黃 楠，顧陽光

(江蘇省礦業(yè)工程集團有限公司，江蘇 徐州221000)

1 工程概況

1.1 工程簡介

因設(shè)計調(diào)整原地下2 層站變更為地下3 層站,導(dǎo)致鳳美盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)埋深加大,掘進范圍內(nèi)侵入大量凸起基巖,區(qū)間沿線零星分布的孤石強度高達133.8 MPa,盾構(gòu)機在這種情況下掘進時容易導(dǎo)致盾構(gòu)機卡住、刀盤刀具損壞、軸線偏差及地面塌陷等情況。

1.2 工程地質(zhì)

1)地層巖性

隧道上部為含礫粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化灰?guī)r、全風(fēng)化灰?guī)r,下部為中風(fēng)化灰?guī)r。 中風(fēng)化灰?guī)r室內(nèi)天然單軸抗壓強度為29.2 ～99.1 MPa,抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為63.81 MPa;室內(nèi)飽和單軸抗壓強度為20.20 ～95.00 MPa,抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為56. 17 MPa,屬較硬巖。

2)地基土

地基土主要為第四系地層,由雜填土、素填土和各類黏土構(gòu)成,土層對鉆孔有一定影響,對爆破作用影響相對較小。

2 爆破施工技術(shù)設(shè)計

2.1 火工品的選擇

雷管選用澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司生產(chǎn)的高精度毫秒導(dǎo)爆管雷管,炸藥選用2#巖石乳化炸藥,藥卷規(guī)格為?32 mm 或?60 mm。

2.2 基巖爆破參數(shù)的確定

1)鉆孔直徑

采用地質(zhì)鉆機鉆孔,孔徑為?115 mm,然后內(nèi)置PVC 管防塌孔,管徑為?90 mm。

2)布孔形式

平面布孔形式采用方形布孔,布孔如圖1所示。

圖1 爆破孔位布置

3)孔網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)工程設(shè)計圖,孔網(wǎng)參數(shù)取0.8 m× 0.8 m,鉆孔超深為0.6 ～1.0 m。

4)單耗計算

由于需要爆破處理的巖石位置較深,且在水下爆破施工,依據(jù)瑞典的設(shè)計方法,單位耗藥量根據(jù)式(1)計算:

q=q1+q2+q3+q4(1)

式中:q1為基本裝藥量,kg/m3,一般取陸地梯段爆破的兩倍(本工程爆破視為水下爆破),對水下垂直鉆孔,再增加10%,此處q1取1.0;q2為爆區(qū)上方水壓增量,取0.01h2,h2為水深,m;q3為爆區(qū)上方覆蓋層增量, 取0.02h3,h3為覆蓋層厚度,m;q4為巖石膨脹增量,取0.03h4,h4為梯段高度,m。

本工程h2取20 m,h3=20 m,h4=4 m(平均裝藥長度)。

q=1.0+0.01×20+0.02×20+0.03×4=1.72(kg/m3)

該計算單耗是在有自由面時的爆破單耗,本工程考慮1.5 ～2 倍的系數(shù),結(jié)合預(yù)爆破時試驗段施工實際單耗為4. 67 kg/m3,設(shè)計爆破單耗取4.0 kg/m3。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

所有炮孔都裝藥,第一排炮孔藥量加大20%,用以壓縮第一排炮孔前方的土(或前次爆破的碎石),為后續(xù)巖石移動創(chuàng)造空間。

1)由于本工程環(huán)境復(fù)雜,裝藥結(jié)構(gòu)主要考慮到最大齊爆藥量的控制,當(dāng)單孔藥量低于最大齊爆藥量時,采用連續(xù)裝藥。

2)當(dāng)單孔藥量超過最大齊爆藥量時,采用間隔裝藥。

3)爆破鉆孔深度根據(jù)隧道斷面輪廓確定,孔底連線成弧形,如圖2 所示。

圖2 掘進隧道布孔形式

2.4 堵塞

用一根3 m 長的?70 mm PVC 管裝滿0.5 cm的瓜子片,用鐵絲懸吊于孔口,相當(dāng)于堵塞長度3 m,堵塞長度不足時,再加一根PVC 管,直至堵滿炮孔。

2.5 起爆網(wǎng)路與起爆方法

1)起爆順序原則

采取毫秒延時起爆網(wǎng)路,前排孔先爆,擠壓周圍土層產(chǎn)生自由面,再對后排孔進行逐孔起爆。

總體爆破順序為縱向分段、橫向分塊、外圍向中部合攏。 單次爆破起爆順序從低到高,從周邊到中間,從前排到后排,即從巖石低的地方先起爆,順序傳遞到巖石高的區(qū)域。

2)起爆網(wǎng)路

為保證起爆準(zhǔn)爆率,孔內(nèi)裝入雙發(fā)雷管,網(wǎng)路形式可以采用孔間延期25 ms,排間延期65 ms 的連線方式,實現(xiàn)逐孔起爆。

3 安全設(shè)計

3.1 最大單段起爆藥量計算

爆破振動強度與爆破最大單段起爆藥量有關(guān),為保證被保護建構(gòu)筑物的安全,必須控制最大單段起爆藥量Qmax及爆破總藥量。

根據(jù)薩德夫斯基經(jīng)驗公式(2)計算最大單段起爆藥量。

式中:V為保護對象所在地安全允許質(zhì)點振速,cm/s;Q為最大單段起爆藥量,kg;R為爆破振動安全允許距離,m;K為與爆破點至保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù);α為與爆破點至保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)。

爆破區(qū)域周圍需保護的對象主要為民用建筑和市政管線等,為保證其安全,爆破振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)按民房1.5 cm/s、市政管線5 cm/s 控制。

根據(jù)試驗段實測爆破振動數(shù)據(jù)回歸計算得到K=129、α=1.45,根據(jù)爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)計算出不同距離處的允許最大單段起爆藥量,見表1。

表1 不同距離處的允許最大單段起爆藥量

每次爆破前,根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境確定爆破允許的最大單段起爆藥量,并確保實際單段起爆藥量小于此值。

3.2 爆破飛石安全距離

施工裝藥位置上部有7 ～20 m 厚的土層覆蓋,又在地面炮口處鋪設(shè)炮被,未產(chǎn)生飛石危害。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場多次爆破結(jié)果來看,采用隧道斷面輪廓底部連線成弧形布孔、間隔裝藥與連續(xù)裝藥結(jié)合、平行連接逐孔網(wǎng)路起爆的方式,有效地保證了周圍土體的完整性,掘進區(qū)內(nèi)的巖石破碎較好,解決了盾構(gòu)機掘進過程中遇到堅硬巖石而造成卡刀的問題。