城市中心区复杂环境条件下隧道爆破技术

　　摘要：本文以深圳地铁龙岗线石-购、购-福区间为例, 介绍了城市中心区复杂环境条件下浅埋隧道开挖控制爆破施工方法。在爆破设计中, 根据爆破点周围不同的外部环境, 采取了不同的爆破参数, 并采用了一系列综合减震措施, 开挖爆破对隧道及基坑周围建筑物的影响降低到很小程度。监测结果表明, 爆破震动控制较好, 周边建筑物没有受到影响。

　　关键词: 城市中心区,复杂环境,控制爆破

　　1.前言

　　城市隧道(主要是地铁工程及各类市政地下工程)施工往往处于建筑物、道路和地下管线等设施的密集区，主要体现在周边及拱顶上方建(构)筑物密集、距离近、人车流量大、隧道埋深浅等。从而导致城市隧道建设中各种工程环境公害问题日益突出。因而在城市隧道施工中，必须保证施工对于已有的设施所造成的影响危害在允许的范围内。

　　本文以深圳地铁龙岗线石厦站-购物公园站、购物公园站-福田站区间暗挖隧道土石方开挖控制爆破为例, 介绍了城市复杂环境下控制爆破技术, 可供类似工程参考。

　　2.工程概况

　　本暗挖段隧道位于石厦站-购物公园站区间，靠近石厦站北端头里程为Z(Y)CK4+381.53(381.53)～Z(Y)CK4+570(601)。

　　区间隧道紧邻深圳福田区政府，周边商铺林立，高层建筑密集，暗挖段隧道按复合式衬砌设计，按喷锚构筑法施工，先期施工初期支护，待盾构机空推过后，拼装钢筋砼衬砌管片。隧道断面为圆形，初期支护采用喷射砼、钢筋网、锚杆和格栅钢架。辅助支护采用深孔预注浆和超前小导管。

　　3.控制爆破设计

　　3.1爆破开挖施工

　　本区间隧道洞身穿越处主要为强、中、微风化岩层，存在上软下硬现象，隧道开挖上部较软围岩采用人工风镐开挖配合机械为主，下部微风化地层以微差光面爆破为主。但钻爆开挖必须考虑以下技术要点：

　　1)钻爆开挖时，要防止爆破震动引起上方软弱地层的坍塌，危及施工安全和地面安全。

　　2)隧道埋深浅，距离建筑物过近，钻爆施工易对地面建筑物及地下建、构筑物产生震动影响，甚至破坏。

　　为避免震动对地面建筑物的危害，采用减震、光面爆破。爆破作业遵循浅孔密布的原则：少装药，短进尺，多循环、分台阶开挖。左右线隧道同时施工时，严格控制光爆层的厚度、炮眼间距和装药量，尽可能的减少对地表建筑和周边地层的扰动。并且先行施工一条隧道，后行施工隧道爆破开挖时，尽可能的减少对先行隧道已成结构的扰动。

　　故减震爆破方案如下：

　　1)台阶法开挖爆破

　　当围岩结构为上断面松软下断面坚硬时，上断面采用人工开挖，开挖出上台阶临空面，下断面采用微差光面爆破开挖。

　　每次爆破进尺不超过1m，掏槽区炮眼深度控制在1.2m左右，台阶法施工每次爆破进尺控制在0.8m左右。控制单段药量，控制爆破规模以达到控制质点振速的目的。

　　2)预留光面层的光面爆破

　　本段暗挖隧道处于居民闹市区，对振速有严格要求，为了控制振速及保证成形质量，采用预留光爆层实现光面爆破技术。

　　3)光面爆破结合松动爆破

　　为减轻震动及噪音，上半断面采用机械配合人工开挖，下半断面采用微差光面爆破结合松动爆破的减震爆破开挖形式。

　　3.2 钻爆设计

　　根据围岩条件选用乳化炸药，周边眼采用专用光爆药卷。起爆采用非电毫秒雷管微差起爆方式，掏槽眼采用正向起爆，其余孔采用反向起爆。雷管跳段使用，周边眼采用空气间隔不耦合装药结构，用竹片绑扎方式实现，其余炮眼采用连续装药结构，所有炮孔均用炮泥填塞。

　　3.3微差光面爆破施工设计

　　本设计仅为原则性要求，具体爆破设计参数以被公安部门批准的爆破施工方案为施工依据。爆破方案按专项施工方案的编制要求和审批程序进行。

　　3.3.1爆破施工设计依据

　　(1)工程地质与水文地质;

　　(2)施工周围环境及施工作业条件;

　　(3)开挖施工方法、掘进速度、施工能力及施工机具;

　　(4)开挖质量要求;

　　(5)岩石的特性及岩石的抗爆性、可钻性;

　　(6)炸药品种及其他火工品的品种和技术参数;

　　(7)国家标准：爆破安全规程(GB6722-2003);

　　3.3.2施工参数

　　⑴开挖方式：矿山法隧道单线A型、B型断面均采用短台阶法开挖。

　　⑵开挖面积

　　1单线A型断面面积：约39.81m2;

　　单线B型断面面积：约41.16m2

　　⑶隧道预留变形量：按设计给定值。

　　⑷岩石的抗爆性:极难爆(中风化、微风化花岗岩为主)。

　　⑸装碴方式:小型挖掘机装碴。

　　⑹破碎块径:粒径最大尺寸不大于30cm。

　　⑺循环进尺的确定

　　循环进尺根据围岩特性、开挖断面、支护形式、格栅钢架间距、施工方法、施工机具、出碴能力等综合进行考虑确定为0.6～1.6m。开始施工时，采用0.8m的循环进尺,根据监控量测的情况进行循环进尺的调整。

　　3.3.3爆破参数的确定

　　(1)药卷直径选择：周边眼采用Φ20药卷，其它炮眼采用Φ32药卷。

　　(2)炮眼直径的确定

　　为避免发生管道效应导致药卷拒爆，药卷直径应与炮眼直径相匹配。采用不耦合系数λ来控制药卷直径，不耦合系数λ=D/Φ，隧道穿越较硬地层有中等风化、微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度为34～81MPa属于硬岩，不耦合系数λ控制在1.1-1.4之间,且要求药卷直径不小于该炸药卷的临界直径。实际爆破设计时，周边眼可采用较大的λ值，掏槽眼和辅助炮眼采用λ=1.3,周边眼采用λ=1.6。确定掏槽眼和辅助眼直径为42mm，周边眼直径为32mm。

　　(3)炮眼布置

　　炮眼布置原则如下：

　　1掏槽眼布置在开挖断面的上中部，采用斜眼掏槽。斜眼掏槽的炮眼方向，在岩层层理或节理明显时，不得与其平行，应呈一定的角度并尽量与其垂直。

　　2周边眼沿设计开挖轮廓线布置，以保证开挖断面符合设计要求。

　　3辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，以保证破碎石块满足装碴要求。

　　4周边眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，以保证开挖面平整，掏槽炮眼比周边炮眼和辅助炮眼深20cm。

　　5炮眼布置数量根据开挖断面的大小、形状而定。

　　(4)允许用药量按下式确定

　　Qm=R3*(Vrp/K)3/a

　　式中:Qm—一般允许用药量(kg);

　　Vrp—振速安全控制标准,取值2.0cm/s;

　　R—爆源中心到振速控制点的距离(m);

　　K—与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数;取值K=160

　　a—爆破振动衰减指数;取a=1.70;

　　(5)掏槽眼爆破参数

　　①孔深:h=1.2m;

　　②孔径:d=40mm;

　　③装药集中度:q=0.5kg/m;

　　④孔距:a=0.4m;

　　⑤装药不耦合系数:λ=2.0

　　⑺辅助眼爆破参数

　　1孔深:h=1.0m;

　　2孔径:d=40mm;

　　3单位耗药量:0.8～1.0kg/m3;

　　4排距:b=0.6m;

　　5孔距:a=0.7m;

　　6装药不偶合系数:λ=2.0

　　⑻周边眼

　　1孔深:h=1.2m;

　　4.爆破施工工艺

　　4.1钻眼过程对围岩情况的判别

　　钻眼时，根据钻进速度，手感和冲洗液浊度，可以初步推断前方围岩的情况，钻进速度快，持钻手感轻，冲洗液混浊，表明岩石强度变软，围岩变差;反之，钻进速度慢，持钻手感较重，冲洗液变清，表明岩石强度变硬，围岩变好。有变化时应及时向施工负责人和技术负责人报告以便及时调整施工方法和采取必要措施。

　　4.2炮眼清孔

　　使用钢筋弯制的炮勺和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼内的石屑刮出和吹净。

　　4.3装药

　　1装药前，应先检查爆破作业面围岩和附近支护是否牢靠，必要时应先进行加固，并将开挖面5m范围内的杂物、石块清理干净;炮眼内的泥浆应吹洗干净;刚打好的炮眼，不得立即装药，如遇照明不足，有流泥未经处理，有大量涌水时严禁装药。

　　②装药分片分组按炮眼设计图确定的药量自上而下进行，雷管要对号入眼。③严禁使用金属器具装药，应使用木、竹棍轻轻送入炮眼，不得冲击，不得挤压引线。

　　4.4联结起爆网络

　　①联结起爆网络在工作面所有不用的机具材料撤离后方可开始。

　　②起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。网络联结好后，要有专人负责检查。

　　4.5瞎炮处理

　　发生拒爆和瞎炮情况时，应由爆破安全员和专职爆破工查明原因。并按隧道爆破安全规程有关规定进行处理。

　　5.结论和建议

　　在城市复杂环境下进行爆破作业, 爆破作业范围大, 且每个区域的周边环境条件可能不一致, 应根据各爆破区域周边环境条件的差异分别采用各自的爆破参数, 并严格进行爆破作业和管理,完全能够实现安全、经济、快速的目标。

　　参考文献:

　　[ 1] 冯叔瑜, 等. 城市控制爆破(第二版) [M]. 北京: 中国铁道出版社, 1996

　　[ 2] 张应立. 工程爆破实用技术[M]. 北京: 冶金工业出版社

　　[ 3] 张雪亮等. 爆破地震效应[M]. 北京: 地震出版社,1981.

　　[ 4] 杨文渊. 工程爆破常用数据手册[M]. 北京: 人民交通出版社

　　[ 5] 黄绍钧. 工程爆破设计[M]. 北京: 兵器工业出版社

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文章名称： 城市中心区复杂环境条件下隧道爆破技术

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