三臂凿岩台车施工技术在青岛胶州湾海底隧道中的应用研究

第 6期
朱琴生 :
三臂凿岩台车施工技术在青岛胶州湾海底隧道中的应用研究
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据其风化及完整程度及隧道上方顶板厚度等状况分为 4 个级别 , 如表 1 所示。
表 1 主隧道围岩分级长度表 T able 1 L engths of d iffe rent g rades o f surround ing rocks in m ain tunne l 围岩级别 长度 /m 1 065 812 ! ∀ 1 100 323 占合同段隧道长度比重 /% 32. 27 24. 61 33. 33 9. 79
Study on Application of 3 boom H ydraulic Rock D ri lling Jumbos in Construction of Jiaozhou Bay Subsea Tunnel in Q ingdao
ZHU Q insheng
(China R ail w ay T unnel S tock Co. , L td. , X inx iang 453000 , H enan, China ) Abstract : The app lication o f 3 boom hydraulic rock drilling ju m bos in construction o f Jiaozhou Bay subsea tunnel in Q ingdao is analyzed . The advan tages of 3 boom hydraulic rock drilling ju m bos, such as large w ork ing scope , high flex i b ility , low dust po llu tion, h igh safety and c iv ilizat io n leve, l and high efficiency of hydraulic i m pact drills, are brought in to fu ll p la y . 3 boom hydraulic rock drilling ju m bos no t on ly have obv ious advantages in G rade II and G rade III sur rounding rocks, but also can be used in G rade ! and G rade ∀ surround ing rocks . 3 boom hydrau lic rock drilling jum bos have achieved h ig h speed , high qua lity , h ig h safety and h ig h effic iency in the pro jec. t K ey w ord s : Jiaozhou B ay subsea tunnel in Q ingdao; 3 boom hydrau lic rock drilling ju m bo; drilling and blasting ; full face curta in groutin g
453000)
摘要 : 通过三臂液压凿岩台车在青岛胶州湾海底隧道施工中的应用研究 , 充分地发挥 三臂液压 凿岩台车作 业范围大、 灵活性 强、 空 , 级围 岩施工中 体现了 其无可 比拟的 优越性 , 而且 在 !, ∀ 级及 破碎弱风化围岩施工 中 , 也显示了其较强的适应性 , 实现了快速、 优质、 安全、 高效施工。 关键词 : 青岛胶州湾海底隧道 ; 三臂凿岩台车 ; 钻孔爆破 ; 全断面帷幕预注浆 中图分类号 : U 455. 3 文献标志码 : B 文章编号 : 1672- 741X ( 2010) 06- 0670- 05
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3 ATLAS 三臂凿岩台车施工技术的应用
3 . 1 三臂凿岩台车综合施工方案 针对青岛胶州湾海底隧双台车单洞全断 面减震钻爆炮眼布置图 ( 单位 : m ) and G rade surrounding rocks(m )
F ig . 1 L ayout o f vibration reduc ing blast ho les on fu ll face of tunne l drilled by tw in jumbos in G rade
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多循环 , 早封闭, 勤量测 , 弱爆破 %原则 , 为控制 超挖, 循环进尺控制在 1 . 6 m, 采用大楔形掏 槽光面爆破技 术 , 利用瑞典火 箭炮 ATLAS R353E 三 臂液压台 车钻 眼 , 钻孔孔径为 45mm, 孔深 1 . 8m; 采用非电毫秒导爆 管系统 , 周边眼间距不超过 0 . 5m, 采用 32mm 乳化 炸药, 其他炮孔采用 40mm 乳化炸药。 当大断面爆破后 , 三臂凿岩台车再退至右下台阶 施钻爆破。 图 2 为 !级围岩双台车单洞大断面炮眼布置图。
3 . 2 . 1 . 2 三臂凿岩台车减震钻孔爆破设计 根据海底隧道的特点, 为减少对地表建筑和周边 地层的扰动 , 必须采取减震爆破设计 , 爆破作业遵循浅 [ 4] 孔密布的原则, 少装药、 短进尺、 多循环的方案 。 1) 利用台车 个大直径 127mm 钻头, 在掏槽区中部增加 3 45 130mm 中空减震孔 ; 在周边眼 布置
[ 1]
开发区薛家岛, 下穿胶州湾湾口海域 , 是环胶州湾青岛 市区范围交通系统中骨干网络的重要组成部分。主隧 道全长 6 170m, 跨海域总长度约 3 950m, 线路等级为 城市快速路 , 设计时速 80 km, 设 2 条 3 车道主隧道和 1 条服务隧道, 主隧道中轴线间距 55m。隧道断面为 椭圆形 , 主隧道开挖断面高 11 . 2~ 12 . 0m, 宽 15 . 23~ 16. 03m, 隧道纵断面呈 V 型, 最大纵坡 3 . 5 %, 海域段主隧道埋深一般为 25~ 35m, 是 1条以城市 道路功能为主兼有公路功能的隧道。海域段约 1 750m, 覆盖层厚 25 . 4~ 35 . 1m。服务隧道 FK2+ 900~ FK6+ 150 , 海域段约 1 755m, 覆盖层厚 29 . 6~ 39 . 0m。隧道通 过海域段最大水深约 42m。
3 . 2 . 1 . 1 钻爆设计 , 级围岩开挖全断面积约 140 . 5m , 为加快施 工进度, 预 留仰检底 , 台车开挖断面 积设计为 120 . 5 m , 为控制超挖 , 循环进尺控制在 3. 5~ 4 . 0m, 采用大 楔形 掏 槽 光 面 爆 破 技 术, 利用 瑞 典 火 箭 炮 ATLAS [ 3] R353E 三臂液压台车钻眼 , 钻孔孔径为 45mm, 孔深 3 . 7~ 4 . 2m; 采用非电毫秒导爆管系统, 周边眼间距不 超过 0 . 6 m, 采用 32 mm 乳化炸药 , 其他 炮孔采 用 级围 岩双台车单洞 40mm 乳化炸药。图 1 为 , 全断面减震钻爆炮眼布置图。
2 工程地质及围岩级别
2 . 1 设计地质资料 第四合同段主隧道岩性主要为微风化花岗岩、 角 砾熔岩、 凝灰岩、 正长斑岩、 流纹斑岩等火山岩地层 , 依
1 工程概况
胶州湾隧道北连青岛市团岛, 南接青岛经济技术
收稿日期 : 2010- 07- 22; 修回日期 : 2010- 09- 29
作者简介 : 朱琴生 ( 1965# ) , 男 , 浙江义乌人 , 1987 年毕业于长沙铁道学院机械系工程机械专业 , 本科 , 高级工程师 , 现从事隧道和地下工程施工技术 和设备专业化管理等工作。
mm 减震孔, 不装药, 作为爆轰波的导向孔。 2) 周边眼炸药选择低爆速、 低猛度、 高爆力、 钻爆 好的炸药。 3) 雷管选用微差毫秒雷管 , 每段间隔大于 50m s , 避免地震波的叠加, 减轻震动。 4) 严格控制周边眼的装药量 , 借助导爆索、 竹片
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隧道建设
第 30卷
进行间隔装药, 使药量沿炮眼均匀分布, 以确保隧道周 边成形良好 , 并减少对围岩的扰动。 5) 根据爆破效果 , 调整掏槽眼形式及爆破参 数, 并适当加深掏槽眼深度 ( 比其他眼深 20~ 30 cm ) , 以 保证掏槽效果。合理分布辅助眼, 使炮眼数量最少、 材 料最省、 同时碴块又不致过大。 3 . 2 . 2 !级围岩双台车单洞大断面台阶法 开挖大断面 72 . 5m , 台阶长 70m 左右, 以便于在 台阶上施作出碴、 网喷、 立拱为准 , 严格遵循 ∃ 短进尺,
图 2 !级围岩双台车单洞大断面炮眼布置图 ( 单位 : m) F ig . 2 L ayout o f blast ho les on fu ll face o f tunne l drilled by t w in jum bo s in G rade IV surrounding rocks( m )
第 30卷 第 6 期 2010年 12 月
隧道建设 Tunnel Construction
V o. l 30 N o . 6 D ec . 2010
三臂凿岩台车施工技术在青岛胶州湾海底隧道中的应用研究
朱琴生
( 中铁隧道股份有限公司, 河南 新乡
气粉尘污染小、 安全文明、 液压 冲击钻高效的技术优势 , 不仅在
3 . 2 . 3
∀级围岩双台车单洞大断面微台阶开挖
水流量、 观测岩屑颜色 , 从而实施超前地质预报。 3 . 2 . 5 三臂凿岩台车全断面帷幕超前预注浆 3 . 2 . 5 . 1 超前地质预报 通过 TSP203+ 探测仪器、 地质雷达探测、 超前地质取 芯、 三臂凿岩台车超前深孔探, 胶州湾隧道出口右线隧道 F4- 4 为断层 ( 裂 ) 破碎带, 主要为 ∀级围岩, 局部为 ! 级 围岩, 为确保隧道施工生产安全, 采取全断面帷幕超前预 注浆进行止水和加固不良地质体 。 3 . 2 . 5 . 2 方案选择 本断层全断面预 注浆实施里程 为主隧道 YK6+ 961~ + 915 , 共 46m, 分为 2 循环。第 1 次施作里程 YK6+ 961~ + 931 , 计 30m, 预留 5m 止浆岩盘; 第 2 次 施作里程 YK6+ 936~ + 915 , 计 21m。 3 . 2 . 5 . 3 三臂凿岩台车全断面帷幕预注浆施工工艺 根据钻孔涌水量和裂隙发育程度以及现场施钻情 况确定注浆方式 , 当岩石裂隙发育、 钻孔涌水量较大、 易卡钻时, 采取前进式分段注浆工艺 ; 当岩石裂隙不够 发育、 钻孔涌水量较小、 成孔较好时采取后退式分段注
0 引言
在海底隧道钻爆法施工中, 由于地质勘测困难, 隧 道覆盖层较薄, 很高的孔隙水压和复杂的地质决定了其 高施工难度和高安全风险 , 大大增加了减震弱爆破、 超前深孔地质预测、 全断面帷幕注浆、 径向锚杆施作, 超 前大管棚、 超前小导管施作等工序的工程量; 因此开挖 工序往往采用人工手持风钻和地质钻机传统工法施工。 三臂液压凿岩台车是隧道钻爆法施工中最先进的 开挖设备, 随着劳动力成本节节攀升 , 以及业主对工程 质量、 工期, 尤其是安全的高度重视 , 液压凿岩台车施 工技术成为专业化施工队伍做大做强所理应发展的技 术 , 从降低人工开挖劳动强度 , 改善作业环境, 充分发 挥机械设备效率来说 , 进行机械化作业也是今后隧道 [ 2] 施工的发展方向 。
点 , 利用瑞典火箭炮 ATLAS R353E 三臂液压凿岩台车 的优越性, 主要完成以下 6 个重点工序: 1) , 级围岩双台车单洞全断面减震钻爆开挖; 2) !级围岩双台车单洞大断面开挖; 3) ∀级围岩双台车单洞大断面微台阶开挖 ; 4) 三臂凿岩台车超前深孔地质预测预报; 5) 三臂凿岩台车全断面帷幕超前预注浆, 即隧道 穿越海底断层 (裂 ) 破碎带施工; 6) 三臂凿岩台车径向钻孔注浆。 3 . 2 具体施工方法 3 . 2 . 1 , 级围岩双台车单洞全断面减震钻爆开挖
3施工质量对比利用三臂凿岩台车强大的机械手及cop1838三臂凿岩台车施工技术在青岛胶州湾海底隧道中的应用研究岩机的强大冲击功率深孔地质预测预报高质量的钻孔安装大管棚小导管锚杆可大大提高支护质量4工作效率对比见表2工作效率对比表table2comparisonorkingefficiency设备配置效率超前探孔地质预报90mm30m全断面帷幕注循环30m三臂凿岩台车300m30d人工手持风钻200m地质钻机2490d台车效率提高505002005经济效益对比在同等条件下青岛胶州湾海底隧道第四合同段利用瑞典火箭炮atlasr353e三臂液压凿岩台车综合施工比其他合同段提前4个月掘进到分界里程6安全性对比利用三臂液压凿岩台车施工掌子面机组人员少污染小并远离掌子面可以避免拱顶和掌子面的塌方对作业人员的伤害安全低碳环保施工30个月7三臂凿岩台车与人工手持风钻的比较在相同围岩条件下三臂凿岩台车与人工手持风钻地质钻机综合比较表明台车不仅在隧道级及破碎风化岩的施工中也具有无可比拟的优越性
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2 . 2 主要不良地质地段 本工程断层 ( 裂 ) 破碎带是本合同 段内最主要的 不良地质体 , 从招标文件地质资料上显示在本合同段 内分布共有 7 条断层 ( 裂 ) 破碎带 , 以压扭性和张性断 层 ( 裂 ) 为主 , 带内岩体多呈碎裂 - 镶嵌碎裂结构 , 裂 隙多为微张型且发育 , 破碎带影响带岩体受其影响发 育成微张型裂隙。