地鐵暗挖隧道下穿建筑物群爆破控制施工技術(shù)分析

雷庚洋

摘 要：地鐵暗挖隧道施工很容易影響附近的地表建筑物，為了保障隧道施工的順利開(kāi)展，施工單位必須對(duì)爆破施工進(jìn)行有效控制，同時(shí)采取一定的加固措施，確保地表建筑物的安全。因此，本文首先介紹了爆破產(chǎn)生破壞的機(jī)理，然后分析了地鐵暗挖隧道下穿建筑物群時(shí)爆破開(kāi)挖過(guò)程的控制方法，最后探討了具體的爆破效果，總體達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地鐵暗挖隧道;下穿建筑物群;爆破控制

中圖分類號(hào)：U231.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）29-0096-03

Abstract： The construction of underground tunnels for subways easily affects nearby surface buildings， in order to ensure the smooth development of tunnel construction， the construction unit must effectively control the blasting construction and take certain reinforcement measures to ensure the safety of the surface buildings. Therefore， this paper first introduced the mechanism of blasting damage， and then analyzed the control method of the blasting excavation process when the subway tunnel was undercut under the building group， finally discussed the specific blasting effect， and the expected goal was achieved overall.

Keywords： underground excavated tunnel;underpassing building group;blasting control

徐州市軌道交通3號(hào)線銅山副中心站～銅山新區(qū)站區(qū)間為礦山法暗挖區(qū)間，起點(diǎn)里程為左DK19+117.500（右DK19+117.500），終點(diǎn)里程為左DK20+641.077（右DK20+640.465），區(qū)間總長(zhǎng)為1 522.965雙線米。該線路出銅山副中心站后向南行進(jìn)，依次穿過(guò)軍用鐵路、玉泉河、師大人才公寓15#辦公樓、銅山區(qū)新匯熱電有限公司辦公樓及居民樓后向西拐至長(zhǎng)江西路，依次下穿石榴園小區(qū)，側(cè)穿南洋國(guó)際住宅小區(qū)、竹園小區(qū)、康樂(lè)園小區(qū)，下穿無(wú)名山公園后向南拐至黃山路，繼續(xù)向南行進(jìn)到達(dá)銅山新區(qū)站。區(qū)間隧道采用礦山法開(kāi)挖，正線隧道斷面采用單洞單線標(biāo)準(zhǔn)斷面，區(qū)間隧道主要穿越（11）2-3中風(fēng)化灰?guī)r。

1 爆破產(chǎn)生破壞的機(jī)理

通常，人們采用柱狀裝藥爆破的方式進(jìn)行隧道爆破，在進(jìn)行爆破的過(guò)程中，被破壞的圍巖可以分為受振動(dòng)區(qū)、受拉破壞區(qū)、受剪破壞區(qū)以及壓碎區(qū)。其中，出現(xiàn)直接破壞和擾動(dòng)破壞的圍巖主要是受拉破壞區(qū)、受剪破壞區(qū)以及壓碎區(qū)，圍巖的松動(dòng)范圍主要涉及這三個(gè)部分。與爆破噪聲和沖擊波超壓相比，振動(dòng)區(qū)有更廣的影響范圍，也就是說(shuō)，在城市隧道施工過(guò)程中，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)影響附近的地下管道和建筑物。為了在隧道施工中有效保護(hù)附近建筑物和地下管道，爆破時(shí)要對(duì)振頻和振速進(jìn)行嚴(yán)格控制。其中，振速控制尤為重要，在確定具體振速時(shí)要對(duì)爆炸應(yīng)力場(chǎng)和巖石爆破損傷場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。另外，在實(shí)際的施工過(guò)程中，要制定施工安全規(guī)范，確保其科學(xué)性和合理性，工作人員必須充分考慮施工隧道周圍的巖石特性和具體環(huán)境[1]。

2 爆破開(kāi)挖過(guò)程的控制

2.1 合理選擇爆破參數(shù)

在確定振速時(shí)，施工人員需要充分考慮爆眼設(shè)計(jì)和裝藥量。通常，淺埋隧道爆破使用三種技術(shù)，即毫秒延時(shí)爆破減振技術(shù)、預(yù)裂爆破隔振技術(shù)以及減振掏槽爆破技術(shù)。為了達(dá)到良好的減振效果，本研究項(xiàng)目綜合應(yīng)用毫秒延時(shí)爆破減振技術(shù)和減振掏槽爆破技術(shù)，并采用斜眼楔形掏槽，這主要是因?yàn)樵撍淼赖膸r石為震旦系中、微風(fēng)化混合花崗巖，比較堅(jiān)硬，具有良好的整體性。另外，工作人員需要利用每循環(huán)計(jì)算公式計(jì)算相應(yīng)的爆破參數(shù)。

式中，Q為隧道爆破需要的總炸藥量，kg;q為爆破1 m3巖石所需要的炸藥量，kg，具體大小需要結(jié)合實(shí)際施工情況和相關(guān)資料加以確定;S為需要開(kāi)挖爆破的面積，m2;L為炮眼深度，m，其主要參考掏槽眼深度來(lái)確定。

通常，爆破用炸藥總量的30%～35%都用于掏槽眼，還有40%～70%應(yīng)用于周邊和輔助眼，并且隧道斷面的大小、炮眼利用率、巖性以及裝藥方式等都會(huì)直接影響單位用藥量。炮眼數(shù)目的計(jì)算公式為：

式中，N為炮眼數(shù)目，個(gè);q為1 m3消耗的炸藥量，kg;s為開(kāi)挖斷面面積，m2;r為每米炮眼長(zhǎng)度裝藥量，kg/m。

為了充分保證下一循環(huán)過(guò)程中殘留炮眼痕跡的爆破效果，應(yīng)將每循環(huán)進(jìn)尺的1.1～1.2倍確定為隧道施工的炮眼深度[2]。

2.2 過(guò)建筑物段鉆爆設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)和研究隧道爆破方案的過(guò)程中，要充分考慮隧道周圍環(huán)境、圍巖情況以及控振要求等。經(jīng)過(guò)綜合考慮，本研究項(xiàng)目最終決定采用上、下臺(tái)階法分別進(jìn)行起爆。在爆破施工過(guò)程中，為了充分保障特殊地段建筑物的安全，要充分考慮一些具體建筑物的結(jié)構(gòu)特性，一般主要采用短進(jìn)尺光面微差爆破技術(shù)進(jìn)行特殊地段的爆破施工，充分保障地層的穩(wěn)定性，同時(shí)要根據(jù)相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求確定振速。目前，通常采用“三多一少”的方法進(jìn)行爆破作業(yè)，即多段、多次、多空以及微量。每次齊發(fā)爆破藥量需要逐次減少，最大限度地減輕周圍巖體受到的爆破擾動(dòng)，進(jìn)而降低地震波強(qiáng)度，同時(shí)要嚴(yán)格控制爆破振速，有效降低附近建筑物受到的影響[3]。

另外，為了使光面爆破達(dá)到最好的效果，施工人員要嚴(yán)格控制周邊炮眼的鉆孔效果。在開(kāi)挖輪廓線的過(guò)程中，炮眼間距的誤差應(yīng)控制在50 mm以內(nèi)，并以隔孔裝藥的形式設(shè)置周邊眼，以集中裝藥的形式設(shè)置輔助眼。同時(shí)，炮眼的外偏斜率應(yīng)控制50 mm之內(nèi)，深度誤差應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。如果內(nèi)圈眼的孔深超過(guò)2.5 m，那么應(yīng)以周邊眼的斜率為標(biāo)準(zhǔn)使內(nèi)圈眼斜率保持一致。從光面爆破的具體質(zhì)量要求來(lái)看，硬巖的眼痕率應(yīng)超過(guò)80%，中硬巖的眼痕率應(yīng)超過(guò)50%。本研究項(xiàng)目中，由于隧道主要穿過(guò)震旦系中、微風(fēng)化混合花崗巖，因此鉆孔直接采用YT28風(fēng)鉆鉆孔，深度為42 mm。然后，采用非電毫秒雷管、2號(hào)巖石乳化炸藥等爆破器材進(jìn)行微差爆破。

2.3 建筑物安全控制策略

在爆破施工過(guò)程中，為了充分保障附近建筑物的安全，除了合理設(shè)計(jì)過(guò)建筑物段的鉆爆之外，還需要采取注漿加固等方式對(duì)建筑物進(jìn)行保護(hù)。

首先，合理制定加固方案。目前，應(yīng)用比較廣泛的加固方案主要有三種，即部分超前注漿加固、地面注漿加固與超前注漿加固相結(jié)合、超前注漿加固。在進(jìn)行注漿加固施工的過(guò)程中，工作人員要充分考慮隧道與建筑物的相對(duì)位置關(guān)系、建筑物樁基深度等影響因素。

其次，結(jié)合工程實(shí)際情況，開(kāi)展地層超前預(yù)注漿加固施工，主要采用超前預(yù)注漿加固方案配合超前小導(dǎo)管。

再次，確定掘進(jìn)參數(shù)[4]。工程施工采用臺(tái)階法，完成上臺(tái)階的爆破施工后，要及時(shí)將混凝土噴射到開(kāi)挖面，厚度要保持在2～5 cm，之后將土體及時(shí)封閉。為了最大限度地降低隧道水平收斂和沉降，要將鎖腳錨桿設(shè)置在墻角和每榀鋼架的上下部拱角處。

之后，開(kāi)展隧道初支背后回填注漿施工?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員要將[Φ]32 mm的焊接鋼管預(yù)埋在初支拱部，每環(huán)3 m設(shè)置3根焊接鋼管，每根長(zhǎng)為250 mm。初支閉合長(zhǎng)度達(dá)到相關(guān)規(guī)定和要求后，將水泥漿壓注其中，使圍巖能夠與初襯緊密結(jié)合。

然后，開(kāi)始進(jìn)行建筑物變形補(bǔ)償注漿施工。采用[Φ]50 mm硬質(zhì)PVC管作為袖閥管，在鉆鑿注漿孔的過(guò)程中，注漿孔之間保持330 mm的間距。采用[Φ]22 mm焊接鋼管作為花管，長(zhǎng)度應(yīng)保持在0.6～1.0 m，并在其四周鉆鑿一定數(shù)量的泄?jié){孔，一般為12～18個(gè)，布設(shè)要均勻。采用[Φ]22 mm焊接鋼管加工制造注漿心管，每節(jié)長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要而定，在本研究項(xiàng)目中，每節(jié)長(zhǎng)度均為2 m。注漿心管與注漿花管采取絲扣連接方式，主要用來(lái)輸送漿液。

最后，進(jìn)行隧道堵水注漿。在注漿過(guò)程中，人們應(yīng)嚴(yán)格遵循從下到上、由四周向中間的原則，充分保障注漿施工的順利開(kāi)展。

2.4 爆破振速的檢測(cè)

爆破前，工作人員要在離爆源最近的建筑物地表附近安裝好爆破測(cè)振儀。

2.5 有效控制爆破飛石

2.5.1 控制飛石的產(chǎn)生。在爆破作業(yè)中，要想有效控制飛石的產(chǎn)生，就必須做好兩個(gè)方面的工作：一是有效控制單孔藥量;二是嚴(yán)格把控炮眼填塞的質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，在開(kāi)始裝藥之前，工作人員要核實(shí)炮孔的深度和抵抗線，并以此判斷單孔藥量的標(biāo)準(zhǔn)。如果單孔裝藥量出現(xiàn)較大誤差，則很容易引發(fā)孔口沖炮、飛石等現(xiàn)象。另外，工作人員要充分考慮開(kāi)挖面的實(shí)際地質(zhì)情況，斷層帶或者軟弱帶可以不裝炸藥或者減少炸藥用量，而硬巖段應(yīng)適當(dāng)增加炸藥用量。除此之外，炮眼填塞的密實(shí)度和長(zhǎng)度必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，使爆破能量盡可能地作用在圍巖上[5]。

2.5.2 防護(hù)飛石的措施。爆破前，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要及時(shí)撤出爆破范圍內(nèi)的所有機(jī)械設(shè)備，同時(shí)所有現(xiàn)場(chǎng)工作人員要及時(shí)撤出到安全距離以外的區(qū)域。在進(jìn)行基坑爆破的過(guò)程中，工作人員可以采取相應(yīng)的軟防護(hù)措施，比如將沙袋、橡膠墊等設(shè)置在炮眼位置，同時(shí)要采取一定的硬防護(hù)措施，比如將鋼板覆蓋在井口位置，通過(guò)綜合運(yùn)用軟防護(hù)措施和硬防護(hù)措施，將爆破飛散物的擴(kuò)散有效隔斷。

3 爆破的效果

本研究項(xiàng)目所處地區(qū)地質(zhì)情況相對(duì)復(fù)雜，變化較大，部分巖層過(guò)于堅(jiān)硬，而部分巖層又非常破碎。針對(duì)這種情況，為了充分保障光面爆破效果，并有效控制爆破振動(dòng)速率，使其保持在1 cm/s，硬巖和中硬巖應(yīng)將周邊眼的裝藥集中度分別控制在0.3～0.4 kg/m和0.15～0.25 kg/m，與此同時(shí)周邊眼的最小抵抗線應(yīng)設(shè)置為50 cm。若采取以上控制措施并在爆破施工中根據(jù)實(shí)際情況不斷改進(jìn)，則在爆破能量通過(guò)建筑物時(shí)，通常能夠?qū)⒈普駝?dòng)速率控制在0.8～0.9 cm/s。如果各個(gè)方面都能夠進(jìn)行有效的控制，人們甚至可以將爆破振動(dòng)速率控制在0.5 cm/s，但是就目前的施工技術(shù)來(lái)看這種理想狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)難度較大，再加上其他各個(gè)方面因素的影響，所以現(xiàn)階段只有7%左右的工程施工能夠達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，若某一方面的參數(shù)設(shè)置不夠精準(zhǔn)或者某些方面的輔助工作存在缺陷，則偶爾會(huì)使爆破振動(dòng)速率超過(guò)1 cm/s，極少數(shù)情況下會(huì)使其超過(guò)1.2 cm/s，這大概占工程施工總數(shù)的3%。該工程整體上取得良好的控制效果，并且光爆平面比較平順[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)城市地鐵爆破開(kāi)挖方案的過(guò)程中，人們需要全面考慮斷面搭設(shè)、圍巖條件等各個(gè)方面的影響因素。特別是在建筑物下穿施工的過(guò)程中，振動(dòng)爆破要求較高，因此爆破設(shè)計(jì)、爆破眼布置、裝藥量確定等工作一定要嚴(yán)格遵守振速控制標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行爆破作業(yè)的過(guò)程中，要嚴(yán)格控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，同時(shí)要切實(shí)做好安全防護(hù)工作和監(jiān)控測(cè)量工作，并以檢測(cè)信息為依據(jù)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而確保振動(dòng)控制與爆破開(kāi)挖工作的順利開(kāi)展，最終充分保障周邊環(huán)境與爆破施工的安全。

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