TBM 雙導(dǎo)洞先行特大斷面隧道爆破施工技術(shù)研究

臺賀

(中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司,北京100043)

1 工程概述

1.1 工程概述

青島地鐵1 號線是貫通青島市南北的快速軌道交通走廊,其中貴州路站位于貴州路與團(tuán)島二路交叉口西南側(cè),線路出貴州路站后沿臺西五路向北敷設(shè),下穿大量建筑物后接入西鎮(zhèn)站。在爆破施工之前,TBM已掘進(jìn)通過,形成兩個直徑為6.2m的導(dǎo)洞,對斷面其余部分采用鉆爆法開挖。根據(jù)運(yùn)營需要在西鎮(zhèn)站站前設(shè)置雙存車線,形成四線斷面隧道。貴州路站～西鎮(zhèn)站區(qū)間(以下簡稱貴西區(qū)間)全長約546.9m,采用淺埋暗挖法施工。貴西區(qū)間四線斷面位于西鎮(zhèn)站站前,全長344.5m,貴西區(qū)間單洞單線隧道主要采用對地面建筑擾動較小的TBM工法施工,隧道長約202.4m。單層襯砌段斷面面積為189.8m2,復(fù)合式襯砌段斷面面積為208.4m2,按照國際隧道協(xié)會(ITA)定義的隧道的橫斷面積的大小劃分標(biāo)準(zhǔn)分類,為特大斷面。

1.2 工程地質(zhì)

貴西區(qū)間四線斷面場地地貌類型屬剝蝕殘丘,地形較為起伏,地面高程8～30m,隧道拱頂埋深約16～29m,沿線房屋林立,地面條件復(fù)雜。隧道洞身以微風(fēng)化花崗巖為主,局部為微風(fēng)化花崗斑巖。主要圍巖等級為Ⅱ、Ⅳ級,地下水類型主要為基巖裂隙水,富水性中等。

1.3 工程重難點(diǎn)分析

區(qū)間隧道位于臺西五路及部分居民小區(qū)正下方,小區(qū)樓層高約6～8 層,主要為多層磚混居住建筑,其中3 處建筑安全性評級為Csu 級,爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)V≤0.5cm/s,其余建筑安全性評級為Bsu 級,爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)V≤1.0cm/s。周圍環(huán)境敏感、復(fù)雜,必須減小爆破振動對建筑物的影響,降低對周邊居民生活的干擾[1]。

斷面大、工序多,地表管線及周邊建筑較多,爆破振動對周邊建筑及管線易造成破壞。控制爆破振速,確定科學(xué)的爆破參數(shù),保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,減小沉降變形[2-4],是爆破安全控制的難點(diǎn),開挖量大、工期緊,按時完成開挖是本工程的重點(diǎn)。

2 TBM 導(dǎo)洞先行特大斷面隧道爆破施工技術(shù)

貴西區(qū)間四線斷面Ⅱ級圍巖段K32+151.7～K32+384.7 采用單層襯砌結(jié)構(gòu),Ⅳ級圍巖段K32+071.7～K32+151.7、K32+384.7～K32+416.2 采用復(fù)合式單層襯砌結(jié)構(gòu)。西鎮(zhèn)站方向?yàn)榇罄锍谭较?。根?jù)貴西區(qū)間四線斷面地質(zhì)條件、地上環(huán)境、隧道斷面結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)方式等綜合考慮,在貴州路站端復(fù)合式襯砌段與單層襯砌段交界處Ⅱ級圍巖段開挖1 個橫通道,橫通道向大小里程開挖形成兩個工作面；在西鎮(zhèn)站小里程端頭開辟一個工作面向貴州路站方向開挖。小里程復(fù)合式襯砌段先行導(dǎo)洞每擴(kuò)挖完成25m 后,在剩余巖柱中部開挖1 條運(yùn)輸通道,橫通道寬5m,高3m。橫通道的開挖可解決后行導(dǎo)洞開挖時堵塞出渣道路的問題,同時增加了工作面,可大大提高施工效率,加快施工進(jìn)程[5-6]。

2.1 復(fù)合式襯砌段爆破施工

復(fù)合式襯砌段里程K32+384.7～K32+416.2,隧道圍巖等級為Ⅳ級,采用CD 法開挖。主要施工步驟為右線上臺階開挖及支護(hù)→右線下臺階開挖及支護(hù)→左線上臺階開挖及支護(hù)→左線下臺階開挖及支護(hù)→超前小導(dǎo)管施工→初期支護(hù)→仰拱襯砌及底板回填→拱、墻二次襯砌。

因TBM導(dǎo)洞提供了良好的自由面,無需掏槽眼。爆破開挖炮孔起爆順序?yàn)?輔助眼→周邊眼,充分利用TBM導(dǎo)洞提供的自由面,由里向外逐層起爆。為了保證后起爆的網(wǎng)絡(luò)不被先起爆的炸斷,采用孔內(nèi)毫秒延時的起爆網(wǎng)路,即“孔外小段別,孔內(nèi)大段別”,導(dǎo)爆管采用簇并連法連接。

爆破網(wǎng)路如圖1 所示(炮孔之間的連接線表示使用同一段別雷管)。

圖1 復(fù)合式襯砌段爆破網(wǎng)路(單位:mm)

2.2 單層襯砌段爆破施工

單層襯砌段里程K32+151.7～K32+384.7,隧道圍巖等級為Ⅱ級,采用臺階法開挖。主要施工步驟為右線上臺階開挖及支護(hù)→左線上臺階開挖及支護(hù)→全斷面下臺階開挖及支護(hù)→中空注漿錨桿→初期支護(hù)→仰拱襯砌及底板回填。

單層襯砌段爆破網(wǎng)路如圖2 所示(炮孔之間的連接線表示使用同一段別雷管),減振孔沿隧道開挖輪廓線布置,與周邊孔交錯布置。

圖2 單層襯砌段爆破網(wǎng)路(單位:mm)

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

采用不耦合反向連續(xù)裝藥,孔底先裝水袋,后裝炸藥,再裝水袋和炮泥,用炮棍搗實(shí)。水袋可起到降塵作用,炮泥和水袋的填塞可有效提高炸藥能量利用率,達(dá)到理想的爆破效果[7]。選取單層襯砌段Ⅰ區(qū)周邊孔為例,炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位: mm)

2.4 爆破器材

現(xiàn)場使用的炸藥與雷管為小直徑、低密度、低爆速的2 號巖石乳化炸藥與第一系列毫秒導(dǎo)爆管雷管,藥卷直徑32mm,長度300mm,藥卷密度1.13g/cm3,單卷質(zhì)量0.3kg。使用YT-28 型手持式風(fēng)動鑿巖機(jī),孔徑42mm。選用山西壺化工業(yè)數(shù)碼電子雷管,延期誤差小于0.2%,可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況設(shè)置延期間隔時間,可在線檢測與驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)雙向通訊,確保無故障可靠起爆,具有很高的安全性[8-10]。

2.5 爆破開挖效果

通過爆破振動跟蹤監(jiān)測,2020 年4 月9 日至2020 年6 月5日右線上臺階共進(jìn)行55 次爆破,其中54 次振速低于安全允許振速,盲炮率為0,光面爆破效果良好,超欠挖較少,大塊率較低。在該技術(shù)指導(dǎo)下,爆破施工效果良好,有效的確保了隧道開挖順利通過敏感區(qū)域。

3 TBM 導(dǎo)洞先行特大斷面隧道爆破施工技術(shù)

3.1 對復(fù)雜環(huán)境下特大斷面地鐵隧道爆破施工,可采用TBM導(dǎo)洞先行然后擴(kuò)挖的方法,TBM導(dǎo)洞為爆破開挖提供良好自由面,同時在開挖邊線布置減振孔,炸藥爆炸后產(chǎn)生的應(yīng)力波發(fā)生反射、折射,使傳播到地面的地震波能量大幅減小,起到降低爆破振動的作用。

3.2 采用多打孔、少裝藥、多分段、單孔單響、孔內(nèi)孔位延時方式,采用“孔外小段別,孔內(nèi)大段別”,最大限度地減小最大單段起爆藥量。采用光面爆破技術(shù),進(jìn)行減振方案設(shè)計,減少對保留圍巖的擾動,減少超欠挖,增強(qiáng)圍巖的自承力。

3.3 爆破設(shè)計時采用分部、分臺階開挖,遵循“多分段、少裝藥”的原則,用足雷管段位,降低單段起爆藥量。根據(jù)圍巖概況,合理選擇開挖方法,增加爆破作業(yè)面,提高施工效率,并減小對建筑物的影響和居民正常生活的干擾。

3.4 運(yùn)用微差爆破技術(shù),達(dá)到干擾降振的效果,減少爆破地震效應(yīng)、沖擊波和飛石危害,提高爆破效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 電子雷管相比毫秒延期電雷管延時更加精確,可根據(jù)工程實(shí)際情況按要求設(shè)置以實(shí)現(xiàn)單孔單響,連續(xù)起爆?，F(xiàn)場工程實(shí)踐證明,使用電子雷管較常規(guī)導(dǎo)爆管雷管可降低20%～30%的爆破振動。

3.6 通過爆破跟蹤監(jiān)測做到對爆破施工過程的信息化監(jiān)控,及時調(diào)整和優(yōu)化爆破方案,對現(xiàn)場后續(xù)爆破施工起到一定的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

本文所述技術(shù)在青島地鐵1 號線貴西四線特大斷面隧道成功應(yīng)用,在國內(nèi)外類似工程較少,爆破施工經(jīng)驗(yàn)不足和開挖斷面大、工序多、地表環(huán)境敏感復(fù)雜的條件下,保證了施工進(jìn)度,確保了周邊建筑物、管線的安全,現(xiàn)場可操作性強(qiáng),達(dá)到了理想的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。