海陸交互地層盾構(gòu)孤石爆破法處理方案研究

吳美強(qiáng)

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建福州 350014)

0 引言

為了解決市內(nèi)交通擁擠狀況，諸多大中型城市都開展了城市軌道交通建設(shè)。從目前國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)情況來(lái)看，盾構(gòu)是一種比較常用的施工方法，但是土層中的孤石會(huì)使得盾構(gòu)施工處于停頓狀態(tài)。對(duì)于孤石的處理，王鵬華分析了盾構(gòu)隧道施工中的孤石處理方法，總結(jié)了各項(xiàng)目孤石處理的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，得出了不同地質(zhì)條件和不同工況條件下有效的孤石處理技術(shù)，爆破法就是其中比較有效的一種方法[1]。吳載清專門針對(duì)跨海盾構(gòu)區(qū)孤石問(wèn)題進(jìn)行了爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、爆破方案實(shí)施等研究[2]。陳寬義就針對(duì)孤石群設(shè)計(jì)了深孔爆破，給出了爆破參數(shù)，建立了孤石爆破破碎塊控制模型，取得了良好的效果[3]。肖建輝等專門對(duì)淺埋盾構(gòu)隧址區(qū)孤石爆破預(yù)處理方案與鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究[4]。王彥紅針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下孤石深孔爆破控制技術(shù)進(jìn)行了研究[5]。由此可以看出，爆破法可以較好地適應(yīng)各種情況下孤石的處理。

廈門作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)特區(qū)，于2013年11月13日正式開工建設(shè)軌道交通。由于廈門特殊的地理位置，軌道交通需要連接廈門島與大陸區(qū)域，使得其軌道交通建設(shè)面臨復(fù)雜的環(huán)境。本文結(jié)合廈門軌道交通建設(shè)，針對(duì)海陸交互地層盾構(gòu)孤石爆破處理方案進(jìn)行專門研究。

1 工程概況

集誠(chéng)區(qū)間右線476環(huán)、526環(huán)(豎井旁)、551環(huán)(豎井后)與杏林灣水庫(kù)孤石及基巖突起采用旋挖鉆機(jī)處理孤石，以集誠(chéng)區(qū)間右線526環(huán)(豎井旁)為例，對(duì)爆破法處理孤石在廈門地鐵中的應(yīng)用展開研究。

集誠(chéng)區(qū)間右線526環(huán)(豎井旁)孤石所處位置工程地質(zhì)自上而下情況為殘積可塑狀砂質(zhì)粘性土、殘積硬塑狀砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)分化花崗巖，富水性強(qiáng)，透水性好，地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 孤石所處位置地質(zhì)縱剖面圖

2 孤石探測(cè)

【集美中心站～誠(chéng)毅廣場(chǎng)站】盾構(gòu)區(qū)間右線YDK24+008～YDK24+026段在補(bǔ)勘期間發(fā)現(xiàn)存在對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)影響較大的中、微風(fēng)化花崗巖孤石，其中孤石位于集美區(qū)集美新城的市民公園西北側(cè)的邊坡處，如圖2所示。孤石西側(cè)為該工程左線豎井，豎井壁圍護(hù)樁有兩根樁位于該孤石的一角(即與該孤石相連，如圖3所示)。

對(duì)該孤石進(jìn)行詳細(xì)勘探，孤石沿盾構(gòu)掘進(jìn)軸線方向長(zhǎng)度約17.88m，寬度10.96m，布滿盾構(gòu)掘進(jìn)橫斷面(盾構(gòu)掘進(jìn)斷面寬度6.48m)，厚度8.05m，其中對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)產(chǎn)生影響的最大厚度為4.05m，需爆破的方量約700m3。橫、縱斷面如圖4所示。

圖2 孤石所處位置實(shí)景圖

圖3 孤石與豎井平面位置關(guān)系示意圖

圖4 孤石位于盾構(gòu)掘進(jìn)面橫、縱斷面示意圖

孤石東側(cè)、東南側(cè)及南側(cè)為市民公園山體，在距離孤石約130m山頂上有一處新建的集美塔，孤石北側(cè)為在建的誠(chéng)毅大街。孤石周圍50m范圍內(nèi)沒有燃?xì)夤芫€、電線電纜等市政管線經(jīng)過(guò)。

孤石西北側(cè)約197m為西亭村民房，東北側(cè)約115m為在建鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓房，西側(cè)約140m為已建誠(chéng)毅書城。在豎井基坑圍擋內(nèi)為該工程項(xiàng)目部的臨時(shí)活動(dòng)板房，距離孤石約37m。爆破區(qū)域詳細(xì)情況如表1所示。

3 孤石處理

該工程需爆破處理的孤石埋在地下較深土層中，不會(huì)產(chǎn)生飛石，故不考慮爆破飛石和爆破沖擊波的影響，主要控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑的影響，爆破時(shí)應(yīng)控制最大段藥量，減小爆破振動(dòng)的影響，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)不得對(duì)西側(cè)的豎井圍護(hù)樁產(chǎn)生嚴(yán)重破壞作用。

為了便于施工和準(zhǔn)確控制鉆孔方向，采用垂直鉆孔形式。鉆孔過(guò)程中用泥漿護(hù)孔，必要時(shí)下鋼套筒。土層鉆孔孔徑、巖石鉆孔孔徑為110mm～120mm，成孔后用90mm～110mmPVC套管護(hù)孔，爆破前孔口需遮蓋，防止異物掉入堵塞炮孔。

圖5 爆破孔分區(qū)示意圖

為了加快孤石爆破的施工效率，孤石爆破暫定為5個(gè)爆破分區(qū)，先爆距離豎井圍護(hù)樁最遠(yuǎn)的區(qū)域，同時(shí)對(duì)豎井圍護(hù)樁進(jìn)行爆破振動(dòng)速度和位移等監(jiān)測(cè)。按計(jì)劃，處理該孤石總計(jì)所需鉆孔259個(gè)，按距離豎井距離的遠(yuǎn)近，由北往南、由東往西的順序進(jìn)行，先爆破北端的一區(qū)，再依次爆破二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整其他區(qū)域的分區(qū)數(shù)量和一次爆破的規(guī)模，將爆破對(duì)豎井及周邊其他建(構(gòu))筑物影響控制在安全允許的范圍內(nèi)，爆破孔分區(qū)如圖5所示。(其中圖中六區(qū)如果通過(guò)勘探，其寬度小于3m的話，在二區(qū)、三區(qū)爆破之前先采取爆破破碎)。爆破流程如圖6所示。

圖6 爆破施工流程圖

(1)裝藥孔：采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，土層鉆孔孔徑、巖石鉆孔孔徑均為110mm～120mm，下直徑90mm～110mmPVC套管護(hù)孔。

(2)減振孔：為防止爆破時(shí)對(duì)豎井基坑圍護(hù)樁產(chǎn)生破壞，提高減振孔的減振效果，在靠豎井基坑一側(cè)距離盾構(gòu)掘進(jìn)邊線1.5m處鉆2排減振孔，減振孔孔徑127mm，下直徑110mmPVC套管護(hù)孔，孔距20cm，排距20cm，鉆孔深度大于裝藥孔50cm以上且應(yīng)超過(guò)豎井基坑底板深度，如圖7所示。

圖7 減振孔布置平面示意圖

(3)隔離孔：為防止一個(gè)爆區(qū)爆破時(shí)，破壞與之相臨的其他爆區(qū)的巖的完整性，從而影響后續(xù)順利鉆孔，在爆破區(qū)與區(qū)之間分別密鉆2排隔離孔，隔離孔孔徑為127mm，下直徑110mmPVC套管護(hù)孔，孔距20cm，排距20cm，鉆孔深度大于裝藥孔50cm以上。

(4)炸藥：為了便于控制制作的藥柱的直徑，使炸藥均勻布滿在鉆孔內(nèi)的巖石中，該工程炸藥選取φ32mm 2#巖石乳化炸藥，以防水膠布綁扎后制作成不同直徑的藥柱段，放入PVC管內(nèi)而制作成爆破所需的藥柱。

為了達(dá)到爆破后盾構(gòu)機(jī)能順利出碴的要求，同時(shí)考慮施工工期的要求，爆破裝藥孔的孔、排距，爆破一區(qū)～爆破四區(qū)為a×b=0.8m×0.7m，即沿盾構(gòu)掘進(jìn)橫斷面方向每間隔0.8m鉆1個(gè)孔，沿盾構(gòu)掘進(jìn)縱斷面方向每間隔0.7m鉆1排孔，排間炮孔三角形布置，鉆孔深度超過(guò)盾構(gòu)開挖邊界1.0m。為了進(jìn)一步減小爆破振動(dòng)對(duì)豎井圍護(hù)樁的影響，靠近豎井圍護(hù)樁的爆破五區(qū)孔、排距調(diào)整為a×b=0.6m×0.5m，從而減小單孔裝藥量，如圖8所示。

圖8 各爆區(qū)孔排距布置示意圖

(5)裝藥結(jié)構(gòu)

該工程孤石爆破采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的巖石厚度，將計(jì)算的藥量制作成不同直徑的藥柱，使藥柱長(zhǎng)度與巖石厚度一致，從而使炸藥能均勻地分布在巖石內(nèi)部，如圖9所示。

圖9 盾構(gòu)孤石連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

(6)藥包加工

炮孔驗(yàn)收合格后，對(duì)裝藥爆區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置警戒，開始加工藥包。首先準(zhǔn)備直徑75mmPVC管，根據(jù)鉆

孔隊(duì)提供的鉆孔參數(shù)和驗(yàn)孔情況，計(jì)算好單孔裝藥量和藥包長(zhǎng)度，將炸藥和雷管裝入PVC管內(nèi)指定的位置，PVC管兩端應(yīng)進(jìn)行密封處理(抗壓)。由于孔內(nèi)有水及少量泥漿，為了順利裝藥，需對(duì)藥包適當(dāng)配重。PVC管的長(zhǎng)度需根據(jù)藥包長(zhǎng)度和配重長(zhǎng)度來(lái)截取，如圖10所示。

圖10 藥包裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

式中：L——所取PVC管長(zhǎng)度；L1——藥包長(zhǎng)度；L2——配重長(zhǎng)度。

(7)爆破效果的判定及爆破參數(shù)的調(diào)整

按照上述方案，對(duì)該處的孤石進(jìn)行試爆后，應(yīng)通過(guò)地質(zhì)鉆取孔檢驗(yàn)巖石破碎情況。若仍存在大于30cm邊長(zhǎng)的塊石，則加大炸藥單耗、減小孔排距。

4 結(jié)論

本文針對(duì)海陸交互地層地鐵盾構(gòu)施工中常見的孤石處理所用的爆破法問(wèn)題進(jìn)行研究，主要開展了以下研究工作：

(1)根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料確定孤石位置，結(jié)合周圍環(huán)境，確定了孤石爆破安全距離。

(2)依據(jù)取芯材料確定孤石強(qiáng)度從而確定爆破參數(shù)。確定炮孔位置后，鉆孔裝藥，檢查炸藥質(zhì)量、雷管等，最后起爆并進(jìn)行爆后檢查，通過(guò)鉆孔取芯確定爆破質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益高，實(shí)用于地面空曠，地表沉降要求不高的條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鵬華.不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)工程孤石處理工藝及實(shí)例[J].隧道建設(shè),2012,32(4):571-575.

[2] 吳載清.跨海盾構(gòu)區(qū)孤石及基巖凸起處理施工關(guān)鍵技術(shù)[J].江西建材,2016,(5):181-183.

[3] 陳寬義.孤石爆破的破碎塊體大小控制研究[J].四川建材,2017,43(4):92-93.

[4] 肖建輝,黨如嬌.淺埋盾構(gòu)隧址區(qū)孤石處理技術(shù)[J].山西建筑,2017,43(5):198-199.

[5] 王彥紅.深孔控制爆破在盾構(gòu)穿越復(fù)雜地質(zhì)條件下施工應(yīng)用[J].隧道與地下工程,2013,31(S1):119-121.