地鐵大截面隧道爆破設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉 淼

（江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，土地資源日益緊缺。土地開(kāi)發(fā)已由地表逐漸轉(zhuǎn)向地下[1]。在巖石層較淺的城市地鐵建設(shè)施工中諸如基坑開(kāi)挖、隧道掘進(jìn)都會(huì)遇到巖石爆破。但地鐵隧道工程的地質(zhì)條件及地面環(huán)境更加復(fù)雜，存在著埋深淺且爆破振動(dòng)易引起上方軟弱地層的坍塌等危及施工安全的風(fēng)險(xiǎn)[2]。本文通過(guò)開(kāi)展大斷面控制爆破施工技術(shù)研究，采用地鐵隧道爆破大多采取的CRD法，通過(guò)設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，合理控制炸藥單耗，降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度，確保圍巖輪廓成型效果良好。

1 工程概況

徐州市軌道交通2 號(hào)線一期工程某區(qū)間隧道長(zhǎng)約896 m，聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)約465 m，區(qū)間隧道及聯(lián)絡(luò)線采用礦山法施工，隧道洞頂埋深8～16 m，主要穿越中風(fēng)化灰?guī)r層。隧道縱斷面為“V”字坡，其中最大坡度為26‰，最小坡度右線為5‰。根據(jù)勘探資料顯示區(qū)間巖體總體強(qiáng)度較高，圍巖等級(jí)Ⅲ～Ⅳ類。

2 爆破方案設(shè)計(jì)

本段工程施工條件極為復(fù)雜，車流量、人流量較大，在建筑物下穿越施工的安全要求高，需要綜合考量各種不利因素，對(duì)施工工藝、施工方法和技術(shù)能力都是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn)，對(duì)施工進(jìn)度影響也較大，因此，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)與安全應(yīng)對(duì)措施，宜采用光面爆破等余震較小的方法。隧道分區(qū)設(shè)置如圖1。

圖1 隧道各區(qū)施工工序布置圖

2.1 孔徑參數(shù)選擇

采用YT-28 型風(fēng)鉆鉆孔，鉆頭直徑Φ42 mm。炮孔所裝炸藥選用Φ32 mm 乳化炸藥，雷管選用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。

2.2 炮孔參數(shù)選擇

大斷面隧道CRD 法爆破技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)，大截面隧道各區(qū)具體布孔如圖2。

圖2 隧道各區(qū)炮孔布置圖

（1）掏槽孔。采用楔形掏槽，一級(jí)掏槽孔距a=0.6 m，排距b=1.5 m，孔深1.0 m。二級(jí)掏槽孔距a=0.6 m，排距b=2.5 m，孔深1.8 m，與工作面角度為60°～70°。

（2） 輔助孔。 孔距a=0.55～0.8 m， 排距b=0.6～0.8 m，孔深1.3～1.5 m。

（3）周邊孔。間距0.45～0.6 m，孔深1.3～1.5 m。

（4）炸藥單耗。根據(jù)巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度以及巖石的可爆性決定炸藥單耗，設(shè)計(jì)單耗取0.7～1.0 kg/m3。

其中，掏槽孔的布置直接影響到中心巖石拋擲效果及輔助孔、周邊孔作用效果，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后最終確定掏槽孔布置如圖3。

圖3 隧道各區(qū)掏槽孔斷面圖（mm）

2.3 爆破網(wǎng)路與裝藥結(jié)構(gòu)

各導(dǎo)坑起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)如下：

（1）上導(dǎo)坑（1/4 區(qū)、3/4 區(qū)）起爆順序：

掏槽孔→輔助孔→周邊孔

（2）下導(dǎo)坑（2/4 區(qū)、4/4 區(qū)）起爆順序：

輔助孔→周邊孔→底板孔

（3）各導(dǎo)坑開(kāi)挖起爆網(wǎng)絡(luò)

采用非電毫秒雷管裝入孔中，掏槽孔用ms1、ms3 雷管，輔助孔用ms5、ms7、ms9、ms11、ms13段雷管，光爆孔用15 段起爆，最后用若干1 段非電導(dǎo)爆管雷管捆扎引爆全部網(wǎng)路。各炮孔裝藥量及雷管配置見(jiàn)表1。

表1 各炮孔裝藥量及雷管配置表

（4）裝藥結(jié)構(gòu)

周邊孔采用間隔裝藥并使用導(dǎo)爆索作為傳爆線，直徑為采用25 mm 炸藥加竹片綁扎成串狀裝藥結(jié)構(gòu)。其他炮孔采用連續(xù)裝藥，藥卷為32 mm，全部采用反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)。周邊孔及其余炮孔具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 爆破安全校核

3.1 爆破振動(dòng)校核

爆破振動(dòng)安全允許距離計(jì)算公式：

式中：R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，kg；V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

穿越房屋時(shí)，隧道埋深約17 m，安全距離R取17 m，K取200，α=1.5，砼結(jié)構(gòu)建筑物安全允許振動(dòng)速度V=3 cm/s，計(jì)算得出1.1 kg，隧道穿越房屋時(shí)，一次最大齊爆藥量不得超過(guò)極限藥量1.1 kg。此外，為進(jìn)一步確保安全施工，爆破前選擇地表多個(gè)典型建筑（結(jié)構(gòu)）物，使用爆破振動(dòng)測(cè)試專用儀器由遠(yuǎn)至近進(jìn)行跟蹤測(cè)量，校核振動(dòng)計(jì)算值，并依此調(diào)整裝藥量。

3.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)

通過(guò)監(jiān)測(cè)，掌握爆破對(duì)已施工支護(hù)結(jié)構(gòu)及地表建筑物的影響程度，用以修改鉆爆設(shè)計(jì)，控制超、欠挖及維護(hù)外環(huán)境穩(wěn)定，確保鉆爆施工所產(chǎn)生爆破振動(dòng)速度在允許值內(nèi)。施工期間，尤其是鉆爆初期，每炮必須進(jìn)行爆破振速量測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，減少振動(dòng)，確保地面建筑物安全。

采用NUBOX-6016 智能振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)速度。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)爆破施工的需要隨時(shí)進(jìn)行。

3.3 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

選擇在隧道距房屋較近位置，在距離爆破位置最近的房屋屋內(nèi)地面和地基處各布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體位置根據(jù)實(shí)際情況確定。實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度，并進(jìn)行頻率與幅值域分析，根據(jù)國(guó)家規(guī)程及本項(xiàng)目的允許安全標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)爆破對(duì)建筑物的安全影響。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)爆破，測(cè)得爆破振動(dòng)速度遠(yuǎn)小于3.0 cm/s，說(shuō)明各項(xiàng)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)均符合施工要求。

4 應(yīng)用分析

每次爆破后，經(jīng)工作面碎石清理，實(shí)際測(cè)量掘進(jìn)深度，按時(shí)間先后隨機(jī)抽取10 次測(cè)量掘進(jìn)深度結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 掘進(jìn)深度結(jié)果

經(jīng)過(guò)初始幾次爆破試驗(yàn)，對(duì)局部布孔進(jìn)行優(yōu)化后，對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，炮孔利用率均超過(guò)90%，且達(dá)到了良好的輪廓成型效果。同時(shí)，對(duì)爆后檢查和振動(dòng)監(jiān)測(cè)，未出現(xiàn)局部盲炮和振動(dòng)速度超標(biāo)情況，說(shuō)明延期雷管延期間隔時(shí)間設(shè)計(jì)符合作業(yè)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于地鐵大斷面隧道這種處于復(fù)雜環(huán)境下的爆破施工，在合理選用爆破方案和設(shè)計(jì)參數(shù)后，可經(jīng)過(guò)幾次試爆監(jiān)測(cè)，結(jié)合爆后圍巖超欠挖情況進(jìn)行優(yōu)化分析，同時(shí)結(jié)合水文地質(zhì)條件，適時(shí)調(diào)整炮孔參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，基本上能達(dá)到預(yù)期效果。