上部的土体钻取孤石或基岩表面，钻孔过程中采用泥浆护壁的方式，根据不同的地质情况配置适宜的泥浆；钻进过程成保证钻进的垂直度不得大于1/300；
(3)旋挖钻机下钻钻取孤石
旋挖钻机钻取孤石时，保证钻进的垂直度，垂直度不得大于1/300，防止卡钻或者钻杆受力不均而断裂；
(4)旋挖钻机移位下钻
孤石、基岩突起钻至设计要求后，重复上述步骤，进行下一钻孔取石；
(5)回填
钻取孤石完成后，及时用M15砂浆进行回填。
旋挖钻机机械处理方法质量保证措施为：
(1)孤石探测准确，摸清其边界条件。
(2)保证泥浆质量，防止钻进过程中护壁效果不好，槽壁塌孔。
(3)垂直度控制，钻进过程中。
进一步地，爆破处理方法具体为：
对隧道范围内的大块孤石或基岩突起进行爆破，爆破后的石块最大粒径≤0.3m；
爆破参数设计具体为：
由于隧道埋深约13m～28m之间，故对需要爆破处理的孤石、基岩位于地表以下13m～28m之间；结合本工程的特殊性以及现场现有的设备和技术力量，采用地质钻机进行钻孔；
(1)钻孔直径
采用地质钻机进行钻孔，钻孔直径为89mm；
(2)钻孔形式
采用垂直钻孔方式，钻孔过程中采用泥浆护孔，必要时下钢套管；成孔后下75mm的PVC套管护孔，套管底部需安装堵头，PVC管上部需遮盖，防止杂物进去；
(3)火工器材选型
炸药装药直径为φ60mm，每4米一节；爆破的孔内采用雷管引爆，每孔装药深度3米以下采用2发雷管引爆、3-6米采用4发雷管引爆、超过6米采用5发雷管引爆；
(4)装药结构和网络起爆
爆破员应按如下程序操作：
①按设计要求加工起爆体和装填炸药；
②用测绳检查炸药是否到达设计位置，若未到达，应用炮棍压送到需要位置；
③装好炸药后用砂筒填塞炮孔上部；
④一次起爆的炮孔全部装好炸药后，联接起爆网路；
(5)单耗计算
根据瑞典经验方法，单位单耗量计算：
q＝q1+q2+q3+q4
式中，q1—基本装药量，是一般陆地梯段爆破的2倍，对于水下垂直的孔，再增加10％，普通坚硬石头深孔爆破的单耗量为0.5kg/m3；
q2—爆破区上方水压增量，q2＝0.01h2，h2表水深；
q3—爆破区上方覆盖层的增量，q3＝0.02h3，h3表覆盖层厚度；
q4—岩石膨胀增量，q4＝0.03h，h代表梯段深度；
(6)爆破参数表
(7)布孔形式
布孔形式采用梅花形或矩形；
单孔单体爆破时，装药孔设置在重心处，装药长度与岩石厚度相同；多孔单体爆破时，相邻两个炮孔其中一个钻至孤石底面，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药，其邻孔孔底距离孤石底面100mm，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药；为了便于施工，提高破碎效果，先爆破前排孔，然后利用前排孔爆破挤压周围土层产生的冲击力，再对后排孔进行逐个起爆；炮孔间排距均为0.8～1.2m；
(8)药包加工
炮孔验收合格后，对装药区设置警戒线，开始加工药包，首先要准备好PVC管，根据现场技术员值班提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好药包长度，将雷管和炸药装在PVC管中指定位置，由于孔内有泥浆，为了顺利装药，需要对药包进行配重；
(9)抗浮配重
由于炸药密度和泥浆的密度相近，会导致药包下放后无法下沉或下沉后在浮力作用下无法固定，故对药包进行抗浮配重，配重采用碎石，碎石密度取1.5g/cm3,炸药密度约0.95-1.25g/cm3,这里取最小0.95g/cm3,泥浆密度取1.15g/cm3；
L1×ρ炸药+L2×ρ碎石≧ρ泥浆×(L1+L2)
令L1/L2＝a，既可根据a得出配重长度和所需PVC管长度。带入数据经计算a≦1.75。所以当a满足上述比例时，就达到了抗浮要求；
(10)药包就位和防护
药包加工到位后，在PVC管上部钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索，开始下药包，根据钻孔队提供的钻孔参数以及验收情况，确定药包装药底部深度N1，然后准备量测PVC管与绳索长度之和N2，使N1＝N2,将整个药包悬吊在准确位置上，误差控制在+10cm之内。药包就位后，用铁丝把绳索固定在套管壁上，使其不再自由移动；
药包固定就位后，就开始进行堵塞，严禁用铁器冲击炮孔内药包、雷管。套管内外均用碎石或沙土堵塞密实，防止套管突起和浆液喷出，地下爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体将泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，在陆地采取防护体系。
本发明提供了一种加固区外孤石的处理方法，在盾构掘进前，通过对加固区外掘进区域的孤石分布情况进行探测，根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法，结合实际工程情况，确定了旋挖钻机机械处理+爆破处理方法的具体工艺，确保盾构施工的安全顺利进行。
具体实施方式
一种加固区外孤石处理方法，包括如下步骤：
根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法。
在确定所述处理方法前，还包括加固区外孤石探测步骤，具体为：
加固区外孤石探测方案主要以密钻孔的方式进行；靠近始发端头加固区侧30m段采用3m×3m的间距布孔的方式进行，剩余60m采用5m×5m的布孔方式进行孤石探测；钻孔沿隧道中轴线布置，钻孔深度为隧道轮廓线下1m，根据钻孔揭露孤石情况在钻孔周边进行加密钻孔按照1m×1m的布孔方式探明孤石边界；
采用CT物探对加固区外90米进行孤石探测。根据施工平面孔位布置图进行钻孔验证，布孔原则按隧道中心线方向横纵从南往北30米3×3m和从南往北60米5×5m进行初步孤石孔位探测，钻孔深度为隧道底板下一米，并结合CT物探进行孤石探测；钻进过程中对发现基岩的钻孔周围行加密钻孔，以锁定孤石分部区域、摸清孤石边界为准，加密布孔原则为：从发现孤石钻孔位置向四周前后左右1×1m布置；钻机施工过程中现场专人盯控取芯、封孔情况防止后期冒浆。
进一步地，旋挖钻机机械处理方法具体为：
对侵入隧道掌子面范围内孤石或基岩突起，利用旋挖钻机研磨取出，处理后及时用M15砂浆进行回填。
(1)测量定位
根据地质钻机摸清孤石的边界条件、形状、岩面平整度进行合理的布置旋挖钻机钻孔位置；
(2)旋挖下钻
按照定位孔号，利用旋挖钻机将孤石上部的土体钻取孤石或基岩表面，钻孔过程中采用泥浆护壁的方式，根据不同的地质情况配置适宜的泥浆；钻进过程成保证钻进的垂直度不得大于1/300；
(3)旋挖钻机下钻钻取孤石
旋挖钻机钻取孤石时，保证钻进的垂直度，垂直度不得大于1/300，防止卡钻或者钻杆受力不均而断裂；
(4)旋挖钻机移位下钻
孤石、基岩突起钻至设计要求后，重复上述步骤，进行下一钻孔取石；
(5)回填
钻取孤石完成后，及时用M15砂浆进行回填。
旋挖钻机机械处理方法质量保证措施为：
(1)孤石探测准确，摸清其边界条件。
(2)保证泥浆质量，防止钻进过程中护壁效果不好，槽壁塌孔。
(3)垂直度控制，钻进过程中。
进一步地，爆破处理方法具体为：
对隧道范围内的大块孤石或基岩突起进行爆破，爆破后的石块最大粒径≤0.3m；
爆破参数设计具体为：
由于隧道埋深约13m～28m之间，故对需要爆破处理的孤石、基岩位于地表以下13m～28m之间；结合本工程的特殊性以及现场现有的设备和技术力量，采用地质钻机进行钻孔；
(1)钻孔直径
采用地质钻机进行钻孔，钻孔直径为89mm；
(2)钻孔形式
采用垂直钻孔方式，钻孔过程中采用泥浆护孔，必要时下钢套管；成孔后下75mm的PVC套管护孔，套管底部需安装堵头，PVC管上部需遮盖，防止杂物进去；
(3)火工器材选型
炸药装药直径为φ60mm，每4米一节；爆破的孔内采用雷管引爆，每孔装药深度3米以下采用2发雷管引爆、3-6米采用4发雷管引爆、超过6米采用5发雷管引爆；
(4)装药结构和网络起爆
爆破员应按如下程序操作：
①按设计要求加工起爆体和装填炸药；
②用测绳检查炸药是否到达设计位置，若未到达，应用炮棍压送到需要位置；
③装好炸药后用砂筒填塞炮孔上部；
④一次起爆的炮孔全部装好炸药后，联接起爆网路；
(5)单耗计算
根据瑞典经验方法，单位单耗量计算：
q＝q1+q2+q3+q4
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q2—爆破区上方水压增量，q2＝0.01h2，h2表水深；
q3—爆破区上方覆盖层的增量，q3＝0.02h3，h3表覆盖层厚度；
q4—岩石膨胀增量，q4＝0.03h，h代表梯段深度；
本工程，h2取21m，h3取21m，h取5m。
q＝q1+q2+q3+q4＝1.1+0.01*21+0.02*21+0.03*6＝1.91kg/m3
由于要求破碎的块度较小，根据类似工程经验，该单耗需再增加50％，即该工程炸药单耗为q＝1.91*(1+50％)＝2.87kg/m3。
(6)爆破参数表
(7)布孔形式
布孔形式采用梅花形或矩形；
单孔单体爆破时，装药孔设置在重心处，装药长度与岩石厚度相同；多孔单体爆破时，相邻两个炮孔其中一个钻至孤石底面，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药，其邻孔孔底距离孤石底面100mm，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药；为了便于施工，提高破碎效果，先爆破前排孔，然后利用前排孔爆破挤压周围土层产生的冲击力，再对后排孔进行逐个起爆；炮孔间排距均为0.8～1.2m；
(8)药包加工
炮孔验收合格后，对装药区设置警戒线，开始加工药包，首先要准备好PVC管，根据现场技术员值班提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好药包长度，将雷管和炸药装在PVC管中指定位置，由于孔内有泥浆，为了顺利装药，需要对药包进行配重；
(9)抗浮配重
由于炸药密度和泥浆的密度相近，会导致药包下放后无法下沉或下沉后在浮力作用下无法固定，故对药包进行抗浮配重，配重采用碎石，碎石密度取1.5g/cm3,炸药密度约0.95-1.25g/cm3，这里取最小0.95g/cm3，泥浆密度取1.15g/cm3；
L1×ρ炸药+L2×ρ碎石≧ρ泥浆×(L1+L2)
令L1/L2＝a，既可根据a得出配重长度和所需PVC管长度。带入数据经计算a≦1.75。所以当a满足上述比例时，就达到了抗浮要求；
(10)药包就位和防护
药包加工到位后，在PVC管上部钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索，开始下药包，根据钻孔队提供的钻孔参数以及验收情况，确定药包装药底部深度N1，然后准备量测PVC管与绳索长度之和N2，使N1＝N2,将整个药包悬吊在准确位置上，误差控制在+10cm之内。药包就位后，用铁丝把绳索固定在套管壁上，使其不再自由移动；
药包固定就位后，就开始进行堵塞，严禁用铁器冲击炮孔内药包、雷管。套管内外均用碎石或沙土堵塞密实，防止套管突起和浆液喷出，地下爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体将泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，在陆地采取防护体系。
本发明提供了一种加固区外孤石的处理方法，在盾构掘进前，通过对加固区外掘进区域的孤石分布情况进行探测，根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法，结合实际工程情况，确定了旋挖钻机机械处理+爆破处理方法的具体工艺，确保盾构施工的安全顺利进行。
Claims (4)
1.一种加固区外孤石处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据加固区外孤石、基岩突起段的大小、厚度、分布、强度，加固区外孤石主要采用旋挖钻机机械处理+爆破处理方法，对于粒径大于1米的孤石首选采用旋挖钻机取出的方法，若处理效果不好和工期长，则采用深孔控制爆破处理的方法。
2.一种加固区外孤石处理方法，其特征在于，在确定所述处理方法前，还包括加固区外孤石探测步骤，具体为：
加固区外孤石探测方案主要以密钻孔的方式进行；靠近始发端头加固区侧30m段采用3m×3m的间距布孔的方式进行，剩余60m采用5m×5m的布孔方式进行孤石探测；钻孔沿隧道中轴线布置，钻孔深度为隧道轮廓线下1m，根据钻孔揭露孤石情况在钻孔周边进行加密钻孔按照1m×1m的布孔方式探明孤石边界；
采用CT物探对加固区外90米进行孤石探测。根据施工平面孔位布置图进行钻孔验证，布孔原则按隧道中心线方向横纵从南往北30米3×3m和从南往北60米5×5m进行初步孤石孔位探测，钻孔深度为隧道底板下一米，并结合CT物探进行孤石探测；钻进过程中对发现基岩的钻孔周围行加密钻孔，以锁定孤石分部区域、摸清孤石边界为准，加密布孔原则为：从发现孤石钻孔位置向四周前后左右1×1m布置；钻机施工过程中现场专人盯控取芯、封孔情况防止后期冒浆。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，旋挖钻机机械处理方法具体为：
(1)测量定位
根据地质钻机摸清孤石的边界条件、形状、岩面平整度进行合理的布置旋挖钻机钻孔位置；
(2)旋挖下钻
按照定位孔号，利用旋挖钻机将孤石上部的土体钻取孤石或基岩表面，钻孔过程中采用泥浆护壁的方式，根据不同的地质情况配置适宜的泥浆；钻进过程成保证钻进的垂直度不得大于1/300；
(3)旋挖钻机下钻钻取孤石
旋挖钻机钻取孤石时，保证钻进的垂直度，垂直度不得大于1/300，防止卡钻或者钻杆受力不均而断裂；
(4)旋挖钻机移位下钻
孤石、基岩突起钻至设计要求后，重复上述步骤，进行下一钻孔取石；
(5)回填
钻取孤石完成后，及时用M15砂浆进行回填。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，爆破处理方法具体为：对隧道范围内的大块孤石或基岩突起进行爆破，爆破后的石块最大粒径≤0.3m；
爆破参数设计具体为：
由于隧道埋深约13m～28m之间，故对需要爆破处理的孤石、基岩位于地表以下13m～28m之间；结合本工程的特殊性以及现场现有的设备和技术力量，采用地质钻机进行钻孔；
(1)钻孔直径
采用地质钻机进行钻孔，钻孔直径为89mm；
(2)钻孔形式
采用垂直钻孔方式，钻孔过程中采用泥浆护孔，必要时下钢套管；成孔后下75mm的PVC套管护孔，套管底部需安装堵头，PVC管上部需遮盖，防止杂物进去；
(3)火工器材选型
炸药装药直径为φ60mm，每4米一节；爆破的孔内采用雷管引爆，每孔装药深度3米以下采用2发雷管引爆、3-6米采用4发雷管引爆、超过6米采用5发雷管引爆；
(4)装药结构和网络起爆
爆破员应按如下程序操作：
①按设计要求加工起爆体和装填炸药；
②用测绳检查炸药是否到达设计位置，若未到达，应用炮棍压送到需要位置；
③装好炸药后用砂筒填塞炮孔上部；
④一次起爆的炮孔全部装好炸药后，联接起爆网路；
(5)单耗计算
根据瑞典经验方法，单位单耗量计算：
q＝q1+q2+q3+q4
式中，q1为基本装药量，是一般陆地梯段爆破的2倍，对于水下垂直的孔，再增加10％，普通坚硬石头深孔爆破的单耗量为0.5kg/m3；
q2—爆破区上方水压增量，q2＝0.01h2，h2表水深；
q3—爆破区上方覆盖层的增量，q3＝0.02h3，h3表覆盖层厚度；
q4—岩石膨胀增量，q4＝0.03h，h代表梯段深度；
(6)爆破参数表
(7)布孔形式
布孔形式采用梅花形或矩形；
单孔单体爆破时，装药孔设置在重心处，装药长度与岩石厚度相同；多孔单体爆破时，相邻两个炮孔其中一个钻至孤石底面，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药，其邻孔孔底距离孤石底面100mm，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药；为了便于施工，提高破碎效果，先爆破前排孔，然后利用前排孔爆破挤压周围土层产生的冲击力，再对后排孔进行逐个起爆；炮孔间排距均为0.8～1.2m；
(8)药包加工
炮孔验收合格后，对装药区设置警戒线，开始加工药包，首先要准备好PVC管，根据现场技术员值班提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好药包长度，将雷管和炸药装在PVC管中指定位置，由于孔内有泥浆，为了顺利装药，需要对药包进行配重；
(9)抗浮配重
由于炸药密度和泥浆的密度相近，会导致药包下放后无法下沉或下沉后在浮力作用下无法固定，故对药包进行抗浮配重，配重采用碎石，碎石密度取1.5g/cm3,炸药密度约0.95-1.25g/cm3,这里取最小0.95g/cm3,泥浆密度取1.15g/cm3；
(10)药包就位和防护
药包加工到位后，在PVC管上部钻两孔，用铁丝绑定，上系绳索，开始下药包，根据钻孔队提供的钻孔参数以及验收情况，确定药包装药底部深度N1，然后准备量测PVC管与绳索长度之和N2，使N1＝N2,将整个药包悬吊在准确位置上，误差控制在+10cm之内。药包就位后，用铁丝把绳索固定在套管壁上，使其不再自由移动；
药包固定就位后，就开始进行堵塞，严禁用铁器冲击炮孔内药包、雷管。套管内外均用碎石或沙土堵塞密实，防止套管突起和浆液喷出，地下爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体将泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，在陆地采取防护体系。
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| CN201911328849.0A CN110952988A (zh) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 一种加固区外孤石处理方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114322690A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-12 | 广东中人集团建设有限公司 | 盾构地下基岩孤石爆破方法 |
| CN114739248A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-12 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种用于地下矿山破碎岩体中水平孔的装药方法 |
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2019
- 2019-12-20 CN CN201911328849.0A patent/CN110952988A/zh active Pending
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