下穿既有地鐵隧道電子雷管網(wǎng)路施工技術(shù)

黎蜀明，樊荊連，陳新華，黃普漢，孔 昇

(深圳市華海爆破工程有限公司，廣東 深圳 518019)

現(xiàn)代城市軌道交通隧道施工中，大量采用盾構(gòu)或TBM掘進(jìn)機(jī)。這些施工裝備在很大程度上提高了施工效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，由于受地質(zhì)、環(huán)境或隧道斷面等條件限制，目前有些隧道的施工還無法做到全部采用機(jī)械掘進(jìn)。當(dāng)不能采用掘進(jìn)機(jī)械施工時(shí)，鉆爆法掘進(jìn)隧道還是最為高效、經(jīng)濟(jì)的施工方式。對(duì)于新建隧道小凈距條件下穿越既有工程的研究，有較多文獻(xiàn)介紹，主要為支護(hù)提供理論支持[1]，對(duì)如何爆破施工鮮有報(bào)道。本文通過已經(jīng)完成的工程實(shí)例，介紹在建地鐵隧道下穿正在運(yùn)行的地鐵隧道的施工方法。

1 工程概況

在建的深圳市城市軌道交通10號(hào)線隧道1011-3標(biāo)，設(shè)計(jì)采用TBM機(jī)和礦山法施工。其中在建地鐵隧道在DK7+500～DK7+523處，與上部已經(jīng)運(yùn)行的地鐵9號(hào)線隧道交叉。受地質(zhì)條件限制，10號(hào)線在該段設(shè)計(jì)采用礦山法施工通過。在建隧道頂與9號(hào)線隧道底板最小距離3.2 m，距9號(hào)線地鐵孖嶺站35.6 m。在建隧道開挖斷面32.37 m2。

交叉段的地質(zhì)條件是：9號(hào)線隧道位于強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層中。在建隧道10號(hào)線斷面內(nèi)全部為堅(jiān)硬的微風(fēng)化花崗巖，f=12～14。10號(hào)線與9號(hào)線隧道之間的巖層為強(qiáng)風(fēng)化～全風(fēng)化巖，巖層松軟；除新建隧道斷面范圍內(nèi)是堅(jiān)硬的花崗巖外，其頂部以上為石質(zhì)較松軟的強(qiáng)風(fēng)化～全風(fēng)化花崗巖。

2 爆破方案

2.1 方案選擇

根據(jù)10號(hào)線與9號(hào)線不同距離采用不同的施工方案。距9號(hào)線隧道兩側(cè)大于50 m為正常爆破的A方案施工；10～50 m為上下臺(tái)階短進(jìn)尺爆破的B方案施工，并嚴(yán)格控制單段藥量；水平距離小于10 m為下穿段，采用上下臺(tái)階分區(qū)爆破[2]電子雷管起爆的C方案施工。DK7+490～DK7+533采用C方案，雙線86 m(見圖1)。

圖1 在建隧道與9號(hào)線關(guān)系Fig.1 Relation between the tunnel under construction and line 9

10號(hào)線整個(gè)斷面分上下臺(tái)階4個(gè)區(qū)域爆破，先施工上臺(tái)階Ⅰ、Ⅱ區(qū)，再施工下臺(tái)階Ⅲ、Ⅳ(見圖2)。Ⅰ、Ⅱ區(qū)同時(shí)鉆孔，分次裝藥爆破，先爆破Ⅰ區(qū)，再爆破Ⅱ區(qū)；Ⅲ、Ⅳ區(qū)分別鉆孔爆破。Ⅲ、Ⅳ區(qū)與Ⅰ、Ⅱ區(qū)的距離3～5 m，以便于施工為準(zhǔn)。采用電子雷管起爆，φ32二號(hào)巖石乳化炸藥裝藥。

圖2 分區(qū)爆破Fig.2 Zonal blasting

先施工上臺(tái)階便于鉆孔和臨時(shí)支護(hù)，因?yàn)槭┕ど吓_(tái)階時(shí)可以利用下臺(tái)階作為操作平臺(tái)進(jìn)行鑿巖和支護(hù)作業(yè)，有利于初支及時(shí)封閉掌子面。上臺(tái)階分Ⅰ、Ⅱ區(qū)爆破是基于以下考慮：因?yàn)棰騾^(qū)緊鄰隧道拱頂輪廓線，距離9號(hào)線底板也最近，控制爆破振動(dòng)和爆轟沖擊力的任務(wù)比其他區(qū)域都要艱巨。分區(qū)爆破可以使Ⅱ區(qū)爆破時(shí)，利用已爆破的Ⅰ區(qū)空間作臨空面，以較小的炸藥量獲得與Ⅰ區(qū)同等的爆破進(jìn)尺；由于臨空面的作用，還可以減少爆破對(duì)拱頂?shù)姆醋饔昧?，減輕對(duì)拱頂圍巖和9號(hào)線隧道的影響。

2.2 爆破參數(shù)與施工

炮孔直徑φ40。Ⅰ、Ⅱ區(qū)排、孔距分別為0.30～0.35 m和0.35～0.40 m，孔深0.8 m。Ⅲ、Ⅳ區(qū)因距離9號(hào)線隧道較遠(yuǎn)，加之有上臺(tái)階的空間隔離，單孔炸藥量可以大一些，所以布置排、孔距和孔深較Ⅰ、Ⅱ區(qū)大。Ⅲ、Ⅳ區(qū)排、孔距0.50～0.60 m，孔深1.2 m(見表1)。

表1 爆破參數(shù)

Ⅰ區(qū)中間一個(gè)掏槽孔裝藥，周圍若干空孔不裝藥，一般6個(gè)空孔(見圖3)。中間裝藥孔與周圍空孔均為水平孔且相互平行，之間的距離越小越好，只要不串孔。單孔單響逐孔起爆[3]，中間掏槽孔(圖3中1段)起爆后，第2響的擴(kuò)槽孔(圖3中2段)的起爆時(shí)間應(yīng)滯后于掏槽孔100 ms以上，這有利于提高擴(kuò)槽效果。因?yàn)楫?dāng)1段孔起爆后短時(shí)間內(nèi)巖石還未拋離原巖，如果2段與1段之間的時(shí)間太短，2段起爆后沒有橫向補(bǔ)償空間[4]，會(huì)影響2段及其之后各孔段的爆破效果。通常時(shí)間差越大效果越好，但考慮到孔網(wǎng)比較密的情況下可能會(huì)產(chǎn)生盲炮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取100～150 ms，本方案取100 ms。2段以后段間延時(shí)13 ms(見表1)。

圖3 Ⅰ區(qū)掏槽方式及起爆順序Fig.3 Cutting mode and initiation sequence of zone I

裝藥后用2條錨固劑填塞(速凝水泥)，填塞長度約0.4 m。實(shí)踐證明錨固劑的效果沒有炮泥好，但由于炮泥填塞比較費(fèi)時(shí)，影響施工效率，工人不愿意使用；加上有水時(shí)炮泥失去了對(duì)孔壁的摩擦力，填塞效果很差，所以工人們只選擇比較容易操作的錨固劑填塞炮孔。

為了減少爆破次數(shù)，Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)或Ⅰ區(qū)與Ⅳ區(qū)同時(shí)起爆，Ⅰ、Ⅲ(或Ⅳ)區(qū)之間相隔600 ms，Ⅱ區(qū)起爆順序如圖4所示。

圖4 Ⅱ區(qū)起爆順序Fig.4 Detonation sequence of zone II

為了降低爆破對(duì)頂部巖層的影響，拱部輪廓線炮孔起爆時(shí)間晚于相鄰排200 ms左右較好。時(shí)差太短對(duì)拱部輪廓線圍巖的沖擊力過大，太長可能會(huì)產(chǎn)生盲炮。圖4中44段與33段相隔143 ms，61段與43段相隔243 ms。

2.3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與安全防護(hù)

爆破振動(dòng)采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。地鐵部門規(guī)定振速2.5 cm/s(深圳地鐵公司要求)，測(cè)得振速大部分在2.5 cm/s以內(nèi)，有少數(shù)超過，是因?yàn)闆]有嚴(yán)格按上述參數(shù)鉆孔裝藥。通過9號(hào)線正下方時(shí)測(cè)得左線振速1.06 cm/s，右線振速3.15 cm/s。這個(gè)振速遠(yuǎn)小于地鐵機(jī)車運(yùn)行的振動(dòng)值(監(jiān)測(cè)到地鐵機(jī)車通過時(shí)的振速為7～10 cm/s)。在9號(hào)線隧道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置了位移和變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，爆破從開始到結(jié)束隧道及其設(shè)施的位移和變形均未出現(xiàn)異常情況。

為了保證9號(hào)線隧道的安全，爆破前在施工隧道頂部鉆水平深孔，用直徑Ф108 mm鋼管做管棚，以托舉支撐9號(hào)線隧道。管棚與開挖輪廓線距離0.3 m，間距0.3 m(見圖5)。初支采用拱部超前小導(dǎo)管注漿，鋼架加鋼筋網(wǎng)噴射砼支護(hù)，每榀鋼架長0.5 m。

圖5 管棚支護(hù)布置Fig.5 Layout of pipe roof support

3 爆破效益與結(jié)語

3.1 爆破效益

左線施工2018年5月29日～8月18日，共50個(gè)工作日；右線施工2018年7月2日～9月29日止，共41個(gè)工作日。由于左線先施工，右線吸取了左線的經(jīng)驗(yàn)，右線技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯好于左線，效率和施工速度明顯提高。由完成工程量及材料消耗(見表2)可知，炸藥單耗與普通的隧道掘進(jìn)差別不大，主要是雷管消耗過大。這是炮孔孔網(wǎng)密集、孔深不大所致，尤其在沒有第二臨空面的Ⅰ區(qū)和距離9號(hào)線最近的Ⅱ區(qū)；Ⅲ、Ⅳ區(qū)由于有良好的臨空面和距離9號(hào)線相對(duì)較遠(yuǎn)，單孔藥量有所增加，所以炮孔的排、間距相對(duì)大一些，炸藥和雷管消耗明顯低于Ⅰ、Ⅱ區(qū)。

表2 完成工程量及材料消耗

3.2 結(jié)語

爆破效果達(dá)到預(yù)期，電子雷管的使用起到了決定性作用，它與普通雷管相比，延時(shí)精準(zhǔn)可以達(dá)到毫秒級(jí)、無限分段為控制單響藥量創(chuàng)造了條件、任意設(shè)置段別時(shí)差等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)為控制爆破振動(dòng)和提高爆破效率，以及施工隧道安全、高效地穿過既有地鐵線起到不可或缺的作用。

工程實(shí)踐證明，鄰近既有地鐵隧道施工，只要技術(shù)措施得當(dāng)，管理要求嚴(yán)格，監(jiān)測(cè)手段完備，施工由遠(yuǎn)及近、由易到難地進(jìn)行，安全是可控的。在不具備使用掘進(jìn)機(jī)械的條件下，與其他的施工方法相比(如靜態(tài)破碎或液壓劈裂破巖等)，采用鉆爆法施工無論以施工速度，還是以經(jīng)濟(jì)效益來衡量，都要優(yōu)于前者。