地鐵暗挖隧道超欠挖及爆破振動(dòng)控制技術(shù)研究

孫 浩 于 福 王海亮 李維洲

(1.山東科技大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266000;2.中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司軌道交通分公司，山東 青島 266000)

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地上空間的利用率日趨飽和。為緩解地上空間的壓力，地鐵工程建設(shè)越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。地鐵暗挖隧道施工的過(guò)程中，特別針對(duì)于軟弱圍巖而言，爆破超欠挖、爆破振動(dòng)速度過(guò)大是兩大難點(diǎn)。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地鐵暗挖隧道爆破超欠挖及爆破振動(dòng)控制技術(shù)的研究。

黃福波提出，對(duì)于單線軟弱圍巖隧道采用上、下臺(tái)階進(jìn)行爆破開(kāi)挖過(guò)程中，為減輕爆破振動(dòng)對(duì)周?chē)鷰r體的擾動(dòng)，減少拱頂超欠挖量，對(duì)爆破參數(shù)、爆破炮眼位置、起爆順序進(jìn)行了改進(jìn)。張鵬飛采用TOPBOX爆破振動(dòng)記錄分析系統(tǒng)對(duì)陳家山隧道現(xiàn)場(chǎng)爆破進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)測(cè),根據(jù)爆破監(jiān)測(cè)結(jié)果,對(duì)隧道其他地段爆破參數(shù)、爆破方式進(jìn)行優(yōu)化,最終達(dá)到安全降低震動(dòng)、有效控制超欠挖的目的。

本文根據(jù)實(shí)際工程概況，在理論的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)采用全斷面法爆破開(kāi)挖的爆破方案及爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化與對(duì)比分析。提出的優(yōu)化后爆破方案的爆破效果，達(dá)到了降低爆破超欠挖量及爆破振動(dòng)的要求。

1 工程概況

靈山衛(wèi)站—黃海東路站區(qū)間地下暗挖隧道(樁號(hào)YCK14+187.085～YCK15+911.49)爆破開(kāi)挖長(zhǎng)度約為1 723 m，斷面高約6.887 m，寬約6.78 m，埋深約10 m～20 m。靈山衛(wèi)站—黃海東路站區(qū)間臨時(shí)豎井位于泰山東路北側(cè)20 m處，道路南側(cè)有自來(lái)水、熱力和燃?xì)夤芫€，豎井兼做聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間隧道共有四個(gè)掌子面，分別是：右線小里程，圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)；左線小里程，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)；右線大里程，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)；左線大里程，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中均采用全斷面法爆破施工，楔形掏槽形式。

根據(jù)前期施工爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，爆破施工振速符合要求，但爆破振動(dòng)仍然過(guò)大，影響沿線居民工作生活，需采取技術(shù)措施，進(jìn)一步降低爆破振動(dòng)。

2 爆破施工設(shè)計(jì)

根據(jù)施工中采集到的實(shí)際爆破參數(shù)，繪制爆破施工實(shí)際炮眼布置圖及爆破參數(shù)表，見(jiàn)圖1，表1。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和理論分析，提出實(shí)際爆破施工存在的問(wèn)題主要有：

1)掏槽眼布置存在問(wèn)題：掏槽眼間距過(guò)大、排距不合理，導(dǎo)致掏槽不能充分爆出；

2)掏槽眼單孔裝藥量過(guò)多，單段起爆藥量過(guò)大，導(dǎo)致地表振動(dòng)較大；

3)掏槽采用楔形掏槽，但未打設(shè)小掏槽，應(yīng)采用復(fù)式楔形掏槽方式；

4)掏槽距掌子面上半部分輔助眼間距過(guò)大，導(dǎo)致掌子面上半部分爆破不充分，影響上部周邊眼的爆破；

5)雷管起爆順序不合理，會(huì)對(duì)爆破效果造成一定影響；

6)現(xiàn)場(chǎng)使用雷管段別段數(shù)較少，導(dǎo)致單段起爆藥量過(guò)大；

7)周邊眼間距較大，光爆層厚度較小，二圈眼間距不一。

表1 實(shí)際爆破參數(shù)表

經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：

開(kāi)挖面積20.04 m2；循環(huán)進(jìn)尺1.0 m，孔數(shù)48個(gè)；比鉆眼數(shù)2.4個(gè)/m2；炸藥量32.0 kg；炸藥單耗1.6 kg/m3。

3 降低超欠挖量及爆破振動(dòng)速度的措施

綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采用技術(shù)手段對(duì)實(shí)際爆破方案進(jìn)行優(yōu)化。方案要達(dá)到的目的是：1)降低爆破振動(dòng)速度；2)降低超欠挖量；盡可能形成拱形輪廓；3)控制炸藥單耗，控制施工成本；4)控制作業(yè)量和作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；5)控制危險(xiǎn)源，提高安全系數(shù)。優(yōu)化后的爆破參數(shù)表和炮眼布置分別見(jiàn)表2，圖2。

表2 優(yōu)化后爆破參數(shù)表

經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：

開(kāi)挖面積20.04 m2；循環(huán)進(jìn)尺1.0 m，孔數(shù)81個(gè)；比鉆眼數(shù)4.04個(gè)/m2；炸藥量23.9 kg；炸藥單耗1.19 kg/m3。

本爆破優(yōu)化方案適用于靈黃區(qū)間臨時(shí)豎井區(qū)間隧道開(kāi)挖施工，具體參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試爆調(diào)整。本方案適用于靈黃區(qū)間臨時(shí)豎井區(qū)間隧道圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)時(shí)的爆破開(kāi)挖施工。爆破施工中可根據(jù)輔助眼、周邊眼的實(shí)際爆破效果，適當(dāng)調(diào)整輔助眼、周邊眼單孔裝藥量，以達(dá)到最優(yōu)的爆破效果。方案采用復(fù)式楔形掏槽，必要時(shí)可采用多級(jí)楔形掏槽。施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)圍巖情況及振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。若調(diào)整后爆破振動(dòng)仍然超標(biāo)，則應(yīng)采用單孔單段起爆，配合采用孔外延期、多次起爆等技術(shù)手段，以確保地面建筑物安全。此外，工人應(yīng)嚴(yán)格施工作業(yè)要求。鉆鑿炮眼時(shí)應(yīng)注意角度控制，炮孔深度、間排距要按方案要求進(jìn)行打設(shè)。提醒工人鉆鑿炮眼過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)異常，如巖石變硬等，要及時(shí)溝通，便于及時(shí)調(diào)整方案。圖中阿拉伯?dāng)?shù)字除尺寸數(shù)據(jù)外，均表示雷管段別，羅馬數(shù)字表示起爆炮次。

4 爆破效果對(duì)比分析

優(yōu)化后方案與原實(shí)際方案相比，總裝藥量由原方案的32 kg降為23.9 kg；優(yōu)化后炸藥單耗由原來(lái)的1.60 kg/m3降為1.19 kg/m3，更加符合實(shí)際工程實(shí)踐?；緦?shí)現(xiàn)了振速控制和超欠挖控制。硬巖接近光爆的效果，炮孔殘留率達(dá)到30%～60%，軟弱巖石形成拱形輪廓。爆破振速均控制在1.0 cm/s以下，爆破振動(dòng)大大降低。

5 結(jié)語(yǔ)

控制超欠挖的重要措施是采用光面爆破技術(shù)，但經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)了解，采用光面爆破技術(shù)受限，具體而言：不耦合裝藥(小直徑藥卷)、間隔裝藥及導(dǎo)爆索的供應(yīng)等均不能滿足要求。故只對(duì)爆破參數(shù)及連管方式進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，以達(dá)到控制超欠挖的目的。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察、了解，爆破公司能提供的導(dǎo)爆管雷管段別有限，只提供1段、3段～15段，共14個(gè)雷管段別，這對(duì)控制爆破振動(dòng)產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致單段最大起爆藥量增大，振速控制受限，當(dāng)然可以考慮采用分次起爆方法來(lái)彌補(bǔ)雷管段別的不足，但在一定程度上增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，影響工作效率。

本方案對(duì)類(lèi)似工程的影響較大，產(chǎn)生的爆破效果較好。爆破設(shè)計(jì)需要與實(shí)際工作相結(jié)合，才能最大效率的與爆破理論相配合，最終達(dá)到工程順利有序的進(jìn)行。