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复合式TBM脱困爆破处理施工方案

【蔡家站～曹家湾站复合式TBM区间】右线复合式TBM脱困及相关施工方案中铁隧道集团有限公司重庆轨道交通六号线二期工程复合式TBM实验段项目部2011年03月01日

汇报纲要地质情况及地面环境1地面检测情况爆破设计依据施工方案整体策划施工概况爆破施工施工监测爆破设计优化施工通风及降尘措施爆破施工安全措施施工组织及进度计划初期支护爆破事故应急预案

工程概述一、工程概况重庆轨道交通六号线二期复合式TBM试验段曹蔡区间右线，采用中铁19号复合式TBM掘进。该TBM掘进至627环后，因推力逐渐增大、刀盘扭矩逐渐减小随开仓更换刀具。 2月12日更换刀具后，进行628环掘进，掘进开始后，掘进参数出现异常，推力不断增加（至3800t）、刀盘扭矩减小（至50bar）、盾尾铰接无法收回，开仓进行检查，发现前体切口环位置与周边岩面密贴，判断为复合式TBM前体被围岩卡死。 项目部采用再盾尾增加外力小油缸，加大推力的方式脱困，截止到2月24日累计向前推进至1330mm，推进速度缓慢且盾尾铰接被拉断，目前复合式TBM推力仍无法使复合式TBM正常掘进。为此项目部经研究决定采用爆破方法破除盾体上方围岩，使复合式TBM尽快脱困。

地质情况及地面环境目前右线复合式TBM刀盘里程为YDK42+493.826，本处隧道埋深11.5m，左右线隧道线间距13.1m。 根据地质勘探资料，结合土仓掌子面的围岩情况，洞身范围全断面为中风化砂岩（灰白色，细～中粒结构，中～厚层状结构，主要由石英，云母，长石等组成，钙质胶结，地面以下1.8米m上为强风化带，岩质较软，岩芯较完整，多呈短柱状，其下为中风化带，岩质较硬，岩芯较完整水工隧洞高速过流面混凝土外观缺陷处理施工工艺 - 计划，多呈短～中柱状，层底深度20.9m，分层厚度19.1m），隧道上方分布约0.5m的素填土地层（杂色，主要由砂、粘性土、素混凝土等组成，粗颗粒含量约20～30%，粒径以60～120mm为主，稍密，稍湿，堆填年限大于8年，层底深度0.5m，分层厚度0.5m），地质剖面图见图1。 地表建筑物为蔡家镇灯塔街一间机械加工厂的厂区内，刀盘位于一间三层的厂房内，复合式TBM位置平面布置如图2。 隧道洞身范围内砂岩抗压强度为42～44mpa，岩层的其他主要物理参数详见表1。二、地质情况及地面环境

地质情况及地面环境图1 曹蔡区间右线YDK42+493.826附近纵断面图

地质情况及地面环境中铁19号复合式TBM地表环境照片

地面监测情况图3 灯塔建筑物沉降监测布点图

施工方案整体策划5.1、爆破施工技术方案 根据地质剖面图，本次爆破地层主要为中风化砂岩，抗压强度为42～44Mpa，施工作业空间位于复合式TBM土仓内，作业空间狭小，爆破不能一次成型，只能分步进行。盾体上部岩石的清除施工拟分两个阶段进行，第一阶段在刀盘前方爆破开挖一个工作洞，为第二阶段清除复合式TBM前体上方岩体，见图4。五、施工方案整体策划

施工方案整体策划图4 复合式TBM上部围岩爆破清除示意图

爆破施工6.3、装药结构 炮眼直径为φ40mm，炮孔深度h控制在1.2m以内，采用不偶合及间隔装药，装药长度一般为孔深的1/3—1/2，雷管置于自上部算起装药全长的1/3—1/2处，炮孔堵塞长度不小于200mm炮泥封堵。 6.4、最小抵抗线W 最小抵抗线长度W=Kd 式中：W—最小抵抗线长度（取药包中心到自由面的最短距离）； d —钻孔最大直径，d=40mm K—岩石性质对抵抗线的影响系数，一般取15—30，坚硬岩石取大值，软弱岩石取小值。 根据本工程的地质条件，最小抵抗线W按爆破深度1.2、1.0、0.8米分别选用0.6、0.5、0.4米。

爆破施工6.11.3 刀盘前部断面扩挖 掏槽成功后，利用掏槽形成的临空面，由中间向两侧进行工作洞的扩挖，扩挖期间炮眼间距250～400mm，深1000～1100mm，装药量300～400g/孔，刀盘前部正向爆破开挖距离1.6m。 6.12、盾体周边爆破施工 利用第一阶段（刀盘前部）已开挖出的作业空间破除盾体上方岩体，为减小爆破对盾体造成损伤，距离复合式TBM外轮廓线上部预留400mm的保护层，并且保护层位置周边孔采用弱松动爆破处理方法。盾体上方围岩的清除按掏槽——扩大断面的顺序进行。 6.12.1 盾体周边掏槽爆破 掏槽采用多次楔型掏槽法，炮眼布置见图9示。 掏槽眼深600mm，装药量300g/孔。爆破后开口位置距盾体宽度1.7m,累计反向爆破长度约8m。

施工监测图10 中铁19号对应地面建筑物沉降监测布点图

施工监测7.1.3、监测控制标准 地表监测控制标准详见表3表3 中铁19号穿越建构筑变形特征及最大允许值列表注：(a)L指相邻柱基的中心距离，mm，H指自室外地面算起的建筑物高度，m； (b)倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。

施工监测（2）测点布置方法：传感器的固定良好十分重要。在被测振动量过大、传感器固定不好的情况下，传感器会产生水平方向的滑动或在垂直方向失去接触，从而造成波形失真，所测得的信号就不是被测质点运动的信号；即使是在振动量比较小的情况下，传感器固定不好也会使测得信号失真。工程监测中首先清理测点表面上的浮土，修平测点表面，然后采用石膏粉（加水搅拌）作为黏结剂将传感器牢固地粘贴在测点表面，以保证传感器可随基岩运动而运动，如图12所示。图12 各方向传感器的布置

施工监测7.3 右线监测相应位置的管片姿态、收敛及外观监测 为保证爆破施工不会对已施工完毕的管片造成影响，因此有必要对已施工完毕的管片进行姿态、收敛及外观监测。 爆破后管片姿态、收敛及外观应满足以下要求：表4 中铁19号627～600环隧道监测项目及控制允许值列表

初期支护8.1、支护参数设计 根据地质地质剖面图及开仓检查结果，本次计划爆破地层主要为中风化砂岩，围岩节裂隙理不发育，岩性较硬（抗压强度为42～44Mpa），围岩自稳能力较好。 如开挖后围岩较差，为避免岩体暴露时间过长，保证爆破开挖施工安全，对爆破开挖后的围岩计划采用素喷混凝土的方式予以支护,喷砼厚度为5cm。八、初期支护

初期支护8.1、支护参数设计 根据地质地质剖面图及开仓检查结果，本次计划爆破地层主要为中风化砂岩，围岩节裂隙理不发育，岩性较硬（抗压强度为42～44Mpa），围岩自稳能力较好。 如开挖后围岩较差，为避免岩体暴露时间过长，保证爆破开挖施工安全，对爆破开挖后的围岩计划采用素喷混凝土的方式予以支护,喷砼厚度为5cm。 8.2、素喷混凝土工艺流程及施工方法 1）施工顺序及工艺流程图：喷射施工前准备→受喷面清理→喷射机调试→混凝土搅拌→现场施喷→综合检查。八、初期支护

爆破后施工通风及降尘措施10.1、土仓内作业环境卫生标准 10.1.1 土仓内氧气含量按体积不小于20%； 10.1.2 噪声不能大于120Db； 10.1.3 土仓及隧道内有害气体浓度允许值：二氧化碳按体积不能大于5‰，氮氧化物为5mg/m3，甲烷（CH4）浓度不大于3‰，一氧化碳最高浓度30mg/ m3。 10.2、通风措施 10.2.1 采用压入式通风与抽风相结合的方式：待爆破结束后，使用TBM自带的保压系统、便携式鼓风机向土仓底部压入新鲜空气。在鼓风吹入的同时，将抽风机打开，以便将土仓内的有害气体通过土仓及人闸门尽快排出,通风时间不少于20分钟。 10.2.2 加强爆破期间对隧道通风设施的检查及维修，保证隧道内空气的新鲜。 10.3、降低粉尘措施 10.3.1 钻眼作业采取湿式凿岩技术； 10.3.2 凿岩机钻眼时，先送水，后送风，放炮后进行喷雾洒水，尽可能降低土仓内粉尘浓度。十、爆破后施工通风及降尘措施

爆破施工安全措施10）爆后执行现场检查制度SL 385-2007标准下载，爆破后通风30分钟后由专职安全员检查爆破现场，对仓内气体进行检测，发现不安全因素，及时彻底处理，以确保施工及人身安全。 11）火工品的使用实行循环领用制度，根据实际施工情况提前确定每一循环所需火工品数量，并报专职仓库保管员，以便统一数量、统一管理，满足爆破要求。 12）每次爆破前，由值班工程师负责通知监测组对地面及地面建筑物进行监测。 13）工作洞爆破时，必须对人仓口进行防护，对爆破面及复合式TBM刀盘用汽车胶轮胎（破开后用铁线相连成网状）或炮被进行覆盖。人闸口用木板封闭，严禁飞石飞出仓外。 14）严格按照爆破设计方案的参数进行爆破作业。钻眼深度、装药系数根据开挖岩层的软硬程度确定。

施工组织及进度计划本次爆破作业工人3班，每班作业工人9人，计划工期暂定10天。 具体施工进度详见如下： 1）第一阶段开挖及出渣（刀盘前部扩挖）： 计3天； 2）第二阶段开挖及出渣（护盾区域扩挖）： 计7天；十二、施工组织及进度计划十三、爆破事故应急预案在施工过程中需要经常进行钻孔—装药—爆破—通风—出渣的施工作业，施工作业面狭小、施工条件差，危险因素多。多年来，爆破作业伤亡事故时有发生，对社会影响较大，事故一经发生往往后果比较严重。为避免发生爆破伤亡事故，除加强监控管理外，制定严密的应急预案以备不时之需，危急时刻采取必要的措施才能有效的减少伤亡和财产损失。

爆破事故应急预案13.5、信息发布管理 项目部为各信息收集和发布的组织机构，对事故的处理、控制、进展、升级等情况按照项目部的安全生产应急救援预案的程序报有关单位、部门。 13.6、现场应急准备物资 A、木枋100×80mm 100根，长度2～4m； B、编制袋1000只； C、普通钢管φ48×3.5mm（含管卡）100根，8号铁线50 Kg； D、棉纱50Kg； E、木板厚5cm，长2～4m，宽30cm，不小于20块。 F、电气焊设备2套； G、干粉灭火器、消防水源; H、担架.

设备改造和后续施工措施根据现场的实际测量、爆破开挖情况以及刀盘的刀具布置，盾体被卡的主要原因为刀具磨损开挖直径变小（刀盘的开挖直径为6280mm，盾体最大直径为6250mm，边刀允许磨损量为15mm），本次检查边刀（44#刀具）磨损量为11mm，到开挖隧洞直径为6258mm，比盾体仅大4mm钢结构加固工程技术手册.pdf，在较长时间的停机的情况下（2月9日到2月12日共4天时间）地层收敛将盾体抱死。

设备改造和后续施工措施15.2恢复施工的措施 增加刀具检查频率 增加刀具的检查频率，同时增加对切口岩面间隙的测量，确保及时了解刀具磨损情况和开挖直径。 同时可以减少每次的换刀数量和换刀时间。 调整边滚刀磨损极限值 调整边滚刀磨损极限值从原有的15mm调整为12mm，在刀具磨损到局限的情况下，开挖直径还有近10mm的间隙防止，停机期间的地层收敛导致设备抱死。 加强对设备的各参数的监控加强对设备的各参数的监控，尤其是对推力、刀盘扭矩、铰接拉力等，分析盾体所受摩擦力的变化。

汇报完毕 谢谢大家