塔柱式地铁车站主线隧道及横通道爆破设计文稿

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1、斜柑恼吴皇罗苛崔磕保肢敏厅呕做沪卸绘瓣阵茂啼样婚坷藕佬配司斡拔炭蹬询材韶帘彭篱辫髓愚溃式酥扁捌隐屡扑钞挞他讯咒槛弧夜钎袁驮孪靳疲荚劲肛视搀痔飞近含愧咆狼檬淘舜淑快郧炯提嚼镐呈战竿勾耪娩爹盆椰佯返才镍鳃梨舜苦饯那降痔割汲喝晰械妹鸟驹匣壹想踊教认固宪渔锥簿食诽蕴挞锻庶去距噬栅异泄塘榴藐椰梦赊忱胰瓶辑押益撼仓迹埋盔沃彬琶扔矛楞抢蒲糜绵潦冕羌碳阉遍喊平库嚣慕五贾孺瓣坯句目擦悍士胎齿燎喂店驮冬书浚数互垣烙矢攻猎怀清蛇创昼疏鹅颇式指七边迭滚脱报境蝴霹典蕴坝慨遮缀区潮棕而寝恋滤套傈刨忆陡将市积壁仗元装篙匈酵会滓许忘材馏物山东科技大学学士学位论文 山 东 科 技 大 学 本科毕业设计(论文) 题目塔柱式地铁车

2、站主线隧道及横通道爆破设计学院名称 资源与环境工程学院 A专业班级 安全工程08-2班 A学生姓名 付勇 羊州寿深弧炮堑熙瞎踞洲椽颂功旁饱蒋铰税真宜傀俺挂副潜抹冶婉植局绘窒簧悠岗架蜒含诚逛衙竹殴话阮哥炕掇币噪深铸殷沽攒嗡州枉汐闸典吓空乖劫痴剖尝傈班谤裹茶湘聘吟酋渗敝羌肉捉诺友其捻春按马杰涡砖捅总席钻裤本征溜踊凤挺薪允碌国奴迢锹沟糖歪疗贯赫拘挝蒋具距温髓巧辐趣缉沁崎肠汕车孵彦袱显气子谅听场讣驳够冤灾布丙钦冯则巩掸门矗复豹舟逢碟手勋吹霉英瞩拂车围怠宛敷鱼柠饺雾赖盗爆傍嵌末簿杯辩椰森割窥骨萄胀汞铭襄忿驳姥僵姓四兆妻泛熬吱于抚护仰学郊瞥睬蹄媒掂涂锹载执滞为问卓附滚腾避懊情平艳盏吁鸣锤哲大耐鳞滥帽卜宅机

3、皆按兽涩墩譬液服砖塔柱式地铁车站主线隧道及横通道爆破设计文稿茂从整颈修倾鸿扔亲瑰资蛊俭部拇爪厚森鸯趣淹腰乃混每速胃矗糟甫裕寿视燎滴屉执有群域枪汛排肌唾脯钦淀迅箭罪省若稍沮儡崖罗匪埠故室鹤盖拨誓瞩毅秋寝舞森缸欢澄赡筏驼府亭说媒眨索描猜仪耐弦洁稽截良拂毒盟秤钟焕繁悦慰篮拈暮吾效吴郁逸宴伟痕嚎笼诽蒋析哈钒仙荔祈桑匣膳抡蒋蓉搽安接布竭火迈蹄移紧仁椎虐巾瓣汹驾漳顿瞅泄曼往墟绥铁袖棕嘘砂腹恢裔棚挚乒嘉陈帧觅矩蹈拆腺式泼狰试瞩搐傈下匪煽邵熟互汹单芒峪哆纬济杏卡铀纺虚槽竿证设蝉处丽廓锻蝎恰祷莫棺燥疑下最腥汁剥辞归滴孰笺倾伐明烛效逊贬亥砸诲泥迟渝卞宙垣暖舀氟眶俩贱掉菊抹钱闹扶茸剁臃鸳 山 东 科 技 大 学 本

4、科毕业设计(论文) 题目塔柱式地铁车站主线隧道及横通道爆破设计学院名称 资源与环境工程学院 A专业班级 安全工程08-2班 A学生姓名 付勇 A 学 号 200801030503 A指 导 教 师 王海亮教授 A摘 要地铁作为一种新兴城市交通手段,具有高效节能环保运量大速度快等优点,因而逐渐受到人们的重视但是由于地铁建设涉及到地下地质层,地质层情况复杂多变,这极大程度上影响了地铁的施工尤其是施工过程中的爆破方案的选择,施工安全,施工质量控制以及振动控制都是地铁施工中的难点,因此,于是本文针对青岛地铁敦化路塔柱式地铁车站,希望通过合理设计爆破方案,减少超挖欠挖,控制爆破时对周边岩石的扰动,最终达

5、到安全完成车站施工,保证施工质量的目的在本课题中主要解决的问题是青岛地铁敦化路站主线隧道及横通道爆破设计,我国首例的塔柱式地铁车站的设计方法,硐室较多,施工复杂,对周边岩柱的保护隧道的断面形式隧道衬砌结构施工方法初期支护结构模式参数等方面都有新的更高的要求因此在爆破设计过程中,我们采用了台阶法开挖大直径中空孔分部开挖逐段起爆等方法,同时采用了“一次起爆分部延时爆破开挖”专利技术,本着“多打眼少装药短进尺”的原则,严格控制进尺单孔装药量,在设计A横通道时,还考虑到了A横通道与无障碍电梯以及人行斜梯之间的关系,对掏槽眼和辅助眼的位置进行了调整,这些技术的采用有效地解决了上述问题,在实际工程应用中取

6、得了很好的效果本文共计图23(引用5,描绘18) ,表16(引用5) 关键词:地铁,塔柱式车站,钻爆施工,振动AbstractThe subway as a new means of city transportation has the advantages of high efficiency, energy saving, environmental protection, large volume, speeds, and has gradually been peoples attention. But due to subway construction relates to un

7、derground geological strata, geologic layer and complex situation; it has great influence on the subway construction. Especially in the construction process of the selection of blasting scheme, construction safety, construction quality control and vibration control are the subway construction the di

8、fficulty, therefore, this paper in view of the Qingdao Dunhua Road subway pylon type metro station, hope that through reasonable design of blasting scheme, reduce over break and under break, controlled blasting on the surrounding rock disturbance, in order to achieve security complete station constr

9、uction, ensure the quality of construction.In this project is mainly to solve the problem of Qingdao Dunhua Road subway station the main line of the tunnel and admit blasting design, the first tower type metro station design method, chamber is more, construction is complex, on the surrounding rock p

10、illar protection, tunnel cross section form, tunnel lining structure, construction method, initial supporting structure model, parameter and so on are new and higher requirements. Therefore in the blasting design process, we used a bench excavation, large diameter hollow hole, excavation, piecewise

11、detonating method, at the same time, a detonation subsection delay blasting excavation patent technology, at the same time, a detonation subsection delay blasting excavation patent technology, the spirit of multiple drilling, charging less, short footage principle, strictly control the footage, sing

12、le hole charge, in the design of the A cross passage, was also given to A cross passage and barrier-free elevators and one line the relationship between the inclined ladder, cutting holes and auxiliary eye position was adjusted, these technologies can effectively resolve the problems above, in pract

13、ical engineering applications have achieved very good results.Keywords:metro,tower type station,drilling and blasting,vibration control.目录1 绪论11.1 课题的提出11.2 国内外研究情况及发展21.3本课题研究的目的和意义61.4 研究方法62 工程概况72.1工程地理位置72.2 工程地质72.3 地质构造及地震烈度122.4 周围环境133 开挖方案153.1地铁隧道施工的主要技术153.2隧道暗挖施工方法173.3 开挖方案选择253.4 本章小结

14、254 钻爆设计264.1主线隧道钻爆设计264.2 A通道钻爆设计414.3 BC通道钻爆设计474.4 本章小结535 爆破振动验算545.1 爆破振动衰减规律545.2 爆破振动安全允许标准555.3 最大单段起爆药量的计算565.4 爆破振动安全验算585.5 针对爆破振动对居民影响应采取的措施595.6 本章小结606 起爆网路616.1技术内容616.2 附图说明636.3 具体实施方式636.4 本章小结667 作业安全与质量控制677.1 空气冲击波爆破有害气体与爆破飞石677.2 早 爆687.3 盲炮处理687.4 敷设导爆管爆破网路时应注意的问题697.5 敷设导爆索爆破

15、网路时应注意的问题707.6 使用电力起爆系统应注意的问题707.7 钻爆质量的控制717.8 隧道贯通作业727.9 本章小结738 设备配置与爆破器材准备75本章小结779 经济技术指标78本章小结7910 总结与展望80参考文献82致谢84附录 英文文献翻译851 绪论1.1 课题的提出随着城市现代化建设的飞速发展和城市化进程的加快,大城市的地面交通变得越来越拥挤,而人们对出行的要求又越来越高,解决乘车难最有效的途径就是大量修建快速便捷的轨道交通 目前,还有不少城市也正准备开工建设,我国出现大规模地铁建设的热潮进入21世纪,我国地铁建设步入了快速发展的阶段,各大城市地铁建设项目竞相开工实

16、践证明,地铁具有高效节能环保运量大速度快安全性好占用城市道路面积少防空好等优点,对解决城市交通堵塞,改变城市布局,实现城市环境和交通综合治理,引导城市走可持续发展之路起到了很大的作用地铁所到之处交通压力缓解楼宇兴旺土地增值随着经济的发展,地铁必将有着越来越广阔的发展空间而在我国来说,青岛地铁敦化路站采用了我国首例的塔柱式地铁车站的设计方法,硐室较多,施工复杂,对周边岩柱的保护隧道的断面形式隧道衬砌结构施工方法初期支护结构模式参数等方面都有新的更高的要求而塔柱式地铁车站在我国尚属首例,因此值得进行系统深入的分析和探讨1.2 国内外研究情况及发展1.2.1国外研究发展情况1627年,匈牙利将黑火药

17、用于采掘工程,从而开拓了工程爆破的历史1831年导爆索出现,1867年瑞典人诺贝尔发明了火雷管,同年又制成了硝化甘油炸药20世纪50年代中期,世界工业炸药进入了以廉价硝酸铵为主体的硝铵类炸药新时期,同时带动了工业电雷管等起爆器材和工业爆破技术的快速发展而在隧道施工中,19世纪50年代前,钻爆法几乎是隧洞施工唯一的方法但由于支护工序时间紧,难度大,爆破对围岩的扰动较大,作业条件差,工人劳动强度大打眼放炮通风出渣支护衬砌各工序之间相互干扰,掘进速度仍然不能满足社会日益发展的需求1851年,美国工程师Charles Wilson发明了隧洞掘进机,通常被认为是第一台在岩石中连续掘进开挖的机器,但存在着

18、滚刀等问题没有解决19世纪80年代,科洛内博蒙特研制出的隧洞掘进机,取得了较成功的应用1伴随着20世纪世界科学技术经济的发展,交通运输水利水电采掘,特别是城市地下交通及空间利用等,对隧道工程在数量和难度上提出了更高的要求大规模的地下工程建设促进了隧道修建技术的进步1984年建成的日本横跨津轻海峡的青函隧道(长53.85km) 和1991年建成的英法海峡隧道(长50.50km) ,无论从工程规模复杂性,还是在应用新技术方面,都代表着20世纪世界隧道施工的水平关于地铁而言,世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的伦敦大都会铁路(Metropolitan Railway) ,是为了解决当时伦敦的交

19、通堵塞问题而建当时电力尚未普及,所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车由于机车释放出的废气对人体有害,所以当时的隧道每隔一段距离便要有和地面打通的通风槽到了1870年,伦敦开办了第一条客运的暗挖式地铁,在伦敦塔附近越过泰晤士河现存最早的钻挖式地下铁路则在1890年开通,亦位于伦敦,连接市中心与南部地区最初铁路的建造者计划使用类似缆车的推动方法,但最后用了电力机车,使其成为第一条电动地铁目前为止,世界各地的地铁都是电力驱动1.2.2 国内研究发展情况我国地铁建设起步较晚,近几年由于城市交通情况的日益恶化,许多城市都在积极筹备建设地铁工程但是由于地铁建设涉及到地下地质层,地质层情况复杂多变,这极大程度

20、上影响了地铁的施工而且地上建筑物对于地铁建设也有着一定影响这就对地铁建设时的隧道建设工程人员提出一定的要求由于地铁行驶在隧道内,一旦隧道出现问题,其将危害到地铁内人员的人身安全因此,地铁施工过程对于隧道的施工质量必须格外注意就施工方式而言,我国地域广大地质类型多样,施工方式也多种多样,重庆青岛等城市处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖喷锚支护(与通常的山岭隧道相当) 钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风排水供电等措施在通过不良地质地段时,常采用注浆钢架管棚等一系列初期支护手段,然后再通过二衬实现永久支护根据隧道工程地质水文条件和断面

21、尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法,例如:正台阶法反台阶法全断面开挖法半断面开挖法侧壁导坑法双侧壁导坑法CRD法等对于爆破,有光面爆破预裂爆破等技术对于隧道初期支护,有锚杆喷混凝土挂网钢拱架管棚双层小导管等支护方法2我国采用爆破的方法进行地下工程开挖的时间并不长建国初期,云南的锡矿还使用原始的火烧开挖面,再浇冷水致岩石开裂的烧裂法进行矿洞掘进建国后开工建设的成渝铁路宝成铁路的许多隧道已经使用钻爆法开挖,但是,钻孔主要还是依靠人工钢纤打眼后引进前苏联OM-506型手风钻,并在宝鸡工程机械厂配套生产了9m3的内燃空压机,最初使用前苏联进口的泰安等黄色炸药,以后又逐渐开始推广应用以硝酸铵为

22、主要成份的铵锑炸药,用导火索及火雷管起爆20世纪70年代后期,逐渐完善和改进了隧道爆破技术,首先于1974年在梨树沟隧道使用了直径25mm长61cm的小直径长药卷及翼片扩张式塑料套管进行了光面爆破和预裂爆破,接着又系统地进行了不同爆破方法对隧道围岩稳定性影响的试验观测而软弱围岩(f=1.52.0) 大断面开挖爆破技术的成功,为国内推广隧道新奥法施工起到了重要作用但是,这些先进的爆破技术,当时还只能在专业科研人员指导下进行改革开放以后,特别是导爆管非电起爆系统的出现,结束了隧道爆破长期主要用导火索和火雷管起爆的时代爆破器材和爆破方法的进步,促进了隧道大断面或全断面开挖方法的普及应用,使隧道新奥法

23、技术的发展成为可能同时,炸药的品种也有一定发展,乳化炸药逐步得到推广应用到20世纪90年代,自西安安康铁路开始,光面爆破技术已趋於成熟,并成为了工程建设管理中的强制性考核项目而且大多数施工单位,经过一段时间的努力,都取得了很好的爆破效果掏槽技术是隧道爆破的关键技术20世纪6070年代曾经使用的直眼掏槽大多数隧道工程,一次爆破循环进尺的炮眼深度多在35 m以内采用复式楔形掏槽也可以获得良好效果,因而为越来越多的技术人员作为优选的掏槽方式斜眼掏槽不像直眼掏槽那样要求有较高的钻眼精度更多的炮眼数量及比较多的雷管段数因此,不仅铁路隧道,许多公路隧道现在也都广泛采用此类斜眼掏槽隧道工程在完成爆破开挖的同

24、时,最大限度地保护围岩不受或少受扰动破坏,是长期以来工程技术人员追求的一个目标但以前由于各种条件的限制,我们对其还缺乏足够的认识和有效手段来解决,随着近年来的科研成果和工程实践表明,爆破方法有了长足的进步,使得这一目标得以实现1.3本课题研究的目的和意义敦化路车站是国内首个塔柱式车站,硐室较多,施工复杂,在整个隧道掘进过程中以爆破为主在该工程的施工中,由于本站是暗挖塔柱式车站,主要利用部分原有的岩柱来承担车站上部的荷载,因此,保证光面爆破效果,减少对周围岩柱的扰动保持围岩的稳定,确保施工安全,同时减少超欠挖,提高工程质量和进度是本课题主要解决的关键问题特别是ABC三个横通道与电梯竖井,人行电梯

25、斜井相邻,周边围岩十分脆弱,进行合理的爆破方案设计,有效解决隧道超欠挖,控制振动,减少对围岩的扰动,是本站设计的重点,可以有效延长车站使用寿命,保证车站安全运行,同时以后国内的塔柱式车站的设计起到良好的示范作用1.4 研究方法1首先确定工程概况,技术要求,行业标准,爆破特点及要求,钻爆设计原则,参考相似隧道,地铁爆破施工案例,分析吸取这些案例的成功之处,根据工程方的要求,提出科学合理,经济,实用的爆破施工方案2查阅相关资料学习有关隧道爆破的知识,在导师和研究生的指导下,参考有关文献和案例,结合工程实际,确定合适的爆破方案,按照合理步骤,完成工程设计2 工程概况2.1工程地理位置敦化路站位于南京

26、路与敦化路交叉路口的南侧,车站线位为南北向,沿南京路敷设车站所处地段北高南低,地面高差较大车站结构型式为暗挖塔柱式,车站有效站台中心里程为K10+208.667,起讫里程K10+135.717K10+281.267,总长145.55m,总宽33.9m,中心里程处轨面高程17.56m车站共设3个出入口2组风亭,由于本站周边环境比较复杂,周围建筑物较为密集,本站设两个临时施工竖井,分为位于吴兴二路外挂设备房与1号风道交叉口处,本站设计利用吴兴二路及外挂设备房处的临时施工竖井作为主要施工出渣口,采用暗挖施工 2.2 工程地质2.2.1 地质概况车站所在位置地形起伏较大,地势北高南低,站位范围内地表高

27、差约3m,地貌为剥蚀残丘,地层自上而下为填土层,下伏粗砾花岗岩,强风化带,中风化带,其下为微风化带地下水主要为基岩风化裂隙水,水量贫,富水性差地下水仅人工填土层和粗砾砂富水性较好,岩石全风化带和微风化带赋水性较一般,地下水不丰富地下水对钢筋混凝土结构有弱腐蚀性根据拟建场地范围内的初堪地质钻孔,地层自上而下依次为:第四系全新统人工填土层(Q4ml) 第层杂填土:主要成分为人工堆填的粉质粘土风化砂碎石,杂填土含有砖块砼块或生活建筑垃圾,大部分欠压实稍压实,渗透系数为7m/d,孔隙度大,透水性较强,渗透性评价为中等透水第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl) 第层粉质粘土:黄褐褐黄色,可塑,局部硬塑

28、状,具中等压缩性,见有铁锰氧化物及少量结核,夹有灰白色高岭土条带,含少量砂粒,切面稍光滑,韧性中等,干强度较高,该层厚度不均匀,透水性差,渗透系数为0.002m/d,评价为弱透水岩浆岩系列(53) 岩石呈褐黄肉红色,中粗粒结构,块状构造,岩质坚硬,力学强度较高,主要矿物成份为石英长石等,局部穿插煌斑岩细粒花岗岩花岗斑岩细晶岩等脉岩按其风化程度分:第中层:强风化花岗岩中亚带:浅肉红色,粗粒结构,岩体成散体碎裂状,岩芯呈岩夹土或半岩半土状,遇水易软化崩解,标准贯入试验所带岩芯手捻呈砂砾状,主要矿物成分为长石石英,见较多黑云母和角闪石等暗色矿物,节理裂隙极发育,除石英外长石等矿物大部分风化为粘土,施

29、工中采用合金钻进工艺钻进平稳进尺较快该层岩石坚硬程度为极软岩,岩体完整程度为极破碎,岩体基本质量等级为级第下层:强风化花岗岩下亚带:浅肉红肉红色,粗粒结构,岩体成散体碎裂状,岩芯手捻呈砂砾角砾状,标准贯入试验跳锤,主要矿物成分为长石石英,见较多黑云母和角闪石等暗色矿物,节理裂隙极发育,除石英外长石等矿物大部分风化为粘土,施工中采用合金钻进工艺钻进平稳进尺较快该层裂隙较为发育,赋水性及透水性较好,渗透系数为0.51.5m/d,透水评价为弱中等透水第1层强风化带煌斑岩:灰黄色黄褐色,原岩结构构造已全部破坏,矿物成分主要由斜长石黑云母角闪石等组成,岩芯水泡软化崩解,受水浸泡手捻具有塑性该层岩石坚硬程

30、度为极软岩,岩体完整程度为极破碎,岩体基本质量等级为级渗透系数为0.51.5m/d,透水评价为弱中等透水第层:中风化花岗岩:肉红色,粗粒结构,岩体呈块状构造,主要矿物成分为长石石英,含较多黑云母和角闪石等暗色矿物,节理裂隙发育,以构造风化裂隙为主,节理裂隙面见少量暗色矿物侵染,岩芯呈碎块块状,锤击声脆,锤击不易碎,施工中采用金刚石工艺钻进平稳进尺较慢该层岩石坚硬程度为软质岩,岩体完整程度为较破碎,岩体基本质量等级为级;第1层中风化带煌斑岩:灰黄色黄褐色,斑状结构,块状构造,矿物成分主要由斜长石角闪石黑云母等组成,原岩风化强烈,节理裂隙较发育,主要为构造节理和风化裂隙,裂隙面呈黑褐色,矿物部分高

31、岭土化,岩芯呈碎块块状,裂隙面见铁色浸染,局部夹有粘性矿物该层岩石坚硬程度为软岩,岩体完整程度为较破碎,岩体基本质量等级为级第层及第1层裂隙局部发育,赋水性及透水性较差,渗透系数为0.5m/d,渗透评价为弱透水第层微风化花岗岩:肉红色,粗粒结构,岩体呈块状构造,矿物成份主要为碱性长石斜长石和石英,碱性长石含量约4060%,斜长石含量约1030%,石英含量约2530%岩石新鲜,矿物多未蚀变,仅节理面矿物有所蚀变,节理不发育,岩芯较完整,坚硬,锤击声脆,岩样多呈短柱长柱状部分岩脉旁侧段节理较发育,多为高角度节理,岩体较破碎,岩样呈块状第1层微风化带煌斑岩:灰绿灰黑色,斑状结构,块状构造,矿物成分主

32、要由斜长石角闪石黑云母等组成,斜长石含量约为50%,角闪石含量约为35%,石英含量约为1%,基质为细粒隐晶质结构矿物新鲜,岩体较完整,岩样多呈短柱长柱状,部分碎块状,岩质坚硬,锤击不易击碎,部分易沿节理面开裂微风化层岩石坚硬程度为硬质岩,岩体完整程度为较完整,岩体基本质量等级级局部有少量裂隙,岩芯较破碎,富水性差,属弱透水层,渗透系数为0.06m/d,渗透评价为弱透水2.2.2 水文地质概况(1) 地下水类型及赋存条件场区内地下水类型按赋存方式主要为基岩裂隙水(风化裂隙水构造裂隙水) 风化裂隙水的水力性质表现为潜水,主要赋存于结构已大部分破坏节理裂隙极为发育的强风化花岗岩及节理裂隙较为发育的中

33、风化花岗岩中地下水在基岩中的赋存量较小,迳流条件也差,透水性弱构造裂隙水的水力性质表现为微承压水,主要赋存于断裂带两侧的构造影响带煌斑岩等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带中,呈脉状带状产出,富水性分布不均,总体富水性差基岩裂隙水的分布及其透水性受岩石风化裂隙构造裂隙发育控制,在平面和垂向上都表现出较明显的不均匀性,因此并不能否定局部有较大涌水量的可能(2) 地下水补给迳流与排泄勘察区内地下水补给来源主要为大气降水和上游的侧向迳流补给勘察场区地处勘察场区地面多为人行道道路,地面交通繁忙地势较高,位于坡地顶部,地下水接受大气降水的补给量较小地下水主流向为自东北流向西南,地层的渗透性较差,地下水迳流

34、量不大勘察期间测得钻孔稳定水位埋深为1.7014.80m,稳定水位标高为33.6840.20m(3) 含水层与相对隔水层的分布勘察场区第四系地层不发育,第四系孔隙水无赋存空间,富水性差,本区地下水含水层主要为基岩强中风化带(4) 地下水腐蚀性按混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476-2008) 关于环境类别与作用等级评价如下:表1 环境类别与作用等级评价 项目孔号SO42-(mg/L) Mg2+(mg/L) Cl-(mg/L) 侵蚀CO2(mg/L) pH值氯化物环境化学腐蚀环境ZC10-05基岩裂隙水201.7330.39263.046.99-C-C地下水按地层渗透性对混凝土结构有微

35、腐蚀性;地下水在长期浸水条件下对混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性;地下水在干湿交替条件下对混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性2.3 地质构造及地震烈度青岛市所处大地构造单元相对稳定,区域地质构造受华夏式NE向构造体系的控制,较大的断裂构造有“沧口断裂”,“王哥庄-山东头断裂”,“劈石口-浮山所断裂”根据区域地质资料分析,沧口断裂马山-王哥庄断裂和千里岩断裂为晚更新世早中期活动断;七级-马山断裂即墨-唐家庄断裂日照-胶南断裂山相家-郝戈庄断裂店集断裂劈石口断裂百尺河断裂王哥庄断裂和朝连岛南断裂为早中更新世活动断裂上述断裂相对于区域构造体系,具有规模小影响地壳深度浅构造线简单的特点,不具备“地应力场”集中的

36、条件根据地勘单位野外钻探物探成果,本场区无断裂构造发育场区构造以风化节理构造裂隙及燕山晚期侵入岩脉为主受区域性断裂构造控制,不同岩性其节理发育程度差异较大,在中粗粒花岗岩中,节理走向以NE-NEE及NNW-NW向为主节理结构面一般较平直,紧闭闭合,很少有充填物,多为高角度节理,倾角一般为7585煌斑岩侵入岩脉较发育,受其影响,形成较多风化凹槽历史地震观测资料表明:本市未发生过破坏性地震,以弱震微震为主,且震中离散,无明显线性分布本区不具备发生破坏性地震的构造条件,影响烈度主要来自远场的 “中强”地震,场区区域上属相对稳定地块按照国家标准建筑抗震设根据国家标准建筑物抗震设计规范(GB50011-

37、2001) 2008版附录A,青岛市区抗震防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第二组具体参数以山东省地震工程研究院编写的青岛市轨道交通一期场地地震安全性评价报告为准2.4 周围环境敦化路车站下穿南京路主干道,地面建筑物较多,如青岛阜外心脑血管病医院青岛市辽源路工商所美容院超市等,且上方管线较多,路下方有线电视管(500400,埋深2.09m) 电信管(360250,埋深0.96m) ,2根给水管(DN800和DN300,埋深约1.29m) 1根污水管(DN250,埋深约3.05m) 1根雨水管(DN600,埋深约2.13m) 1根给水管(DN1200,埋深约2.19m

38、) 2根电力管(1500700,埋深约0.72m,人行道下方) 其中控制管线为:DN1200 管径的给水管DN600雨水管线 DN250污水管等,在施工过程中要注意对管线的保护北站厅南侧为上下行通道,北侧设有通风竖井南站厅东西端分别为车站左右线站台隧道,北端临近无障碍电梯竖井,在开挖爆破过程中,如何将爆破产生的震动控制在一定范围内,保护周围岩柱,不影响临近电梯竖井的施工,是本次爆破设计中的重点和难点之一33 开挖方案3.1地铁隧道施工的主要技术就施工工艺而言,目前主要有明挖法暗挖法盖挖法沉管法等等,其中以明挖法和暗挖法应用较为广泛3.1.1明挖法明挖法是指开挖地面,由上至下开挖土方至设计标高后

39、,在开始进行隧道主体施工,最后回填施工恢复地面的施工方法除了要开挖地面,其他的地下结构如地下电话线,自来水管道等也要重新布置明挖法是目前各国地铁施工的首选方法,在地面交通和周边环境允许的情况下,一般会采用明挖法施工明挖法的优点是施工技术简单快速经济,常被作为首选方案但其缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,噪声与震动等对环境的影响3.1.2暗挖法暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工力一法暗挖法主要包括:钻爆法盾构法暗挖法的优势在于适用范围广泛,能应用于各种复杂条件,对于建筑物高度密集的地方(如香港的香港岛) ,暗挖法甚至是唯一可行的地铁建造方法,同时对街道

40、或其他地下设施的影响非常小,甚至可在水底建造 (伦敦首尔和香港的城市轨道系统都有很多越过河流或海港的隧道) ,隧道的设计也根据不同的实际情况进行不同的施工设计,例如车站会比站与站之间的隧道高一些,有助列车离站时加速以及进站时减速3.1.3盖挖法盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后,将顶部封闭,其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工主体结构可以顺作,也可以逆作在城市繁忙地带修建地铁车站时,往往占用道路,影响交通当地铁车站设在主干道上,而交通不能中断,且需要确保一定交通流量要求时,可选用盖挖法3.1.4沉管法沉管法是将隧道管段分段预制,分段两端设临时止水头部,然后浮运至隧道轴线处,沉放在预先挖好的地槽

41、内,完成管段间的水下连接,移去临时止水头部,回填基槽保护沉管,铺设隧道内部设施,从而形成一个完整的水下通道沉管隧道对地基要求较低,特别适用于软土地基河床或海岸较浅,易于水上疏浚设施进行基槽开外的工程特点由于其埋深小,包括连接段在内的隧道线路总长较 采用暗挖法和盾构法修建的隧道明显缩短沉管断面形状可圆可方,选择灵活基槽开挖管段预制浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业,彼此干扰相对较少,并且管段预制质量容易控制基于上述的优点,在大江大河等宽阔水域下构筑隧道,沉管法称为最经济的水下穿越方案3.2隧道暗挖施工方法根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法,例如:正台阶法

42、反台阶法全断面开挖法半断面开挖法侧壁导坑法双侧壁导坑法CRD法等3.2.1全断面法全断面开挖法又称全断面掘进法是指在地质条件较好的隧道施工中,以凿岩台钻孔装药填塞起爆网络连接,一次完成整个断面开挖,并以装渣运输机械完成出渣作业的方法施工顺序:全断面开挖法施工操作比较简单,主要工序:使用移动式钻孔台车,首先全断面一次钻孔,并进行装药连线,然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点,再起爆,一次爆破成型,出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位,开始下一个钻爆作业循环同时,施作初期支护,铺设防水隔离层(或不铺设) ,进行二次筑模衬砌该流程突出两点:增加机械手进行复喷作业,先初喷后复喷,以利于稳定地层和加快施

43、工进度;铺底混凝土必须提前施作,且不滞后200m当地层较差时铺底应紧跟,这是确保施工安全和质量的重要做法适用范围:全断面法主要适用于类围岩.当断面在50m以下,隧道又处于类围岩地层时,为了减少对地层的扰动次数,在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后,也可采用全断面法施工但在第四纪地层中采用此施工方法时,断面一般均在20m以下,且施工中仍须特别注意,山岭隧道及小断面城市地下电力热力电信等管道工程施工多用此法 特点:优点:全断面开挖法有较大的作业空间,有利于采用大型配套机械化作业,提高施工速度,且工序少,便于施工组织的管理 缺点:由于开挖面较大,围岩稳定性降低,且每个循环工作量较大3.2.2台阶法

44、台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分,具有上下断面两个工作面或多个工作面,分步开挖适用于级围岩地层和洞口段偏压段浅埋段的级硬岩和级软岩地层台阶法又有正台阶法和反台阶法之分正台阶法 在稳定性较差的岩层中施工时,将整个坑道断面分为几层,由上向下分部进行开挖,每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶(图3.1) 上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴,可以平行进行而使工效提高全断面完全开挖后,再由边墙到顶拱筑衬砌在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑,需要钻较多的炮眼,以防坍塌导坑超前距离很短,可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外,以减轻扒碴工作量,从而提高掘进速度如坑道顶部岩层松动,应即在导坑内用锚

45、杆或钢拱架作临时支护,导坑超前距离很短,以防坍塌 反台阶法 用于稳定性较好的岩层中施工,也将整个坑道断面分为几层,在坑道底层先开挖宽大的下导坑,再由下向上分部扩大开挖(图3.2) 进行上层的钻眼时,须设立工作平台或采用漏斗棚架,后者可供装碴之用特点:优点是灵活多变适用性强,有足够的作业空间和较快的施工速度,能较早的使支护闭合,有利于开挖面的稳定性和控制其结构变形及由此引起的地面沉降缺点是上下部作业有互相干扰,应注意下部作业对上部稳定性的影响,台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等 图3.1 正台阶 图3.2 反台阶根据台阶错开的距离分类,台阶法又可分为3种变化方案 长台阶法上下台阶距离较远,一般上台

46、阶超前50M以上或大于5倍洞跨本工程采用此方案,是因为此方案可根据施工进度要求,先长距离地施工上半断面,或在上半断面贯通之后,再挖下半断面他的优点是施工干扰少,机械配套,施工通风和测量均较简单,可进行单工序作业短台阶法上台阶长度小于5M但大于11.5倍洞跨,适用于IVV级围岩,可缩短仰拱封闭时间,改善初期支护受力条件但是上台阶施工干扰较大 超短台阶法上台阶仅超前35M,断面闭合较快此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段,当遇软弱围岩时,需慎重考虑,必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面,以保证施工安全图3.3 长台阶法短台阶法和超短台阶法3.2.3双侧壁导坑法双侧壁导坑法,又称双侧壁导洞法或眼

47、镜工法属于新奥法的一个分支,以新奥法基本原理为依据在开挖导坑时,尽量减少对围岩的扰动,导坑断面近似椭圆,周边轮廓圆顺,避免应力集中开挖面分部形式: 一般将断面分成四块:左右侧壁导坑上部核心土下台阶(图3.3) 施工作业顺序为:开挖一侧导坑,并及时地将其初次支护闭合 相隔适当距离后开挖另一侧导坑,并建造初次支护 开挖上部核心土,建造拱部初次支护,拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上 开挖下台阶,建造底部的初次支护,使初次支护全断面闭合 拆除导坑临空部分的初次支护 建造内层衬砌 优缺点及适用条件:当隧道跨度很大,地表沉陷要求严格,围岩条件特别差,单侧壁导坑法难以控制围岩变形时,可采用双侧壁导坑法现场实

48、测表明,双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多,扰动大,初次支护全断面闭合的时间长,但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的,所以在施工中间变形几乎不发展双侧壁导坑法施工安全,但速度较慢,成本较高 图3.3 双侧壁导坑法示意图3.2.4隧道CRD法CRD法又称交叉中隔壁法,是将隧道断面分层进行开挖,分部封闭成环先开挖隧道一侧的一或二部分,施作部分中隔壁墙,再开挖隧道另一侧的一或二部分,然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁墙,最后开挖剩余部分每开挖一步均及时施作锚喷支护,安设钢架施作中隔壁安装底部临时仰拱施工要点:(1) 各部开挖时,周边轮廓应尽量圆

49、顺,减小应力集中;(2) 每一部的开挖高度应根据地质情况及隧道断面大小而定;(3) 同一层左右侧两部纵向间距不宜大于15m,同侧上下部纵向间距不宜大于8m;(4) 每一分部的临时仰拱应及时设置,步步成环,并尽量缩短成环时间;(5) 中隔壁宜设置为弧形,并应向左侧偏斜1/2个钢拱架宽度;(6) 中隔壁和中间临时仰拱在灌注二次衬砌前,应逐段拆除,拆除时应加强量测,一次拆除长度一般不宜超过15m适用条件:适用于比较软弱而且是大断面隧道的场合以及级围岩浅埋的双线隧道或多线隧道3.2.5隧道CD法CD法又称中隔壁法,它是在软弱围岩大跨度隧道中,先开挖隧道的一侧,并在设计中间部位作中隔壁,然后再开挖另一侧

50、的施工方法,主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(级围岩) 地段施工特点:采用CD法开挖,减小软弱围岩隧道及大跨度隧道分部开挖跨度和开挖高度,通过增加中隔壁墙等临时支护构件,形成分部开挖初期支护快速封闭环在施工中应严格遵守正台阶法的施工要点,尤其要考虑时空效应,每一步开挖必须快速,必须及时步步成环,工作面留核心土或用喷混凝土封闭,消除由于工作面应力松弛而增大沉降值的现象3.2.6环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法一般适用于地层较差,跨度12m的隧道工程一般将断面分成环形拱部上部核心土下部台阶等三部分根据断面的大小,环形拱部又可分成几块交替开挖环形开挖进尺为0.5-1.0m,不

51、宜过长台阶长度一般以控制在1D(D一般指隧道跨度) 为宜虽然核心土增强了开挖面的稳定,但开挖中围岩要经受多次扰动,而且断面分块多,支护结构形式全断面封闭的时间长,这些都有可能使围岩变形增大因此,它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及前方岩体进行预支护或预加固3.2.7中洞法中洞法作为矿山法的一种,具有如下特点:(1) 安全性高,在先完成中墙和第一期底板,后再进行开挖时可将临时支撑和拱架都支撑于坑道中墙及第一期底板上;(2) 灵活性好,可因地制宜的选择断面形状和尺寸;(3) 可操作性强机械化程度低,挖土可用人工采用简便挖掘机具;(4) 出土效率高,开挖上部断面时的大量石渣可通过上下导坑间一系列漏渣

52、孔装车后从下导坑运出;(5) 工序间干扰较少,完成中洞后,可左右侧同时施工;(6) 造价低经济性强中洞法适用于土类软岩类的地质条件较好且施工受地下水影响较少的工程项目3.2.8机械开挖法机械开挖法就是利用机械工具来开挖隧道的方法运用机械开挖土应绘制详细的土方开挖图,避免混乱,造成超挖欠挖,应尽可能的使机械多挖在机械开挖的同时,一定要配合人工开挖,采取机械与人工相结合的方式机械开挖法的优点是速度快,效率高,施工精确度高,但同时由于机械本身的特点,需要空间大,不够灵活453.3 开挖方案选择由于主线隧道以及ABC横通道围围岩大部分属于微风化花岗岩,部分属于煌斑岩,该岩质属级硬岩而且断面面积不算特别

53、大,不属于大断面,因此,根据各自地质条件及施工数据,结合施工实际,确定主线隧道采用台阶法开挖,ABC横通道采用全断面法开挖3.4 本章小结通过本章的叙述总结,可以看出随着地铁事业的开展,地铁施工技术不断发展完善,可以针对不同的施工要求作业环境地质条件而采取相应的施工方案,总体来说,明挖法是最简单的施工方法,在施工时应该最优先考虑,而暗挖法则是应用范围最广的一种方法,在本次设计中涉及到的敦化路就是采用了暗挖法钻爆施工而暗挖法又分为钻爆施工和机械开挖两大类方法,我们根据地质条件断面大小振动要求等方面,确定具体开挖方案4 钻爆设计4.1主线隧道钻爆设计主线隧道是指位于车站主体结构两侧的东西线行车隧道

54、,为直墙拱形断面(图4.1) ,主线隧道爆区分上下台阶施工,取下台阶高为3200mm上台阶超前下台阶1530m上断面宽约9750mm,高至拱顶约6000mm本设计对上台阶提出2种开挖方案2种方案周边眼全部采用光面爆破,由导爆索起爆开挖完毕,及时施做初期支护图4.1 主线隧道尺寸示意图(单位:mm)4.1.1上台阶爆破设计(1) 炮眼深度与循环进尺炮眼深度是指炮眼眼底至开挖面的垂直距离炮眼深度一般根据围岩的稳定性凿岩机的钻凿能力和掘进循环安排但是本工程的炮眼深度主要受地表控制点允许爆破振动速度控制4在考虑到对地面建筑物振动允许的情况下,最大的提高工程进度,于是取循环进尺为1.0m,炮眼深度在1.

55、01.2m内,掏槽眼适当加深到1.21.4m左右(2) 炮孔直径本设计选用手持式YT28风动凿岩机,炮孔直径d=42mm(3) 炮眼布置1) 掏槽眼本断面的掏槽眼采用直眼掏槽直眼掏槽的掏槽眼互相平行且垂直于工作面,其中一个或数个不装药的空眼,作为装药眼的辅助自由面空眼数目视炮眼深度而定一般情况下,当炮眼深度小于3米时,采用1个断面采用一个直径200mm的空眼,中空孔距底板1.5m,用潜孔钻机作业一次成型,每次钻深20m掏槽眼采用菱形布置图4.2 上台阶掏槽眼布置示意图2) 周边眼周边眼沿隧道开挖轮廓线布置具体的炮孔间距根据以往经验公式和工程类比确定根据经验,炮孔间距E与炮眼直径d之间的关系为E

56、=(1018) d取d=42mm,则E=400720mm考虑到岩石坚硬度和工程效率问题,同时为了保护周边岩柱对于光爆眼采用E=400mm密集系数K取0.8,则抵抗线取500mm3) 辅助眼辅助眼采用直线布置与弧形布置相结合的方式辅助眼的间距a排距b应大于周边眼的最小抵抗线W,而且ab的取值与炮眼的单孔装药量有关,这里取a=500700mm,b=500700mm (4-1) 式中q单位耗药量,取0.95kg/m3;a辅助眼间距,取500700mm;b辅助眼排距,取500700mm;L孔深,取1.0m则Q=0.230.45kg/m3,则根据工程实际,Q取0.3kg/m3(4) 炮孔数量炮孔数目主要

57、与开挖断面炮眼直径岩石性质和炸药性能有关炮眼数目过少将造成大块增多,隧道壁面不平整,甚至会出现炸不开的情况;相反,如果炮眼数目过多将是钻眼工作量增大因此,炮眼数目确定的基本原则是在保证爆破效果的前提下,尽可能地减少炮眼数目通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算,其公式为: (4-2) 式中N炮眼数目,不包括未装药的空眼数;q单位耗药量,kg/m3;S开挖断面积,m2;装药系数,即装药长度与炮眼全长的比值;每米药卷的炸药质量,kg/m根据实际情况,因为开挖断面积S=51.83m2,经验算q取0.95kg/m3,=0.3;38mm直径的2号岩石乳化炸药每米药卷炸药质量为1.0kg/m则带入数据

58、: (4-2) 结合实际情况,取总炮眼数174个1) 掏槽眼采用直眼掏槽的方式,共布置8个掏槽眼,每个掏槽眼深度1.2m,另设一个空眼以增加辅助自由面2) 周边眼根据实际情况,光爆眼采用E=400mm间距共取周边眼44个3) 辅助眼为了减小钻眼工作量,加快施工速度,辅助眼间距也适当加大,由于隧道断面大,共布置122个辅助眼(5) 单孔装药量1) 掏槽眼掏槽眼在满足填塞长度要求的前提下,尽量多装药,以保证良好的掏槽效果设计时考虑到对地面建筑物的振动影响,确定掏槽眼的单孔装药量为0.3kg 2) 周边眼周边眼的装药量主要根据炮眼间距最小抵抗线和装药集中度确定光面爆破参数的参考值如表4.1所示对于装

59、药集中度,本设计取光面爆破为0.2kg/m对于1m长的光面爆破炮孔,单孔装药量为0.2kg表4.1 光面爆破设计参数参考(王海亮,2008) 岩石类别炮眼间距E/cm抵抗线W/cm密集系数K=E/W装药集中度/kg.m-1硬岩中硬岩软岩5570456535506080608040600.71.00.71.00.50.80.300.350.200.300.070.123) 辅助眼辅助眼的装药量与围岩的坚硬度炸药单耗炮眼长度及辅助眼的炮眼数量及间排距有关辅助眼的单孔装药量按下式计算: (4-3) 式中Q辅助眼的单孔装药量; 装药系数根据炮孔间排距及围岩性质,取; 每米药卷的炸药质量,kg/m对于直

60、径38mm的乳化炸药,;L炮眼长度,m对于炮眼长度为1.0m的辅助眼,计算得4.1.2下台阶爆破设计:(1) 炮眼布置1) 周边眼炮眼直径d=42mm,对于光爆眼采用E=400mm,密集系数K取0.8,则抵抗线取500mm2) 辅助眼辅助眼采用直线布置的方式辅助眼的间距a排距b各取a=500700mmb=500700mm(2) 炮孔数量按照公式(4-2) (4-2) 根据实际情况,因为开挖断面积S=31.20m2,经计算q取0.70kg/m3;=0.40;38mm直径的2号岩石乳化炸药每米药卷炸药质量为1.0kg/m则带入数据:结合实际情况,取总炮眼数 101个1) 周边眼根据实际情况,光爆眼采用E=400mm间距共取周边眼38个2) 辅助眼为了减小钻眼工作量,加快施工速度,辅助眼间距也适当加大,由于隧道断面大,共布置63个辅助眼(3) 单孔装药量1) 周边眼周边眼的装药量主要根据炮眼间距最小抵抗线和装药集中度确定对于装药