城市環(huán)境中地鐵豎井爆破施工及監(jiān)測分析

邵 飛

(中鐵十局集團建筑工程有限公司,山東 濟南 250101)

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

廈門火車站城市軌道交通預(yù)留工程是廈門火車站綜合交通樞紐的重要組成部分，在完善城市綜合交通體系、提升旅客服務(wù)水平等方面具有重要意義。預(yù)留工程折返線隧道位于廈門火車站旅客地道正下方，軌道交通軸線與旅客地道軸線投影重合；全長350 m，采用雙線單洞斷面，線間距5 m，埋置深度15.4 m～15.7 m。折返線隧道端頭2個豎井，其中北豎井位于火車站廣場，南豎井位于金榜山北側(cè)火車站南廣場施工工地附近，金榜山和既有道路中間，且既有道路靠火車站側(cè)有深基坑正在施工，施工場地狹窄。

南豎井軸線與區(qū)間右線交點里程為AK0+177.273，斷面形狀及內(nèi)凈空尺寸為9 m×12 m的矩形斷面，井深36.91 m。豎井周圍無重要建筑物，豎井支護結(jié)構(gòu)為地面下3 m，井口設(shè)置C35鋼筋混凝土鎖口圈梁，地下3 m～10 m段采用格柵鋼架、C25網(wǎng)噴混凝土加φ32×3.5 m錨管的聯(lián)合支護，地下10 m至井底段采用格柵鋼架、C25網(wǎng)噴混凝土加φ25×3.5 m砂漿錨桿的聯(lián)合支護；初期支護厚度為35 cm，保護層厚度內(nèi)外均為4 cm，施工豎井除地表下3 m井口段范圍內(nèi)一次開挖并襯砌外，其余以下部分隨挖隨支護。豎井后期兼做風(fēng)井，作為永久結(jié)構(gòu)。

1.2 地形地貌及地層特性

1.3 周圍環(huán)境情況及安全要求

爆區(qū)周邊環(huán)境較為復(fù)雜。南豎井東側(cè)為活動房，距離為40 m；西側(cè)為金榜南路，距離為10 m；南側(cè)為金榜山，距離為20 m；北側(cè)火車站南廣場在建候車樓，距離為180 m。要求爆破對附近建筑物不得造成損傷，同時避免爆破個別飛散物，不得對人員和車輛造成傷害。在文明施工方面，要求爆破噪聲不得影響周邊居民正常的生活和工作。

2 爆破設(shè)計

2.1 爆破設(shè)計原則及方案選擇

為確保工程工期、保證質(zhì)量，根據(jù)規(guī)范[1]，結(jié)合工程現(xiàn)場的實際情況，確定該工程為大斷面豎井掘進爆破，爆破設(shè)計原則為[2，3]：

1)在豎井地面不平整的地段，利用巖石的斜面部分做自由面，分臺階進行垂直淺孔松動爆破。

2)為減少爆破的不利影響，在豎井中巖面平整的地段，先在豎井中爆破開挖小豎井，然后以小豎井為自由面，分臺階爆破。

3)起爆順序的原則為先起爆的炮眼應(yīng)為后爆炮眼創(chuàng)造自由面。采用毫秒微差導(dǎo)爆管雷管控制段起爆藥量，一段起爆藥量根據(jù)薩道夫斯基爆破振動速度公式確定。

4)周邊眼采用光面爆破，以減小爆破對圍巖的擾動，且使爆后周邊圍巖圓順。

綜合考慮工期進度要求以及周邊環(huán)境的安全，同時考慮到爆破作業(yè)區(qū)域的實際條件、巖石的構(gòu)造、施工隊伍裝備等方面的要求，豎井掘進中軟弱圍巖段采用鎬鏟作輔助開挖，巖石采用鉆爆法開挖，出碴采用卷揚機垂直運輸方式，鋼模板配合混凝土泵灌注襯砌。爆破中采用“分步開挖、先開挖小豎井部分，后分臺階開挖剩余部分”的開挖方案；小豎井采用“楔形掏槽，非光面爆破”，其他部位“分臺階松動爆破，周邊孔光面爆破”爆破方案。

2.2 爆破器材及參數(shù)選擇與裝藥量計算

2.2.1選用爆破器材

炸藥選用φ32 mm的2號巖石乳化炸藥，光面爆破用φ25 mm的2號巖石乳化炸藥，雷管采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管(1段～20段)，起爆系統(tǒng)選用CHA-1000型起爆器及激發(fā)針。

2.2.2中央小豎井掘進爆破參數(shù)計算

1)豎井的循環(huán)進尺選1.5 m。

2)平均炸藥單耗。中間小豎井的藥量按式(1)計算：

(1)

其中，q為巖石爆破單位體積下炸藥消耗量，kg/m3；f為巖石堅固性系數(shù)；S為隧道斷面積，m2。爆破區(qū)域的圍巖基本為花崗巖，巖石堅固性系數(shù)f取5～12。故qmin取1.2 kg/m3，qmax取1.6 kg/m3。輔助垂直炮孔和光面爆破周邊孔按照經(jīng)驗分別取0.3 kg/m～0.5 kg/m和0.1 kg/m3～0.2 kg/m3。

3)輔助孔抵抗線，按式(2)計算：

W=(15～25)d

(2)

其中，W為最小抵抗線；d為炮孔直徑，mm，取40 mm；Wmin=15×40=600 mm=0.6 m；Wmax=25×40=1 000 mm=1.0 m；W取0.8 m。

4)孔距a、排距b的確定?？拙嗫砂词?3)確定。

a=m·W

(3)

其中，m為炮孔密集系數(shù)，m=0.8～1.2；排距b=(0.8～1.0)a小豎井輔助孔：a，b均取0.8 m；臺階爆破：a取1.0 m，b取0.8 m。

5)孔深與超深：豎井的循環(huán)進尺選1.5 m，臺階爆破臺階高度也為1.5 m。確定h′可按下式計算：h′=(0.08～0.35)W=0.06 m～0.28 m。取0.2 m。實際超深可根據(jù)爆破效果調(diào)整。實際鉆孔深度L=H+h′=1.5+0.2=1.7 m。

6)掏槽孔。豎井掘進先在豎井中央開挖一個3.2 m×3.2 m的小豎井，采用二級復(fù)式楔形掏槽，各對斜孔頂端的距離不得小于20 cm，掏槽孔的深度，應(yīng)比輔助孔、周邊孔深20 cm。

綜上可得，小豎井爆破炮孔布置及裝藥參數(shù)見表1。同理，計算出豎井其他部位臺階爆破參數(shù)見表2。

表1 豎井爆破開挖裝藥參數(shù)表

2.2.3裝藥、填塞設(shè)計

采用連續(xù)裝藥正向起爆結(jié)構(gòu)、連續(xù)堵塞結(jié)構(gòu)；起爆網(wǎng)路形式、起爆網(wǎng)路圖，中央小豎井采用簇聯(lián)起爆網(wǎng)路豎井其他部分爆破起爆網(wǎng)路，采用孔內(nèi)延期四通網(wǎng)狀起爆網(wǎng)路。

表2 其他部位爆破參數(shù)

3 深基坑爆破振動速度的規(guī)律

3.1 振速測試結(jié)果

爆破施工過程中對爆破分別進行了測試。測試采用拓普UBOX20016便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備和該儀器配套的垂直傳感器和水平傳感器。測點位于豎井四周，距離井壁水平邊緣分別為5 m，10 m，20 m，40 m。爆破中按照最大振速2.5 cm/s進行控制，測試得到的最大振速為1.45 cm/s。表3為豎井開挖深度分別為5 m，10 m，20 m，30 m時的不同測點的振動速度測試結(jié)果。

表3 不同測點的振動速度測試結(jié)果

3.2 振速分布特點

通過分析，可以得出以下結(jié)論：

1)豎井爆破振動速度存在一定的高程放大效應(yīng)，相對高差越大，放大系數(shù)越大，高程對爆破振動波的放大效應(yīng)明顯。

2)巖石爆破的振動持續(xù)時間較短，一般在1 s以內(nèi)，水平向和豎向的持續(xù)時間比較接近，且隨距離的增加振動持續(xù)時間有所增長。

3)振動速度隨水平距離增加而迅速地衰減，而且振動速度的衰減呈非線性，初始衰減速率較大，隨后衰減速率變小。

4 結(jié)語

實踐證明，廈門火車站城市軌道預(yù)留工程豎井爆破施工選取的參數(shù)滿足了施工進度需求，振動速度監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明了爆破滿足了周邊環(huán)境影響控制的要求。隨著城市軌道工程的發(fā)展，類似的項目會進一步增多，本文的相關(guān)參數(shù)及結(jié)論可為今后該領(lǐng)域的類似工程提供一定參考。