長(zhǎng)沙地鐵 2號(hào)線西湖公園-溁灣鎮(zhèn)區(qū)間隧道控制爆破技術(shù)

王雙龍

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司, 福建福州 350014)

長(zhǎng)沙地鐵 2號(hào)線西湖公園-溁灣鎮(zhèn)區(qū)間隧道控制爆破技術(shù)

王雙龍

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司, 福建福州 350014)

長(zhǎng)沙市地鐵 2號(hào)線西湖公園-溁灣鎮(zhèn)區(qū)間隧道長(zhǎng)約 421 m,地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化泥(砂)質(zhì)板巖。介紹了在淺埋層和軟弱圍巖條件下的鉆爆法施工設(shè)計(jì),按照“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測(cè)”的施工方案和遵循“多打孔,少裝藥”的控制爆破原則,安全順利地下穿地面建(構(gòu))筑物,達(dá)到了少超、欠挖效果和節(jié)省投資、降低工程成本的目的。

軟弱圍巖;隧道掘進(jìn);鉆爆法;微差爆破

1 工程概況

長(zhǎng)沙市地鐵二號(hào)線西湖公園站-溁灣鎮(zhèn)站區(qū)間(YDK3+562.03～YDK3+983.89)長(zhǎng) 421 m,采用暗挖鉆爆法施工。西-溁區(qū)間隧道周圍環(huán)境如圖1 所示,隧道處在楓林一路北側(cè)人行道和山體下面,路面距隧道頂部 18 m左右。楓林一路北側(cè)從東至西沿線有武警醫(yī)院、湘海大酒店、3～4層磚混結(jié)構(gòu)民宅等建筑物,距左側(cè)隧道中心線水平距離 3～10 m;楓林一路南側(cè)從東至西沿線有港灣賓館、西娜灣賓館、望城信用社、市交管處、加油站等建筑物,距右側(cè)隧道水平距離 25 m。

圖1 西-溁區(qū)間隧道平面周圍環(huán)境

西-溁區(qū)間隧道采用分離式單線洞馬蹄形斷面結(jié)構(gòu),開(kāi)挖斷面尺寸為寬 6.30 m×高 6.60 m,開(kāi)挖面積 34.5 m2,兩隧道線間距 7～13 m。隧道基巖為泥(砂)質(zhì)板巖,隧道底板位于微風(fēng)化和中風(fēng)化層的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖,以Ⅳ級(jí)居多;隧道邊墻位于強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖,各占一半;隧道拱頂位于強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化層中的 Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖,以 Ⅴ級(jí)居多。

2 隧道開(kāi)挖施工方案和鉆爆法方案

(1)開(kāi)挖施工方案。西-溁區(qū)間隧道嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測(cè)”的開(kāi)挖施工方案。隧道開(kāi)挖采用短臺(tái)階法,洞身拱部超前3～5 m;然后拱部與洞身的下半部同時(shí)爆破開(kāi)挖,洞身開(kāi)挖后,立即進(jìn)行噴錨支護(hù);沿洞頂打設(shè)超前導(dǎo)管;在圍巖極風(fēng)化、破碎、松散的情況下,采用微差控制爆破先打通拱部(開(kāi)挖后馬上予以支護(hù));采用微差控制爆破開(kāi)挖下半部拉中槽、挖馬口并予以支護(hù)。

(2)鉆爆法施工方案。本區(qū)間隧道暗挖段鉆爆法要遵循多打孔、少裝藥的控制爆破技術(shù)原則。該巖石強(qiáng)度是屬破碎的軟弱圍巖(Rb＜30 MPa),為此該圍巖爆破設(shè)計(jì)的總體方案采用短臺(tái)階法施工,上、下臺(tái)階斷面均采用微差控制爆破技術(shù):掏槽采用拋擲爆破;拱部采用光面爆破;邊墻采用預(yù)裂爆破;核心部分采用弱松動(dòng)爆破,減輕爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng),減輕振動(dòng)強(qiáng)度,維護(hù)圍巖自身的穩(wěn)定性,使隧道輪廓成形良好。

3 鉆爆法設(shè)計(jì)

3.1 鉆爆法藥孔參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)淺埋層和軟弱圍巖隧道的特點(diǎn),隧道掘進(jìn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一是上臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺,為此,對(duì)上臺(tái)階設(shè)計(jì)了 0.8～1.0 m、1.2～1.5 m及 1.8 m 3種循環(huán)進(jìn)尺。循環(huán)進(jìn)尺為 1 m時(shí)藥孔參數(shù)如下:

炮孔直徑(D)為 42 mm;周邊孔間距 E=(10～16)D=45～55 cm;光爆層厚度 W=65～90 cm;當(dāng)循環(huán)進(jìn)尺 1.0 m時(shí):掏槽孔孔深 1.2 m,輔助孔 1.0 m,周邊孔 1.0 m,底板孔 1.0 m;上臺(tái)階炮孔數(shù)量N=44個(gè);單孔藥量見(jiàn)表1。

表1 上下臺(tái)階爆破參數(shù)

3.2 炮孔布置設(shè)計(jì)

上臺(tái)階炮孔布置:掏槽孔布設(shè)在上半斷面中央或巖性較軟地帶,其上臺(tái)階炮孔布置如圖2所示,上臺(tái)階布設(shè)炮孔約 44個(gè)。

圖2 上臺(tái)階爆破孔位布置(單位:m)

下臺(tái)階炮孔布置:通過(guò)多次試驗(yàn),優(yōu)化后的炮孔設(shè)計(jì)及爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

3.3 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

(1)微差時(shí)間。選定各段間隔時(shí)間應(yīng)大于 100 ms。當(dāng)上下臺(tái)階同時(shí)爆破時(shí),上下臺(tái)階采用毫秒 7段的導(dǎo)爆管雷管聯(lián)接,以保證上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)起爆間隔時(shí)間滿足振動(dòng)波不疊加要求。

(2)起爆順序?yàn)樘筒劭?擴(kuò)大孔-底板孔-周邊孔。輔助孔由里向外逐層起爆。

(3)起爆網(wǎng)絡(luò)及起爆。采取孔內(nèi)微差,孔外大把扎的形式,單發(fā)導(dǎo)爆管雷管起爆的導(dǎo)爆管數(shù)不宜超過(guò) 20根,并且導(dǎo)爆管應(yīng)均勻分布在雷管周圍,綁扎緊,而且雷管的聚能穴方向與導(dǎo)爆管傳爆方向相反。

(4)擊發(fā)針起爆。為了避免雜散電流的影響,采用擊發(fā)針起爆導(dǎo)爆管雷管再起爆非電網(wǎng)路。導(dǎo)爆管傳遞沖擊波激發(fā)起爆元件(即非電毫秒雷管)。

4 異常地段爆破的特殊處理

4.1 拱部軟巖洞身硬巖的爆破設(shè)計(jì)

西-溁區(qū)間隧道左右線有部分地段拱部為軟巖,洞身為硬巖的上軟下硬地層,如暗挖里程 ZDK3+570.634地段、暗挖里程 ZDK3+740.000～ZDK3+770.000地段就是這種結(jié)構(gòu)。所以在鉆爆開(kāi)挖中為了確保地面建筑物和地下構(gòu)筑物的安全,防止隧道上方因振動(dòng)引起的坍塌及洞內(nèi)初期支護(hù)的振動(dòng)破壞,必須對(duì)軟弱圍巖地層單獨(dú)進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),具體方法是:在設(shè)計(jì)輪廓線上布置 1排直徑 40 mm,間距 30 cm的密孔,孔內(nèi)不裝藥,靠近密孔的 1排為減弱加密炮孔,裝藥量為正常裝藥量的一半,間距 40 cm,其內(nèi)側(cè)為正常裝藥孔,并同時(shí)起爆。

4.2 臨近建(構(gòu))筑物爆破震動(dòng)安全校核

在里程 ZDK3+648.200有 Ф2.4 m的污水管,底部距隧道頂部 6.3 m,管埋深 6.5 m。在里程ZDK3+774.700處有高 3.5 m、寬 4.87 m的過(guò)街通道,底部距隧道頂部 9.5 m。在里程 ZDK3+685～ZDK3+780、ZDK3+910～ZDK3+978段有鄰近或穿越地面房屋。以上這些地段爆破容易造成污水管滲水、過(guò)街通道下沉、地面建筑開(kāi)裂傾斜的現(xiàn)象。

(1)根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)確定建(構(gòu))筑物地震波震速控制標(biāo)準(zhǔn)和爆破藥量。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn),隧道上方陳舊房屋、污水管、過(guò)街通道、加油站等建(構(gòu))筑物保護(hù)對(duì)象采用的安全控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

以污水管為例:底部距隧道頂部 6.31 m,取污水管底部至隧道中心距 R=9.7 m,取污水管允許震動(dòng)速度 V=5 cm/s,K=100、α=1.5,則:Qmax=其它建(構(gòu))筑物允許一次起爆藥量見(jiàn)表2。

表2 建(構(gòu))筑物的安全允許震速(Vmax)與一次起爆藥量(Qmax)的關(guān)系

以上部分計(jì)算數(shù)據(jù)表明必須采用毫秒延時(shí)爆破技術(shù),嚴(yán)格控制最大一段起爆藥量。

(2)根據(jù)爆破震動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)線性回歸結(jié)果修正取值標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)間隧道爆破時(shí)進(jìn)行第三方爆破測(cè)震,根據(jù)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)得到的測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)爆破震動(dòng)速度衰減主要是垂直震動(dòng)速度進(jìn)行了一元線性回歸和了二元線性回歸,得到爆破地震垂直震動(dòng)速度傳播規(guī)律的薩氏公式:

代入相應(yīng)參數(shù)后,其震動(dòng)速度均小于表2數(shù)值。

5 爆破體會(huì)

本次隧道爆破掘進(jìn)的主要問(wèn)題是避免掘進(jìn)過(guò)程中隧道塌方和控制爆破振動(dòng)引起建(構(gòu))筑物破壞,爆破施工中的以下幾點(diǎn)確保了隧道掘進(jìn)的順利進(jìn)行。

(1)充分利用淺埋暗挖施工技術(shù),減少爆破施工引起地面有害沉降。通過(guò)采用加長(zhǎng)導(dǎo)管注漿形成超前棚架支護(hù)體系,結(jié)合鋼格柵網(wǎng)噴砼支護(hù)體系,提高大斷面掘進(jìn)時(shí)縱向承載能力,控制洞室在開(kāi)挖過(guò)程中初始地表沉降值;采用分部掘進(jìn)支護(hù)技術(shù),將大斷面施工化大為小,并在施工過(guò)程中做到逐環(huán)及時(shí)封閉,增強(qiáng)支護(hù)體系抗振能力,降低爆破振動(dòng)對(duì)地面沉降疊加影響量值。

(2)必須采用微差控制爆破技術(shù)。實(shí)行多循環(huán)、短進(jìn)尺(每循環(huán)進(jìn)尺 0.8～1.5 m)、弱爆破、上下臺(tái)階分段微差延時(shí)起爆,減少最大分段藥量,將爆破振動(dòng)降低到最低限值。并可保證每段起爆時(shí)間間隔大于 100 ms時(shí),避免振波疊加。

(3)在爆破體與保護(hù)體之間鉆鑿不裝藥的單排、雙排減振孔降振非常明顯。

(4)當(dāng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算出一次爆破的最大裝藥量計(jì)裝藥量大于容許臨界振動(dòng)速度,又無(wú)其他可靠降振措施時(shí),循環(huán)進(jìn)尺控制在 1.2 m以內(nèi),循環(huán)爆破方量小,一次爆破用藥量小。

[1] 汪旭光.爆破手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

[2] 于亞倫.工程爆破理論與技術(shù) [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

[3] GB6722-2003.爆破安全規(guī)程[S].

[4] 陳西霞,楊和平.城市地下工程淺埋暗挖與控爆技術(shù)應(yīng)用[J].西部探礦工程,2009,5(增刊).

[5] 齊景岳.隧道控制爆破技術(shù)[J].隧道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006,(11).

2011-07-04)

王雙龍(1979-),男,工程師,項(xiàng)目經(jīng)理,主要從事工程技術(shù)工作。