密閉條件下洞口爆破安全防護(hù)措施

袁旭東

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

1 工程概況

廈門2號(hào)線2標(biāo)一工區(qū)包括一站兩區(qū)間，其中東建區(qū)間左線長(zhǎng)987 m，右線長(zhǎng)1 002m，采用礦山法施工，共設(shè)4個(gè)豎井工作面，其中東渡路站工作面位于既有車站內(nèi)，隧道洞身范圍位于全斷面17-5微風(fēng)化花崗巖層內(nèi)，如圖1所示，巖石抗壓強(qiáng)度在120MPa以上，需實(shí)施爆破進(jìn)洞，洞口位于東渡路站站臺(tái)層端墻。

由于隧道洞口與車站結(jié)構(gòu)為零距離，如圖2所示，此暗挖工作面需要在車站內(nèi)實(shí)施洞口爆破進(jìn)洞，屬于在既有車站結(jié)構(gòu)內(nèi)密閉條件下進(jìn)行爆破施工，要求爆破振速小、聲響小、外界影響小、爆破效果好，且必須做到爆破對(duì)車站結(jié)構(gòu)無(wú)損傷，因此在合理的爆破設(shè)計(jì)和爆破控制下，對(duì)安全防護(hù)要求極高，必須全方位考慮爆破防護(hù)措施［1］。

圖1 地質(zhì)縱斷面示意

2 爆破對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響分析

爆破對(duì)車站結(jié)構(gòu)造成的影響主要為爆破振動(dòng)、爆破產(chǎn)生的飛石、爆破沖擊波沖擊破壞［2］。

圖2 東渡路站暗挖工作面

2.1 爆破振動(dòng)

當(dāng)藥包在巖石中爆破時(shí)，臨近藥包周圍的巖石會(huì)產(chǎn)生壓碎圈和破裂圈，爆破地震波可能引起結(jié)構(gòu)物的破壞［3］。

2.2 爆破飛石

爆破飛石是指在爆破作業(yè)過(guò)程中從爆破點(diǎn)拋擲到空中或沿地面拋擲的雜物、泥土、砂石等物質(zhì)，爆破飛石會(huì)對(duì)站內(nèi)結(jié)構(gòu)以及車站內(nèi)部固定設(shè)備造成破壞［4］。

2.3 爆破沖擊波

爆破空氣沖擊波是爆破產(chǎn)生的空氣內(nèi)的一種壓縮波。炸藥在空氣中爆炸，具有高溫高壓的爆炸產(chǎn)物直接作用在空氣介質(zhì)上［5］，爆破空氣沖擊波帶來(lái)較大的危害，可以造成建筑物、設(shè)備等不同程度的破壞和損傷。

3 爆破控制

3.1 爆破振動(dòng)控制

在車站主體結(jié)構(gòu)與隧道之間增設(shè)隔震槽，使爆破作用面與車站結(jié)構(gòu)隔開，防止隧道爆破對(duì)車站主體結(jié)構(gòu)造成擠壓和剪切破壞。

采用風(fēng)槍鉆沿上臺(tái)階開挖輪廓線打設(shè)直徑50 mm小孔，間距5～10 cm，沿輪廓線打設(shè)三排，第一排為減震空孔，第二、三排分區(qū)段預(yù)裂，最終形成5～15 cm寬的隔振槽。鉆孔完成后采用聚能管水壓爆破技術(shù)［6］（藥量小，體積均勻，振動(dòng)小，定向爆破），形成隔震槽，以緩沖、反射開挖爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波，控制其對(duì)保留巖體的破壞，最大程度減小爆破振動(dòng)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)的影響，再實(shí)施爆破進(jìn)洞施工。

3.2 爆破飛石控制

隧道掘進(jìn)采用臺(tái)階法爆破施工，距離隧道洞口約25 m范圍內(nèi)的爆破飛石均可能會(huì)對(duì)站內(nèi)結(jié)構(gòu)物造成破壞。大股飛石主要來(lái)源于上臺(tái)階中心掏槽部位，尤其采用大夾角楔形掏槽時(shí)沿軸向飛出的大塊飛石，可以通過(guò)改進(jìn)掏槽技術(shù)減小飛石塊度，進(jìn)而減小飛石對(duì)保護(hù)對(duì)象的沖擊力。為減小爆破飛石塊度，擬增加掏槽眼中間分布眼，采用段位介于掏槽眼段位與掏槽輔助眼段位之間，既不影響掏槽效果，又能減小石塊體積。下臺(tái)階有少量飛石，但可以通過(guò)改變最小抵抗線方向來(lái)控制爆破飛石拋擲方向［7-9］。

3.3 爆破沖擊波控制

加強(qiáng)炮泥堵塞，無(wú)藥部分全部采用炮泥堵塞，減小對(duì)炮孔前方的沖擊力，進(jìn)而減小沖擊波對(duì)結(jié)構(gòu)物的破壞力［10］。

4 爆破防護(hù)措施

目前在隧道采用爆破開挖過(guò)程中，隧道洞口防護(hù)方面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、掌子面采用橡膠被、鐵絲網(wǎng)、竹片等措施［11］。因本工程的洞口爆破是在既有車站內(nèi)進(jìn)行，且洞口與車站結(jié)構(gòu)距離為零，爆破防護(hù)效果要確保爆破對(duì)車站結(jié)構(gòu)無(wú)損傷，通過(guò)多次比選討論，采取自制鋼管竹排架的防沖擊防護(hù)和對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)柔性包裹的全方位防護(hù)措施。

4.1 對(duì)車站結(jié)構(gòu)內(nèi)部的防沖擊防護(hù)

（1）防護(hù)措施及防護(hù)材料

采用竹排和φ50鋼管在洞門端頭搭設(shè)鋼管排架，鋼管排架阻擋飛石進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以免飛石對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成損壞，且能對(duì)爆破沖擊波起到消聲效果，竹排之間留有3 cm的間隙，既能阻止飛石，又能讓一部分沖擊波氣流通過(guò)，降低對(duì)鋼管排架的損壞風(fēng)險(xiǎn)；上部為加密區(qū)，因?yàn)轱w石主要為上臺(tái)階掏槽飛石。

（2）防護(hù)排架安裝

采用φ50鋼管，先安裝水平鋼管，再安裝豎向鋼管，鋼管交叉點(diǎn)用扣件連接，上部為加密區(qū)，加密鋼管設(shè)置，鋼管間距及布置如圖3所示。

圖3 防護(hù)排架布置

鋪設(shè)竹排，將竹排水平鋪設(shè)在豎向鋼管上，用3 mm鐵絲固定，相鄰竹排預(yù)留3 cm寬縫隙。上部加密區(qū)鋪設(shè)雙層竹排，其他部位鋪設(shè)單層竹排。鋼管排架底部100 cm高度范圍可將竹排設(shè)置到內(nèi)側(cè)，便于拆卸，以免爆破后渣土將下部竹排卡死。

（3）防護(hù)排架設(shè)置

每道防護(hù)排架的寬度大于爆破洞口的寬度，上部高出爆破洞口的上邊緣；共需設(shè)置5道防護(hù)排架，鄰近爆破洞口的第一道防護(hù)排架距離洞口3～5 m，通過(guò)電動(dòng)葫蘆和起吊鋼絲繩安裝在車站主體的中板下方，并在電動(dòng)葫蘆的作用下垂直升降，其他防護(hù)排架按照5～10 m的間距分布，分別通過(guò)起吊鋼絲繩和吊鉤固定安裝在車站主體的中板下方，每道防護(hù)排架是由單排鋼管架和防護(hù)竹排組成，防護(hù)竹排平面鋪設(shè)在單排鋼管架的其中一側(cè)，并與單排鋼管架固定，如圖4所示。

采用單排鋼管架與竹排組合，配合起吊鋼絲繩，因地制宜組合防護(hù)裝置解決爆破安全防護(hù)問(wèn)題，可有效防護(hù)隧道洞口爆破飛石，保護(hù)車站結(jié)構(gòu)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)防護(hù)裝置的快速布設(shè)和撤離、防護(hù)裝置的多次重復(fù)利用等目的，確保防護(hù)效果、提高防護(hù)設(shè)備的重復(fù)利用性、縮短防護(hù)工序的作業(yè)時(shí)間，顯著提升爆破作業(yè)施工技術(shù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

圖4 防護(hù)排架安裝完成

4.2 對(duì)洞門、立柱、側(cè)墻等結(jié)構(gòu)柔性防護(hù)

爆破作業(yè)前采用塑料泡沫、土工布、聚乙烯板等緩沖材料對(duì)洞門結(jié)構(gòu)、立柱等進(jìn)行包裹，如圖5、圖6所示，能對(duì)小股飛石沖擊起到緩沖、保護(hù)的作用，以免飛石對(duì)外伸結(jié)構(gòu)角造成損壞。

圖5 土工布對(duì)立柱包裹防護(hù)

圖6 聚乙烯板對(duì)側(cè)墻包裹防護(hù)

4.3 注意事項(xiàng)［12］

（1）按警戒距離劃定警戒區(qū)，設(shè)置防護(hù)人員，疏散施工人員，撤離施工機(jī)具到安全地點(diǎn)，并由專人負(fù)責(zé)檢查，當(dāng)符合安全要求并在防護(hù)工作一切就緒后，方可發(fā)出點(diǎn)炮信號(hào)。

（2）首次組裝和后期吊裝時(shí)必須有專職安全員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，嚴(yán)格遵守吊裝程序。

（3）每次爆破前檢查包裹緩沖材料以及竹排與鋼管鏈接狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，對(duì)于損壞的組件及時(shí)更換。

5 爆破防護(hù)效果

試爆完成后，爆破飛石及空氣沖擊波沖擊使前三排鋼護(hù)排架傾倒，但排架鋼管骨架無(wú)損壞，僅局部竹排有些許破損，第四排防護(hù)排架完好無(wú)損，且無(wú)任何飛石穿過(guò)第四、五排防護(hù)架；經(jīng)檢查，立柱、側(cè)墻等柔性防護(hù)材料基本完好無(wú)損，結(jié)構(gòu)無(wú)任何損傷，如圖7所示。因此結(jié)合合理的爆破參數(shù)，在達(dá)到爆破效果的同時(shí)，采用的爆破防護(hù)措施切實(shí)可行、有效。

圖7 爆破后防護(hù)效果

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)爆破對(duì)結(jié)構(gòu)物影響分析，采取了爆破控制，加強(qiáng)了爆破防護(hù)措施，對(duì)車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面防護(hù)，對(duì)爆破影響范圍內(nèi)站內(nèi)結(jié)構(gòu)表面采用柔性緩沖材料包裹，增加防爆簾布、鋼管竹排架等有效措施后，在保證爆破進(jìn)洞效果的前提下實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)結(jié)構(gòu)完全無(wú)損，確保了安全進(jìn)洞。