區(qū)間隧道下穿大型建筑物孔內(nèi)外微 差減震弱爆破施工技術(shù)

周可璋 周 浩 盧 寧 何中聯(lián) 王 偉

（中建八局第四建設(shè)有限公司，青島 266071）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，中心城區(qū)的建筑密度越來(lái)越大，在修建地鐵隧道時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隧道近距離下穿大型建筑物的情況。在傳統(tǒng)的光面爆破網(wǎng)絡(luò)中，通常采用分層剝離的爆破方法，每一層的所有炮孔采用同一段位，相同段位的雷管同時(shí)起爆。這樣勢(shì)必造成爆破震動(dòng)的疊加效應(yīng)非常明顯，對(duì)相鄰建筑物造成破壞性影響。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響，以及如何降低爆破振速等方面做了大量的研究與試驗(yàn)工作。文獻(xiàn)[1-2]主要對(duì)爆破參數(shù)選擇、炸藥單耗、裝藥結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了深入探討；文獻(xiàn)[3-6]從優(yōu)化開(kāi)挖步序，調(diào)整掏槽方式等方面入手，結(jié)合毫秒微差爆破技術(shù)，來(lái)達(dá)到降低爆破振速，保證相鄰建筑物安全的目的；文獻(xiàn)[7-8]對(duì)爆破振速監(jiān)測(cè)以及地震波的疊加效應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致分析。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了合理優(yōu)化，聯(lián)線方式采用分組串聯(lián)法，組內(nèi)3～5個(gè)不同段位的導(dǎo)爆管雷管并聯(lián)，各組之間采用MS-2段導(dǎo)爆管雷管孔外串聯(lián)，利用導(dǎo)爆管雷管的孔內(nèi)及孔外微差特性，將各孔起爆時(shí)間有效錯(cuò)開(kāi)，從而有效避免了爆破振速的疊加，降低了爆破振動(dòng)，保證了建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某市地鐵標(biāo)段位于中國(guó)北方市中心地段，區(qū)間隧道長(zhǎng)約550m，下穿一處長(zhǎng)約370m地下購(gòu)物長(zhǎng)廊。長(zhǎng)廊為地下一層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平板式樁筏基礎(chǔ)。區(qū)間隧道從其下方穿過(guò)，拱頂距離樁底僅4.5m，距離筏板底僅約9.5m，為本區(qū)段的重大風(fēng)險(xiǎn)源。見(jiàn)圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本區(qū)段地貌為坡殘積臺(tái)地，表覆第四系全新統(tǒng)素填土層，其下為第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)粘土、碎石土，下伏震旦系五行山群長(zhǎng)嶺子組全-中等風(fēng)化板巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。中風(fēng)化板巖為Ⅳ級(jí)圍巖，巖石承載力約500KPa；全-強(qiáng)風(fēng)化板巖為V級(jí)圍巖，巖石承載力約150 KPa。

地下水位埋深約8m，隧道施工過(guò)程中主要為孔隙水及基巖裂隙水，略具承壓性。

2 控制爆破基本原則

爆破材料采用非電毫秒微差導(dǎo)爆管雷管、2#巖石乳化炸藥，雷管段位從MS-1至MS-16段全部配備。施工過(guò)程中遵循“短進(jìn)尺、多打眼、少裝藥、弱爆破”的設(shè)計(jì)原則，嚴(yán)格控制單段最大裝藥量。

圖1 區(qū)間下穿地下購(gòu)物長(zhǎng)廊立面關(guān)系圖

通過(guò)理論計(jì)算，單段雷管最大裝藥量?jī)H 610g，即意味著要滿足一孔一個(gè)段位的要求。但一次爆破的孔數(shù)約60個(gè)，雷管段位最多20個(gè)，顯然無(wú)法匹配。本工程采用分組串聯(lián)法，將3～5個(gè)雷管作為一組，掌子面左側(cè)采用雙號(hào)段，從6段開(kāi)始，6、8、10…；右側(cè)采用單號(hào)段，從5段開(kāi)始，5、7、9…。然后在孔外將每組之間用 2段雷管串聯(lián)起來(lái)，最后接引爆器起爆，在孔外及孔內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)導(dǎo)爆管雷管的微差起爆。根據(jù)各雷管的起爆時(shí)間統(tǒng)計(jì)，基本可以實(shí)現(xiàn)1孔1響。

雖然按上述方法統(tǒng)計(jì)的單段雷管炸藥量超過(guò)了理論計(jì)算量，但由于同段雷管不在同一組內(nèi)，所以同段雷管不會(huì)同時(shí)起爆。第一組引爆后，通過(guò) 2段雷管傳遞到下一組，間隔25ms后第二組被引爆。由于2段雷管引爆時(shí)間為25ms，5段雷管引爆時(shí)間為110ms，6段雷管引爆時(shí)間為150ms， 在第一組起爆前，2段管已經(jīng)將爆能引入下一組，所以不會(huì)存在將相鄰導(dǎo)爆管炸斷造成啞炮的危險(xiǎn)。

3 爆破方案設(shè)計(jì)

3.1 掏槽方式

上臺(tái)階開(kāi)挖斷面尺寸為6.2m（寬）*3.1m（高），由于斷面尺寸較小，掏槽眼采用四孔楔形掏槽形式，孔口間距1.8m，孔底距離0.5m，掏槽眼傾角約65°，掏槽眼采用1、2、3、4段連續(xù)使用，每孔單獨(dú)使用一個(gè)段位，掏槽眼裝藥600g，見(jiàn)圖2所示。

圖2 掏槽眼示意圖

式中：Q--最大單段允許裝藥量（kg）；

V--質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s）；

R--自起爆原點(diǎn)中心到被保護(hù)物或觀測(cè)點(diǎn)的距離（m）；

K--與爆破技術(shù)、地震波傳播途徑介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；

α--爆破振動(dòng)衰減指數(shù)。

根據(jù)地質(zhì)情況，結(jié)合周邊環(huán)境的特點(diǎn)，各參數(shù)按以下取值：

根據(jù)下穿建筑物的結(jié)構(gòu)形式，爆破振速控制在2.0 cm/s以內(nèi)，V取2.0cm/s；R取9.5m；K值根據(jù)表1，取250；α值取2.0。

3.2 單段最大裝藥量理論值計(jì)算

根據(jù)薩道夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算：

根據(jù)上式計(jì)算的結(jié)果顯然無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際施工，我單位通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)摸索與試驗(yàn)，對(duì)雷管連接方式進(jìn)行了創(chuàng)新，相同段位的雷管布置在不同的組內(nèi)，控制其在不同時(shí)間段引爆，從而降低了單段雷管的一次起爆藥量，有效降低了爆破振速。

3.3 裝藥及連線

周邊眼采用空氣間隔不耦合裝藥，將藥包固定在竹片上，通過(guò)導(dǎo)爆索連接；輔助眼及掏槽眼采用孔底裝藥，反向起爆。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

起爆順序?yàn)椋合缺筒垩?，然后輔助眼，最后為周邊眼。使用電工膠布按爆破網(wǎng)絡(luò)圖將同組導(dǎo)爆管連接在一起，并與下一組的 2段導(dǎo)爆管串聯(lián)在一起，從而將爆轟波傳遞下去。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖

3.4 爆破參數(shù)選擇

圖4 上臺(tái)階炮眼布置及爆破網(wǎng)絡(luò)圖

表1 上臺(tái)階爆破參數(shù)表

3.5 起爆順序分析

根據(jù)各段別導(dǎo)爆管的起爆秒量（ms），結(jié)合孔外串聯(lián)的2段雷管調(diào)節(jié)，上臺(tái)階的各孔起爆秒量見(jiàn)圖5所示。將各孔的起爆時(shí)間按順序生成曲線圖，如圖6所示。

圖6 起爆順序曲線圖

從圖5及圖6中可以看出，每個(gè)炮孔的起爆時(shí)間基本都不相同，各孔按起爆順序連續(xù)分別起爆，有效控制了同時(shí)起爆的炸藥量，從理論上大大降低了爆破振速的影響。

4 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

為嚴(yán)格控制爆破振速，確保爆破過(guò)程中的建（構(gòu)）筑物安全，在通過(guò)重大風(fēng)險(xiǎn)源期間，每一循環(huán)均需要進(jìn)行爆破振速測(cè)試。根據(jù)振速結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，確保將振速值控制在2.0cm/s以內(nèi)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用TC-4850爆破振速儀進(jìn)行，振速儀分三通道，x、y、z三個(gè)方向，然后合并為合速度。

爆破監(jiān)測(cè)時(shí)，將振速儀放置在地下商場(chǎng)的地面上，并盡量靠近掌子面的正上方。圖 7為一組爆破監(jiān)測(cè)的典型波形圖，掌子面里程為DK6+523.5，監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本位于爆源點(diǎn)正上方，垂直距離9.5m。

圖7 爆破振速波形圖

根據(jù)某三個(gè)月內(nèi)的爆破振速監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，振速值控制在1.5cm/s以內(nèi)的占75%以上，在1.5～1.8cm/s之間的占15%左右，超過(guò)1.8cm/s的不足10%，基本達(dá)到了將爆破振速值控制在2.0cm/s以內(nèi)的目標(biāo)。

在爆破時(shí)，分別組織了不同的人員在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置感受爆破振動(dòng)對(duì)行人及地下商場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響。商場(chǎng)內(nèi)有輕微聲響，行人基本無(wú)驚嚇等異常。通過(guò)近三個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)及觀察，爆破施工對(duì)地下商場(chǎng)結(jié)構(gòu)及行人均未造成不良后果，施工安全可控。

5 結(jié)論與建議

5.1 本施工技術(shù)將非電導(dǎo)爆管雷管的孔內(nèi)微差與孔外微差有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效降低了同時(shí)起爆的單段最大裝藥量，控制了爆破振速；

5.2 孔內(nèi)采用段位較大的導(dǎo)爆管雷管，孔外采用低段位導(dǎo)爆管雷管，可有效避免后起爆的導(dǎo)爆管雷管被炸斷的風(fēng)險(xiǎn)；

5.3 根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)圖譜顯示，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)分布較均勻，圖譜基本呈矩形狀，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的振動(dòng)峰值突變，與起爆順序曲線基本相吻合；

5.4 爆破完成后，根據(jù)爆破監(jiān)測(cè)圖譜的各組峰值大小情況，可對(duì)振速值過(guò)大的分組進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減少組內(nèi)炮孔數(shù)或單孔炸藥用量，以降低此組的振速值，做到信息化施工；

5.5 雖然理論上導(dǎo)爆管雷管可以避免被炸斷，爆破網(wǎng)絡(luò)可以有效傳遞。但由于操作工人水平存在差異，先爆破產(chǎn)生的飛石飛行方向的不確定性，以及對(duì)外露的導(dǎo)爆管線路沒(méi)有進(jìn)行有效保護(hù)等因素，偶爾會(huì)出現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)未起爆，造成瞎炮的情況，需要在施工過(guò)程中繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)及連線方式。

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