暗挖隧道側(cè)穿橋樁的初期支護措施及爆破控制

張 輝

(運城市建筑設(shè)計研究院，山西運城 044000)

0 引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，為滿足城市交通需要，解決城市交通、停車、貿(mào)易、通訊、供水以及供電等工程項目占地的重大難題，人們將大力開發(fā)利用地下空間［1］。其中，地鐵隧道逐步成為城市發(fā)展的推進器，也成為城市發(fā)展水平的體現(xiàn)，在城市交通中占據(jù)越來越重要的地位。地鐵隧道多位于城市中心，地鐵施工對周圍鄰近建(構(gòu))筑物的影響不可避免，采取措施不當(dāng)，極易引起周邊建(構(gòu))筑物沉降、傾斜，甚至坍塌［2］。因此，地鐵隧道穿越建(構(gòu))筑物時的控制措施成為了地鐵施工的重點和難點。

1 工程概況

南關(guān)嶺站至華北路站區(qū)間設(shè)計范圍里程為DK3+114.101～DK4+072.076，線長約957 m。

1)本區(qū)段地貌為剝蝕低丘陵，地形起伏較小，地面高程21.61 m～24.14 m，地面為華北路，南側(cè)為加油站、房屋和修理廠，沿線建筑物密集，管線、管道眾多;

2)地下水水量中等～豐富，為基巖裂隙水。隧道開挖在溶洞發(fā)育處，該處裂隙發(fā)育，地下水滲流通道發(fā)育，水量較豐富;

3)巖溶中等發(fā)育，鉆孔巖溶遇洞率為54%，巖溶裂隙水較發(fā)育，溶洞充填粘土、全風(fēng)化和強風(fēng)化灰?guī)r碎屑，對隧道施工影響較大。

區(qū)間暗挖隧道自華北路站向小里程方向施工，甘南路立交橋“主⑥”兩個既有橋樁位置處于正線里程DK3+964.964及DK3+946.946處，其直徑為2.5 m，橋樁邊緣距右線水平凈距為2.14 m，距左線水平凈距為2.06 m，左線和右線拱頂埋深分別為9.67 m，9.97 m，距橋樁樁底為 6.85 m。

區(qū)間暗挖隧道采用淺埋暗挖法(臺階法)施工，隧道為單拱馬蹄形斷面，采用鉆爆法開挖。區(qū)間隧道側(cè)穿橋樁段開挖地層圍巖為Ⅴ級和Ⅵ級，隧道圍巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，局部夾強風(fēng)化，巖體裂隙發(fā)育，溶洞發(fā)育，若暗挖隧道施工采取措施不當(dāng)，易產(chǎn)生局部坍塌、橋樁沉降等風(fēng)險。另外，該段區(qū)間隧道下穿繁華的華北路，路面車流量較大，且重型車輛居多，對暗挖隧道施工也有一定的影響。

2 初期支護措施

2.1 初期支護結(jié)構(gòu)

斷面支護參數(shù)為:拱部打設(shè)120°超前小導(dǎo)管支護，每兩榀打設(shè)一道，環(huán)向間距300 mm，φ42，t=3.25，L=2 500 mm，雙層 φ6 鋼筋網(wǎng)片(150 mm×150 mm)，格柵鋼架間距500 mm，300 mm厚C25噴射混凝土封閉。

2.2 初期支護背后注漿

為確保施工安全，在該淺埋地段初支施工時嚴(yán)格按照設(shè)計臺階法步長進行下臺階施工，及時封閉成環(huán)。并在下臺階封閉后距掌子面5 m范圍內(nèi)及時進行初支背后注漿。初期支護背后采用二次壓漿，注漿材料采用水泥漿液，注漿孔沿拱部及邊墻布設(shè)，環(huán)向間距:拱部2 m，邊墻3 m，縱向間距3 m，梅花形布置，注漿深度為初支背后 0.5 m，注漿終壓 0.5 MPa。

3 區(qū)間隧道鉆爆法施工設(shè)計

針對本區(qū)段暗挖隧道的環(huán)境特點、結(jié)構(gòu)特點、施工方法等，并綜合考慮鉆爆施工對隧道結(jié)構(gòu)及橋墩的影響，在保證施工安全的前提下，本著“短進尺，弱爆破，早封閉，勤量測”的原則［3］，決定采用微差、分部、多段、多次弱爆破技術(shù)施工的減振措施。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計變更及聯(lián)系單相關(guān)要求，甘南路立交橋橋墩振速限制在2.5 cm/s。

3.1 爆破減振措施控制

3.1.1 控制爆破原理

控制爆破主要是通過在拱部周邊布設(shè)減震孔形成減震隔離帶和小導(dǎo)坑超前開挖所創(chuàng)造爆破凌空面達到減震之目的，其原理就是利用爆破凌空面和減震隔離帶在爆破時對爆破震動能力的大量吸收及消耗，使隔離帶后面的區(qū)域受到的震動大大減小;同時減少了斷面的裝藥量，在爆破時也大大減少了對洞頂附近建筑物的擾動，從而確保了爆破安全。

3.1.2 爆破地震效應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)

炸藥在巖石中爆炸時強烈的沖擊波和應(yīng)力波，隨著傳播距離的增加，逐漸衰減為地震波。地震波雖然不能使巖石破壞，但它會引起巖石的強烈彈性振動，從而使爆區(qū)周圍建筑物出現(xiàn)破壞甚至倒塌現(xiàn)象，根據(jù)中國GB 6722-2003爆破安全規(guī)程［4］提出了爆破對建筑物和構(gòu)筑物的爆破震動安全標(biāo)準(zhǔn)判斷可采用保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度和主頻率的對應(yīng)關(guān)系，以主振頻率的頻段確定相應(yīng)的振動速度，并考慮了延時間隔的影響。

3.2 爆破設(shè)計方案

3.2.1 爆破設(shè)計

1)選擇合理的炸藥品種。

炸藥品種與炸藥的爆破震動速度有直接影響，根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，本工程施工中選用防水效果好的乳化炸藥，每卷重量200 g。

2)選擇合理的雷管起爆時差。

設(shè)計爆破網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差和孔外同段的非電微差起爆技術(shù)。非電導(dǎo)爆管雷管跳段使用，間隔時間大于50 ms。

3)選擇合理的掏槽形式。

掏槽是隧道爆破成敗的關(guān)鍵，也是產(chǎn)生最大爆破震動速度的主要震源。為了達到減震的目的，選用楔形掏槽，充分利用楔形掏槽的易拋擲和減震作用與貫通掏槽的臨空面來最大限度地減輕震動。

4)選擇合理的鉆爆參數(shù)。

根據(jù)開挖的大小、部位、工程地質(zhì)情況、周邊環(huán)境條件等，選擇合理的炮眼深度、間距、裝藥量、起爆順序等鉆爆參數(shù)，炮眼采用線性布孔、線形起爆，注意提高裝藥質(zhì)量和炮口堵塞質(zhì)量，達到減震、提效的目的。本工程鉆爆參數(shù)如下:a.掏槽眼?？咨?考慮到掏槽眼只有一個臨空面，爆破條件較差，炮眼利用率低，故掏槽眼比其他炮孔加深20 cm。炮孔間距:根據(jù)巖性及工作面的大小、炮孔深度，孔間距取a=0.5 m。b.輔助眼。孔間距:輔助眼間距與巖石軟硬、掌子面大小、炮孔深度密切相關(guān)，水平隧道爆破一般取a=0.6 m～0.8 m。為保護橋墩不受破壞，本次取0.6 m。排距取0.5 m。c.周邊眼?？组g距:孔間距取 a=0.30 m，排距取b=0.45 m。每延米藥量:根據(jù)巖性，每延米裝藥量q=0.15 kg/m～0.25 kg/m。

5)裝藥結(jié)構(gòu)和填塞。

掏槽眼和輔助眼采用反向不耦合連續(xù)裝藥，周邊眼采用反向不耦合底部空氣間隔裝藥，為了確保爆破效果，炮孔的填塞長度一般不得小于炮孔長度的1/3。

6)起爆方式及順序。

由于此段對震動控制要求嚴(yán)格，且距橋墩距離較近，為避免爆破產(chǎn)生的震動對橋墩結(jié)構(gòu)的破環(huán)，本次設(shè)計方案在橋墩前后10 m初步進尺0.5 m，采用雙楔形掏槽方式，起爆采用非電導(dǎo)爆管。臺階分部開挖施工，采用多孔、多次、多段和微差爆破，進尺0.5 m。

把上臺階分為左右兩部分，并在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，利用孔內(nèi)和孔外相結(jié)合延時爆破，最大限度的減少單段起爆藥量，起爆順序為:掏槽孔→輔助孔→周邊孔;下臺階在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，采用多段微差弱爆破(松動)一次完成，嚴(yán)格控制住最大段的藥量。

3.2.2 爆破地震波控制驗算

根據(jù)本區(qū)間已經(jīng)實施的爆破震動監(jiān)測經(jīng)驗可知，爆破開挖的最大震動速度值不取決于一次起爆的總藥量，而取決于某最大段裝藥量及炮孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)。

打設(shè)隔振孔時，測點振速大小主要取決于分段裝藥量的大小，在橋墩處振速控制原則為V≤5 cm/s，隧道開挖爆破中，振速主要跟單段起爆的藥量有關(guān)，本設(shè)計方案加設(shè)隔振孔，對減少爆破震動起到一定作用。

降雨和徑流可以在裸露的分散性土邊坡引起嚴(yán)重侵蝕。侵蝕在邊坡上導(dǎo)致嚴(yán)重的斜向滑移和沖溝，進而造成堤防內(nèi)部缺陷[18]。主要破壞型式如圖1所示。

根據(jù)巖石性質(zhì)、爆破方式，爆破地震動速度計算公式為:

其中，V為地震波波速，cm/s;K=150;α=1.8;Q為單段最大裝藥量，kg;R=8 m。這里V取1.5 cm/s，經(jīng)計算單段最大裝藥量:Q=0.586 kg;爆破設(shè)計中在周邊打設(shè)加密隔震孔，單段最大裝藥量:Q=0.6 kg滿足要求。

3.2.3 爆破安全距離驗算

在隧道開挖爆破中，會有個別巖塊飛散距離較遠，易對人員、設(shè)備或隧道結(jié)構(gòu)成品產(chǎn)生危害，必須予以重視和控制。個別飛石的飛散距離跟爆破參數(shù)、孔口堵塞質(zhì)量等因素有關(guān)。隧道開挖爆破中，掏槽孔最有可能產(chǎn)生危害性飛石，應(yīng)特別注意其填塞質(zhì)量，并作飛石距離驗算。

飛石距離驗算公式:

其中，R為飛石安全距離，m;K為飛石安全系數(shù)，一般取K=1.0～1.5;W為最大一個藥包的最小抵抗線，m;n為最大一個藥包的爆破作用指數(shù);經(jīng)驗算，設(shè)計中可能產(chǎn)生的最大飛石距離R=35 m。

3.2.4 爆破減震措施

1)采用分部、分臺階開挖，孔內(nèi)和孔外相結(jié)合微差爆破技術(shù);2)采用多段位非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，選擇科學(xué)合理的雷管起爆時差，增加起爆段數(shù)，降低同段起爆藥量;3)采用低密度、低爆速、低猛度、高爆炸力的乳化炸藥，嚴(yán)格控制裝藥量;4)從傳播途徑上隔震、減震。在主炮孔與開挖邊界之間打設(shè)加密隔震孔，從傳播途徑上減震和消震;5)采用混合掏槽形式，利用空眼減少爆破對圍巖的擾動，提高炮孔炮眼利用率;6)利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，不斷調(diào)整、優(yōu)化爆破參數(shù);7)加強特殊地段的超前地質(zhì)預(yù)報工作，根據(jù)地質(zhì)情況及時調(diào)整鉆爆參數(shù)。

4 結(jié)語

1)基于甘南立交橋現(xiàn)狀、隧道施工影響范圍及華北路交通情況，地鐵隧道側(cè)穿橋樁時，采取加強洞內(nèi)初期支護、控制爆破震動等措施，以減少隧道施工對橋樁的影響。工程實踐表明:在隧道側(cè)穿立交橋橋樁期間，對橋樁采取上述處理措施是合理的，地層沉降和橋樁變形指標(biāo)都在控制范圍內(nèi)，保證了工程的順利進行，也為今后類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

2)為了使工程措施的選擇更加理性和更具有針對性，應(yīng)結(jié)合具體工程，在滿足影響控制標(biāo)準(zhǔn)的前提下選擇爆破控制方案，以及初期支護措施。地鐵隧道對鄰近既有橋樁的影響應(yīng)引起高度重視，從監(jiān)測、施工和投資等多方面綜合權(quán)衡，因地制宜制定科學(xué)的施工方案。同時應(yīng)加大協(xié)調(diào)、監(jiān)督和管理力度，確保施工方案得以貫徹實施，達到地鐵建設(shè)與橋梁安全的目的。

［1］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.

［2］邊亦海，黃宏偉.深基坑開挖引起的建筑物破壞風(fēng)險評估［J］.巖土工程學(xué)報，2006(28):1892-1986.

［3］熊興國.北京地鐵區(qū)間隧道淺埋暗挖法穿越河流橋樁綜合施工技術(shù)［J］.隧道/地下工程，2008(5):37-38.

［4］GB 6722-2003，爆破安全規(guī)程［S］.