緊鄰次高壓燃?xì)夤芫€小間距隧道控制爆破施工技術(shù)及安全防護(hù)

張亞濤

[摘 要]本文結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)緊鄰次高壓燃?xì)夤芫€的小間距隧道控制爆破施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)其安全防護(hù)措施進(jìn)行了分析，以便提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)安全管理。

[關(guān)鍵詞]隧道；爆破；安全防護(hù)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.034

[中圖分類號(hào)]U25 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2016）24-00-02

1 隧道工程特點(diǎn)

1.1 周圍環(huán)境復(fù)雜

福永站至橋頭站地下區(qū)間的礦山法隧道下穿寶安大道與福海大道的交叉口，隧道左線起止里程為ZDK37+893.5～ZDK38+045.112，長(zhǎng)度為151.612 m，隧道右線起止里程為YDK37+893.5～YDK38+060，長(zhǎng)度為166.5 m。福永站到橋頭站地下區(qū)間礦山法隧道分別在里程YDK37+895.5和YDK37+966.3，下穿φ1000 mm污水管，拱頂距污水管底距離分別為4.1m、2.6 m，在里程YDK37+981.3下穿 8 800×1600 mm的雨水箱涵，拱頂距箱涵底距離為4.7 m，且線路西側(cè)分布一條1.6 MPa的次高壓燃?xì)夤芎鸵粭l0.4 MPa的中壓燃?xì)夤?，次高壓燃?xì)夤芫嗨淼雷缶€最近距離30 m，中壓燃?xì)夤芫嗨淼烙揖€最近距離36 m，要求爆破振速≤2 cm/s，且右線進(jìn)洞15 m，對(duì)應(yīng)左線為明挖基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用吊腳樁+內(nèi)支撐體系，爆破振動(dòng)控制要求高。隧道位于寶安大道與福海大道的交叉路口，交通繁忙、車流量大，洞門位置東側(cè)設(shè)有公交站臺(tái)，人流量大，確保爆破安全的防護(hù)工作是本工程的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

1.2 小間距雙線隧道埋深淺

福永站至橋頭站地下區(qū)間礦山法隧道圍巖分級(jí)為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道開挖寬度6.3 m，隧道凈距6.4～8.8 m，拱頂埋深6.5～10.1 m，隧道凈距小于2倍洞徑，屬于小間距淺埋隧道。根據(jù)相關(guān)研究及類似工程經(jīng)驗(yàn)，Ⅲ級(jí)圍巖并行小間距隧道同時(shí)施工時(shí)，掌子面錯(cuò)開最小的安全距離應(yīng)大于2倍洞徑。由于隧道間距小，洞身采用鉆爆開挖必定會(huì)對(duì)中間巖柱的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的破環(huán)作用，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隧道爆破施工中上臺(tái)階產(chǎn)生的爆破振動(dòng)最大。為了使爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)降低到最小程度，通過上臺(tái)階全部采用電子雷管爆破和采用電子雷管與非電毫秒雷管組合爆破2種方法進(jìn)行爆破振動(dòng)控制。隧道爆破施工不僅要考慮次高壓燃?xì)夤軐?duì)爆破振動(dòng)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，還要考慮小凈距淺埋隧道下穿交通繁忙路段對(duì)爆破施工的安全要求，福海大道多為80 t的重載車輛。

2 區(qū)間暗挖隧道施工控制的重難點(diǎn)

（1）與需要重點(diǎn)保護(hù)的1.6 MPa次高壓燃?xì)夤艿赖木嚯x為30 m。隧道爆破相對(duì)于基坑爆破而言，爆破的自由面少，爆破振動(dòng)控制難度大。

（2）區(qū)間隧道間距小、隧道埋深淺、左右線之間的爆破干擾影響因素多，工序銜接難度大。

（3）明暗交界處爆破施工過程中掌子面飛石防護(hù)施工的工效低、防護(hù)效果不好，如何改善防護(hù)效果，提高防護(hù)施工工效，成為施工中的重要問題之一。

（4）隧道爆破施工爆破鉆孔數(shù)量多，數(shù)碼電子雷管消耗量大，爆破施工成本控制壓力大。

3 區(qū)間暗挖隧道爆破試驗(yàn)

3.1 爆破試驗(yàn)解決的主要問題

（1）借鑒福永站基坑爆破采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行控制爆破的經(jīng)驗(yàn)，在確定區(qū)間暗挖隧道爆破過程中數(shù)碼電子雷管爆破施工在確保次高壓燃?xì)夤芫€安全的前提下，保證爆破施工技術(shù)的安全可靠性。

（2）通過爆破試驗(yàn)確定合理的掏槽方式及爆破延時(shí)間隔問題。

（3）根據(jù)次高壓燃?xì)夤芫€區(qū)域的振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和回歸，確定該暗挖隧道區(qū)域內(nèi)的K，a數(shù)值，為后續(xù)提供完善的爆破參數(shù)。

（4）通過爆破試驗(yàn)衡量隧道洞門防護(hù)設(shè)施的可靠性問題。

（5）通過爆破試驗(yàn)完善設(shè)計(jì)和施工工藝，獲取各種爆破方式的最佳參數(shù)，提高爆破施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題。

3.2 爆破試驗(yàn)的方案

區(qū)間隧道的爆破試驗(yàn)區(qū)域選擇在右線隧道的進(jìn)口處，該區(qū)域距離次高壓燃?xì)夤芫€相對(duì)較遠(yuǎn)。

3.2.1 爆破延時(shí)確定試驗(yàn)方案

隧道爆破試驗(yàn)在進(jìn)口端進(jìn)行，先做3組單孔試驗(yàn)，再做5組全斷面群孔試驗(yàn)，最終確定最佳延時(shí)間隔差。單孔試驗(yàn)，藥量1 kg，群孔試驗(yàn)采取進(jìn)尺1～1.5 m全斷面開挖，孔間延時(shí)分別為4 ms、5 ms、6 ms、7 ms與8 ms，可根據(jù)試驗(yàn)效果，補(bǔ)充試驗(yàn)，確定減振效果。

3.2.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)

振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)布設(shè)在隧道上方的地表，以拱頂正上方為1號(hào)測(cè)點(diǎn)，向隧道一側(cè)不同距離分別布設(shè)另外4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)距1號(hào)測(cè)點(diǎn)分別為10、25、35、45 m，其中5號(hào)測(cè)點(diǎn)布置在次高壓燃?xì)夤苌戏剑瑴y(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

3.3 確定隧道爆破最佳延時(shí)時(shí)間

電子雷管的最大優(yōu)勢(shì)就是延時(shí)時(shí)差可調(diào)，延時(shí)精度高，利用該特點(diǎn)使波形疊加干擾降振技術(shù)由理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，最大化地降低爆破振動(dòng)。該技術(shù)最關(guān)鍵的是確定合理的延時(shí)時(shí)差，保證波形能發(fā)生錯(cuò)相疊加，達(dá)到減振的目的。該延時(shí)時(shí)差和地質(zhì)條件、地形條件、爆破方式與裝藥結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

通過系列試驗(yàn)并分析，認(rèn)為采用5 ms的孔間延時(shí)間隔能達(dá)到最佳干擾減振的目的，因此確定隧道爆破的最佳延時(shí)時(shí)差為5 ms。在該爆破條件下，掏槽孔采用電子雷管，孔間5 ms延時(shí)逐孔起爆，其余孔用非電雷管跳段的起爆方式，能滿足次高壓燃?xì)夤鼙普駝?dòng)≤2 cm/s和隧道一次開挖循環(huán)進(jìn)尺1.2 m的要求。在后續(xù)的爆破中可以統(tǒng)一采用這樣的爆破方式。

4 爆破施工安全防護(hù)

4.1 孔口堵塞

堵塞作用是使炸藥在受約束條件下能充分爆炸以提高能量的利用率，因此堵塞長(zhǎng)度應(yīng)不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥（砂∶黏土∶水=3∶1∶1）。要求堵塞密實(shí)，不能有空隙或間斷。

4.2 隧道洞口飛石防護(hù)

該隧道洞口屬于區(qū)間和車站明挖和暗挖交界的區(qū)域，對(duì)爆破飛石控制要求高。在隧道采用爆破開挖過程中，隧道洞口防護(hù)方面目前主要采用洞口處垂直線路方向搭設(shè)雙層鋼管排架防護(hù)、臨時(shí)交通管制、掌子面采用的橡膠被、鐵絲網(wǎng)、竹片等防護(hù)措施。

為解決石質(zhì)地鐵隧道明暗交界段采用爆破施工過程中洞口飛石的問題，本工程采用了多個(gè)防護(hù)框架組合，配合起吊繩、小型絞車因地制宜地組合防護(hù)裝置來解決爆破安全防護(hù)的問題。本防護(hù)裝置的關(guān)鍵要點(diǎn)如下。

（1）該裝置主要有以下幾個(gè)部分組成：矩形鋼管框、防護(hù)裝置上部錨固裝置、矩形鋼管框連接繩與防護(hù)裝置起吊裝置等組成。

（2）根據(jù)隧道斷面寬度和高度確定單幅矩形鋼管框的長(zhǎng)度與寬度（寬度一般超過隧道最大寬度1 m，高度1 m），采用鋼管焊接而成，根據(jù)實(shí)際需要在框內(nèi)加筋（焊接縱向鋼管）。在框內(nèi)覆蓋薄鐵皮，同時(shí)在鐵皮上覆蓋廢棄橡膠板，覆蓋鐵皮及橡膠板的寬度與單幅鋼管框相等，高度超過單幅鋼管框的高度10 cm，方便兩幅鋼管框在搭界時(shí)鐵皮和橡膠板的重合。單幅矩形鋼管框按照需要順序進(jìn)行拼接，其中第一幅和最后一幅分別焊接四個(gè)半橢圓形的吊環(huán)，吊環(huán)的位置位于矩形鋼管框的中間，用于連接固定繩和通過起吊繩，其中兩個(gè)吊環(huán)為固定吊環(huán)，兩個(gè)吊環(huán)為通過吊環(huán)，如圖2所示。

（3）中間部分的單幅矩形鋼管框在豎向鋼管上焊接兩個(gè)半橢圓形的吊環(huán)，用于通過起吊繩。單幅矩形鋼管框之間采用高強(qiáng)鋼絞線進(jìn)行連接，卡頭固定，保證兩幅的連接強(qiáng)度及旋轉(zhuǎn)空間。

（4）連接成整體的矩形鋼管框覆蓋在隧道洞口，采用鋼絲繩和螺紋鋼分別通過最上面一幅的兩個(gè)吊環(huán)固定在明挖段基坑的冠梁上，同時(shí)采用兩根鋼絲繩從上到下通過每幅矩形鋼管框的起吊吊環(huán)，鋼絲繩在最下面的矩形框鋼管上的吊環(huán)上伸出兩根鋼絲繩進(jìn)行搭接，最終通過單根鋼絲繩與固定在明挖段基坑混凝土支撐上的絞車相連，通過起吊鋼絲繩的收起和放下實(shí)現(xiàn)整體鋼管框的卷起和展開，如圖3所示。

（5）在隧道進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，將鋼管框整體展開，覆蓋在隧道洞口，當(dāng)爆破結(jié)束后進(jìn)行出渣工作時(shí)，通過絞車將鋼管框卷起，并通過螺紋鋼吊桿將鋼管框最下部懸吊在基坑混凝土的支撐上，確保整體鋼管框的安全。

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