復雜環(huán)境城市地鐵大斷面鉆爆開挖施工技術(shù)研究

王敬賓

(中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250002)

0 前 言

鉆爆開挖是城市地鐵修建中常用的方法，具有適應性強、操作簡單、機械化程度高、成本低等優(yōu)點[1]。在城市地鐵建設(shè)中鉆爆開挖時，受周邊建筑物、管線等因素影響較大：老舊城區(qū)建筑、管線已使用較長年限，對爆破振速敏感，同時隨著城市地鐵的逐年修建，居民已比較熟悉爆破施工，有很高的維權(quán)意識。在老舊城區(qū)復雜環(huán)境城市地鐵建設(shè)中，如何控制爆破振速，減輕對周邊環(huán)境的不利影響、減少惡性投訴，是礦山法施工的重難點，尤其大斷面爆破施工時，施工難度成倍增加，是整條線路的施工重難點[2]。

1 工程概況

山東青島市地鐵1號線海小區(qū)間從海泊橋車站(第19座車站)沿人民路向北至穿過南寧路、撫順路，下穿人民路立交橋，進入小村莊車站(第20座車站)。線路主要位于人民路下方，道路兩側(cè)分布有大量的老舊居民樓及商鋪，樓層高1～8層。人民路為城市干道，地面車輛較多，交通較繁忙，道路及兩側(cè)分布有大量的熱力、電力、郵電通信、有線電視、污水、雨水、自來水等管線。區(qū)間右線長1 061.475 m，左線長1 061.119 m。海小區(qū)間采用“礦山法+TBM法”施工，暗挖段長約413.5 m，采用礦山法施工。海小區(qū)間暗挖段共分為14種斷面支護形式，斷面形式復雜，其中大斷面寬約23.3 m、高約15.2 m，施工難度大。

海泊橋站～小村莊站區(qū)間地形略有起伏，第四系土層素填土層厚0.5～5.2 m，粉質(zhì)黏土層厚0.8～6.0 m，中、粗砂層厚2.2～6.4 m；下伏基巖均主要為燕山晚期花崗巖，局部夾雜花崗斑巖、煌斑巖，從上往下風化程度逐步減弱，依次為強風化、中風化、微風化，局部發(fā)育塊狀碎裂巖和節(jié)理密集帶。區(qū)間隧道埋深20～29 m，圍巖分級主要為Ⅲ1～Ⅳ2級，Ⅲ1～Ⅲ2級圍巖穩(wěn)定性較好；Ⅳ1～Ⅴ2級圍巖穩(wěn)定性較差。

2 振動程度分析

依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)爆破振動安全允許標準規(guī)定[3]：一般民用建筑物的安全允許振速為2 cm/s，重要或老舊建筑多為1.5 cm/s，甚至1 cm/s，自來水、熱力、通信、電力等敏感地下管線安全允許振速為1.0 cm/s，爆破振速控制越來越嚴格。

爆破常用雷管有電雷管、導爆管雷管等，炸藥有硝銨炸藥、乳化炸藥等[4]。為確保爆破施工安全及爆破效果，炸藥采用2號巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32 mm；雷管采用8號耐水型毫秒導爆管雷管第2系列，共21個段位。

B斷面圍巖為Ⅳ2級，屬中硬巖層。施工范圍內(nèi)有1棟1997年建成的6層居民樓，結(jié)構(gòu)形式為底部二層框架抗震墻托六層砌體，基礎(chǔ)為混凝土柱基、毛石條基，與B斷面水平凈距4.8 m，垂直凈距17.9 m；同時施工范圍內(nèi)存在自來水、高壓電、雨水、污水等管線，埋深1～3 m，距大斷面拱頂21～23.5 m。根據(jù)設(shè)計要求：居民樓安全振速要求為1.5 cm/s，自來水、高壓電管線安全振速為1.0 cm/s，雨水、污水管線安全振速為1.5 cm/s，安全振速按照1.0 cm/s的要求控制，確保周邊建筑、管線安全。

3 優(yōu)化爆破設(shè)計

B斷面(見圖1)寬度為12.3 m，高度為9.9 m，采用臺階法開挖，出渣方式為“挖掘機+四輪車”。為加快施工進度，不采用上下臺階高度均分的形式開挖，上臺階高度約8.3 m，下臺階高度約1.7 m，上臺階需一次爆破開挖成型，每循環(huán)進尺1.5 m。由于第2系毫秒導爆管雷管需跳段使用可以達到較好的爆破效果，按照常規(guī)的爆破設(shè)計，共有11個段落可用，為減少單段起爆藥量，降低振速，現(xiàn)有雷管段數(shù)已無法滿足施工需要。

圖1 海小區(qū)間B斷面示意圖

“多打孔、少裝藥、多分段”是控制爆破振速最有效的手段[5]。以滿足爆破安全允許振速要求為前提，當隧道斷面小時，第2系毫秒導爆管雷管的段數(shù)可以滿足一次爆破“多分段”的需要，對于該斷面上臺階(12.3 m×8.3 m)現(xiàn)有第2系毫秒導爆管雷管的段數(shù)已無法滿足一次爆破需要。

為實現(xiàn)B斷面上臺階一次爆破施工的需要，通過以下方面優(yōu)化爆破設(shè)計：①采用“孔內(nèi)+孔外”分段的連線方式，間接增加雷管“段位”，實現(xiàn)“多打孔、少裝藥、多分段”的原則；②段位選用時，段位間隔時間為50 ms的倍數(shù)為優(yōu)；③合理分區(qū)，將斷面化整為零，先有雷管段數(shù)滿足每個區(qū)域爆破需要；④掏槽區(qū)采用二級掏槽，同時設(shè)置中孔，增加臨空面，降低掏槽眼裝藥量，提高爆破效果。

4 合理的鉆爆方案和參數(shù)

依據(jù)青島地區(qū)相關(guān)工程施工經(jīng)驗，炸藥單耗為0.5～1.1 kg/m3。根據(jù)地質(zhì)情況及設(shè)計要求，炮眼深度與循環(huán)進尺選定如下：上臺階每循環(huán)進尺1.5 m，炮眼利用率為90%，一級掏槽眼角度60°，深度為1.5 m，二級掏槽眼角度45°，深度為2.5 m；掘進炮眼深度為1.7 m，周邊眼深度為1.7 m，外插角度3°。

5 爆破安全試驗

參照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)光爆孔參數(shù)表及地區(qū)爆破施工經(jīng)驗[6]，周邊眼間距E選為500 mm，周邊眼間抵抗線W選為600 mm。上臺階掏槽區(qū)域中心設(shè)置1個中空，孔徑不小于100 mm。光爆孔參數(shù)見表1。

表1 光爆孔參數(shù)表

上斷面分5個區(qū)同時爆破，不同區(qū)域孔外連接管段位不同，間隔選用，以錯開段位：1區(qū)采用1段雷管連接，2區(qū)采用3段雷管連接，3區(qū)采用5段雷管連接，4區(qū)采用7段雷管連接，5區(qū)采用9段雷管連接。

根據(jù)第2系毫秒導爆管雷管各段位延時時間，對各個小區(qū)域中的雷管進行試配，以滿足“孔外+孔內(nèi)”延時時間不相同、間隔時間為50ms的倍數(shù)的要求。為提高網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性，連線管均為雙發(fā)。根據(jù)炮眼布置見圖2。

圖2 海小區(qū)間B斷面臺階法上臺階炮眼布置平面圖

炮眼有掏槽眼、掘進眼、周邊眼[7]3種，通過經(jīng)驗公式驗算，以7.2 kg最大單段起爆藥量滿足振速控制要求。

經(jīng)過爆破試驗如圖3，實際測得最大爆破振速為0.57 cm/s，滿足振速控制要求。

圖3 最大爆破振速時程圖

6 結(jié) 論

經(jīng)過理論與實際驗證，優(yōu)化后的爆破設(shè)計方案可行，既能在安全允許振速范圍內(nèi)實現(xiàn)大斷面一次性爆破成型，又能取得較好的經(jīng)濟效果，值得在類似工程推廣應用。

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