鄧宏偉

(中鐵六局集團(tuán)有限公司 北京100036)

城市地鐵施工降低爆破震動的探討

鄧宏偉

(中鐵六局集團(tuán)有限公司 北京100036)

隧道施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的 18字原則組織施工。為確保工期，紅土地站下穿段采用機(jī)械開挖結(jié)合控制(弱)爆破施工，施工影響范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，采用機(jī)械開挖結(jié)合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖。論述了工程概況、施工要求及相關(guān)施工工藝與方法。

城市 爆破控制 減低震動

1 工程概況

1.1 新建10號線紅土地站下穿段工程簡介(見圖1)

重慶軌道交通 10號線(建新東路至王家莊段)工程全部位于兩江新區(qū)內(nèi)，連接了江北區(qū)、北部新區(qū)、渝北區(qū) 3個行政區(qū)，線路長度 32.15,km，其中地下段長度為24.85,km，高架線長度為7.3,km。本段工程共涉及車站19座，其中地下站18座，高架站1座，設(shè)朱家灣車輛段和王家莊停車場。

紅土地站位于五紅路下方，呈南北向布置，采用15,m島式站臺，單拱雙層(局部3層)結(jié)構(gòu)，車站起點里程為 K12＋192.711，車站終點里程為 K12＋414.711，總長度 222,m。車站埋深為 65.1～72.9,m。車站主體采用暗挖法施工，為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，二次襯砌結(jié)構(gòu)寬為 25.2,m，高為 20.81,m，開挖斷面面積為475.8,m2。

新建10號線紅土地站與既有6號線紅土地站換乘，與之呈十字相交，共設(shè)置6個換乘通道，其中1、4號換乘通道預(yù)留，2、5號換乘通道與預(yù)留接口相接。十號線紅土地站下穿段及影響范圍：上臺階全長65,m，里程段落為 K12＋254.245～K12＋319.245；中臺階全長 55,m，里程段落為 K12＋259.245～K12＋314.245；下臺階全長 45,m，里程段落為 K12＋264.245～K12＋309.245。6號線紅土地站位于本站上方，凈距5.06,m，下穿6號線段采用兩個分離的單洞雙層拱形結(jié)構(gòu)，單洞間凈距 1.66,m，為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，二次襯砌結(jié)構(gòu)為600,mm厚C40鋼筋混凝土，開挖寬為 11.54,m，高為 15.02,m，單洞開挖斷面面積為149,m2(見圖1)。

圖1 下穿段工程示意圖Fig.1 Sketch map of the underneath pass project

1.2 地質(zhì)概況

車站下穿段穿越地質(zhì)圍巖主要為砂質(zhì)泥巖與砂巖Ⅳ級。

2 施工技術(shù)要求

本站下穿段影響范圍標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，采用機(jī)械開挖結(jié)合控制爆破(松動弱爆破)方式，爆破震動控制速率不大于 2.0,cm/s，下穿既有6號線段設(shè)計為 CRD法施工，采用機(jī)械開挖結(jié)合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，震動控制速率不大于1.0,cm/s。

暗挖車站弱爆破開挖時，采用光面爆破，毫秒起爆方式；選用微差毫秒雷管，跳段使用相隔間距大于50,ms，避免震波疊加影響，必要時采用數(shù)碼電子雷管；采用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸藥，并采用毫秒雷管或?qū)П魍瑫r起爆，嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，借助導(dǎo)爆索裝藥使藥量沿炮眼分布均勻；根據(jù)爆破效果及振速監(jiān)測值及時調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)。

在隧道開挖方面：①要加強(qiáng)對開挖工作面地質(zhì)的觀察和記錄，判斷其穩(wěn)定性并預(yù)報開挖面前方的地質(zhì)情況以指導(dǎo)施工；②確定結(jié)構(gòu)開挖輪廓時，按圖紙要求預(yù)留圍巖變形量，施工過程中通過施工監(jiān)測及時加以調(diào)整；③控制爆破開挖時，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行光面爆破，光面爆破采用毫秒起爆方式；④爆破作業(yè)遵循淺孔密布的原則，少裝藥，短進(jìn)尺，多循環(huán)、分臺階開挖，穩(wěn)扎穩(wěn)打，確保安全；⑤爆破質(zhì)量符合下列要求，中硬巖眼痕率不小于 50%,，軟巖中隧道周邊成型應(yīng)符合設(shè)計輪廓，巖面不應(yīng)有明顯爆震裂縫，隧道周邊不應(yīng)欠挖；⑥施工循環(huán)進(jìn)尺車站標(biāo)準(zhǔn)段不得大于1.6,m/次，下穿段不得大于0.5,m/次。

3 編制依據(jù)

①《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》GB 50299—1999(2003年版)；②《土方與爆破工程施工及驗收規(guī)范》GB 50201—2012；③《爆破安全規(guī)程》GB 6722—2003；④2015年3月27日，召開重慶軌道交通10號線土建10101標(biāo)紅土地站下穿段施工方案專家論證會形成的《重慶軌道交通10號線土建 10101標(biāo)紅土地站下穿段機(jī)械開挖結(jié)合控制弱爆破施工方案專家論證會意見》及《重慶軌道交通10號線土建10101標(biāo)紅土地站下穿段機(jī)械開挖結(jié)合控制弱爆破施工方案專家論證會會議紀(jì)要》(編號：CQ＋－1－01－QTJY-2015-012)。

4 施工工藝及方法

4.1 總體施工方案

隧道施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的18字原則組織施工。為確保工期，紅土地站下穿段采用機(jī)械開挖結(jié)合控制(弱)爆破施工，施工影響范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，采用機(jī)械開挖結(jié)合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，爆破振動控制速率不大于 2.0,cm/s。下穿既有6號線段設(shè)計為CRD法施工，采用機(jī)械開挖結(jié)合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，振動控制速率不大于1.0,cm/s。6號線振速控制在1.0,cm/s以內(nèi)，考慮影響范圍施工爆源較下穿段爆源距離6號線遠(yuǎn)，且影響范圍和下穿段施工方法及進(jìn)尺、爆破參數(shù)均一致，故本方案以下穿段為主予以說明。

總體施工方案如圖2所示：

圖2 總體施工方案圖Fig.2 Schematic of the overall construction scheme

總體施工順序嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行，采用 CRD法施工，中隔壁兩側(cè)導(dǎo)洞錯開 20,m以上，同一側(cè)導(dǎo)洞上下臺階步距控制在 10,m。為確保 6號線運營安全，先開挖一側(cè)隧道，待先行洞初期支護(hù)及二次襯砌施工完成后再開挖另一側(cè)隧道。開挖支護(hù)順序嚴(yán)格按圖 2所示進(jìn)行，先采用機(jī)械開挖①部，然后采用控制弱爆破開挖②部，最后采用控制弱爆破開挖③部，④⑤⑥部開挖順序同①②③部，初期支護(hù)緊跟開挖掌子面施工。先行洞開挖支護(hù)施工完成后立即組織施工二次襯砌，二次襯砌施工完成后組織后行洞施工，后行洞先開挖遠(yuǎn)離先行洞一側(cè)，后開挖靠近先行洞一側(cè)，施工順序同先行洞。

4.2 機(jī)械開挖

銑挖機(jī)施工在國內(nèi)尚不多見，國外(德國)銑挖機(jī)產(chǎn)品從 ER100型到 ER5500型各型號齊全，可銑挖從黃土到花崗巖不同硬度的巖石，也可銑挖鋼筋混凝土。

考慮既有6號線運營絕對安全，并結(jié)合下穿段地質(zhì)條件和開挖機(jī)械特點、效率的比選，選用型號為ER1500的銑挖機(jī)，同時考慮下穿段作業(yè)空間和與銑挖機(jī)配套功率因素，選用小松 200-8型(或同級別其他類型品牌)挖掘機(jī)進(jìn)行下穿段掘進(jìn)施工，銑挖最大挖掘半徑為 10.18,m，最大挖掘高度為 10,m，單次銑挖進(jìn)尺為50～80,cm，滿足下穿段開挖施工要求。

5 爆破設(shè)計

下穿段施工影響范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)段爆破參數(shù)詳見已審批的《紅土地站爆破設(shè)計專項方案》，考慮其上臺階已完成機(jī)械開挖，車站存在大面積臨空面，且為確保6號線運營安全，在原爆破設(shè)計參數(shù)基礎(chǔ)上減少藥量并縮短開挖進(jìn)尺，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)適時優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)，確保振速不超標(biāo)即可。

5.1 開挖方法、爆破進(jìn)尺及斷面確定

該段采用CRD法3臺階施工，上臺階采用機(jī)械開挖，高度為 3.4,m，中下臺階采用控制爆破(松動弱爆破)開挖，中臺階高度為 4.3,m，下臺階高度為7.5,m，為確保臨空面起到減振作用，上臺階比下臺階多開挖1,m以上，中下臺階步距控制在10,m。根據(jù)設(shè)計要求，爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)為 1.0,cm/s，為確保既有線運營安全，采用數(shù)碼電子雷管錯相減振技術(shù)，爆破振速嚴(yán)格控制在1.0,cm/s范圍內(nèi)，并根據(jù)量測及監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整爆破參數(shù)，確保將爆破振動控制在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

開挖采用多功能作業(yè)臺架配合氣腿式風(fēng)鉆(孔徑42,mm)鉆孔，炸藥采用低猛度、低爆速炸藥，數(shù)碼電子雷管微差逐孔起爆，周邊眼采用不耦合空氣柱裝藥結(jié)構(gòu)。堅持以“弱爆破、短進(jìn)尺”保證施工及運營安全，設(shè)計爆破進(jìn)尺為0.5,m。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)及爆破進(jìn)尺，但爆破振速限值不得超過設(shè)計要求。同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，當(dāng)振速指標(biāo)滿足要求時，為節(jié)約施工成本采用微差毫秒雷管進(jìn)行爆破施工，微差毫秒雷管跳段使用，微差相隔間距大于50,ms，避免振波疊加影響。

5.2 爆破參數(shù)設(shè)計

5.2.1 孔徑

選用風(fēng)鉆鉆眼，孔徑為42,mm。

5.2.2 孔深L

L＝0.8,m。

5.2.3 抵抗線W0

考慮存在臨空面并根據(jù)圍巖巖性及斷面尺寸，②部排眼取值為475,mm，③部排眼取值為485,mm，周邊眼取值為45,cm。

5.2.4 間距a

考慮臨空面及斷面尺寸，根據(jù) a＝(0.8～1.2)W0并根據(jù)圍巖巖性，取值為 50,cm，周邊眼取值為40,cm和45,cm。

5.2.5 堵塞長度L2

L2≥20,cm。

5.2.6 裝藥集中度q

取0.10～0.20,kg/m。

5.2.7 數(shù)碼電子雷管逐孔起爆微差

取4～8,ms，根據(jù)工法及現(xiàn)場試驗確定。

②部炮眼布置圖(見圖 3)及詳細(xì)參數(shù)如下：下穿段 CRD法施工②部開挖斷面為 25,m2，爆破進(jìn)尺為0.5,m，開挖方量為12.5,m3，炮孔個數(shù)為121孔，比鉆孔個數(shù)為 4.84 個/m2，單孔裝藥量為 50,g，總裝藥量為6.05,kg，單耗為0.484,kg/m3。

圖3 下穿段CRD法施工②部炮眼布置圖Fig.3 Arrangement plan of blast holes in ② section during CRD construction in underneath pass

③部炮眼布置圖(見圖 4)及詳細(xì)參數(shù)如下：開挖斷面為46,m2，爆破進(jìn)尺為0.5,m，開挖方量為23,m3，炮孔個數(shù)為210孔，比鉆孔個數(shù)為4.565,2 個/m2，單孔裝藥量為 50,g，總裝藥量為 10.5,kg，單耗為0.456,5,kg/m3。

鑒于⑤⑥部斷面形式、地質(zhì)條件及臨空面條件與②③部基本一致，且⑤⑥部斷面面積分別為23.6,m2、37.2,m2，均小于②③部斷面面積，因此⑤⑥部爆破施工可參照②③部爆破參數(shù)進(jìn)行爆破施工。

5.3 振速計算

爆破時地震波對既有線的影響主要取決于震源大小、距離及介質(zhì)的條件，而震源大小則與一次起爆的藥量有關(guān)。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中爆破振動速度計算公式為：

V＝K(Q1/3/R)α

式中：V——爆破振動速度；R——爆破地震波危險半徑；K——與地震波傳播地段的介質(zhì)性質(zhì)及距離有關(guān)的系數(shù)，參照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定并結(jié)合隧道圍巖巖性條件取值；α ——衰減指數(shù)，參照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定并結(jié)合隧道圍巖巖性條件取值；Q——最大單響裝藥量，根據(jù)爆破參數(shù)設(shè)計取值。

《爆破安全規(guī)程》爆區(qū)不同巖性的 K、α取值見表1。

圖4 下穿段CRD法施工③部炮眼布置圖Fig.4 Arrangement plan of blast holes in ③ section during CRD construction in underneath pass

表1 K、α 取值表Tab.1 Valuing of K and α

根據(jù)以上爆破設(shè)計及分析，結(jié)合數(shù)碼電子雷管逐孔起爆原理，爆破振速只需計算中臺階第1排眼單孔爆破時的對應(yīng)振速即可，該振速計算結(jié)果滿足要求則其他值亦滿足要求，6號線結(jié)構(gòu)底部(即仰拱底部)振速計算值以 V1表示，6號線道床結(jié)構(gòu)頂部(即仰拱填充面，該結(jié)構(gòu)面與爆源距離未計入道床厚度)振速計算值以 V2表示，先行洞二次襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)振速計算值以V3表示，則計算過程及結(jié)果如下：

5.3.1 6號線結(jié)構(gòu)底部振速計算

結(jié)論：V1＝0.48,cm/s＜1.0,cm/s，滿足設(shè)計要求。

其中：K取值為150；α取值為1.8；Q＝0.05,kg；R1＝5.06＋3.4＋0.475＝8.935,m。

5.3.2 6號線道床結(jié)構(gòu)頂部振速計算

從一開始，康提尼·巴黎塔就種植了黑瑪爾維薩來給阿方斯萊弗寧增加酒液顏色和果味。意大利釀酒師賈科莫·安塞米和助手阿貢·威利斯則與農(nóng)民密切合作，執(zhí)行嚴(yán)格的葡萄園管理規(guī)則，比如進(jìn)行綠色采摘和控制采收至一年兩次，以此來提高葡萄成熟度。他們還計劃用其他意大利葡萄品種進(jìn)行試驗，包括歌蕾拉、黑珍珠和普里米蒂沃等葡萄品種來提高葡萄酒的品質(zhì)。

結(jié)論：V2＝0.33,cm/s＜1.0,cm/s，滿足設(shè)計要求。

其中：K取值為150；α 取值為1.8；Q＝0.05,kg；R2＝R1＋0.75＋1.31＝10.995,m。

5.3.3 先行洞2次襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)振速計算

結(jié)論：V3＝0.68,cm/s＜2.0,cm/s(根據(jù)爆破安全規(guī)程，結(jié)合現(xiàn)場實際情況取振速安全控制值為2.0,cm/s)，滿足設(shè)計要求。

其中：K取值為150；α 取值為1.8；Q＝0.05,kg；R2＝5.346＋1.66＋0.35＝7.356,m。

經(jīng)過以上分析計算，按爆破參數(shù)設(shè)計值進(jìn)行爆破施工時振速滿足設(shè)計安全要求，要求現(xiàn)場操作時安排專人盯控，嚴(yán)格按設(shè)計的爆破參數(shù)實施爆破施工，不得私自變更爆破參數(shù)。為確保 6號線運營絕對安全，根據(jù)振速監(jiān)測結(jié)果適時優(yōu)化爆破參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋并指導(dǎo)施工現(xiàn)場。

5.4 控制爆破實施

必須依照設(shè)計指定的位置，分區(qū)按順序鉆孔。刷幫壓頂鉆孔時，由技術(shù)熟練的工人鉆手施鉆，提高鉆孔的速度和準(zhǔn)確性。開口時慢慢推進(jìn)，特別要控制好周邊炮眼的鉆孔精度和外插角，達(dá)到定位準(zhǔn)確、開挖輪廓平順、炮孔末端齊整的要求。鉆眼時掘進(jìn)眼保持與隧道軸線平行，周邊眼外插角控制在3～4,°以內(nèi)。

輔助眼眼口間距允許誤差為±10,cm；周邊眼眼口位置允許誤差為±5,cm，眼底不得超出開挖斷面輪廓線 10,cm。當(dāng)開挖面凹凸較大時，按實際調(diào)整炮眼深度及裝藥量，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。

5.4.2 清孔驗孔

鉆完 1孔后及時清孔驗孔，炮眼檢查的標(biāo)準(zhǔn)為：“準(zhǔn)、直、平、齊”。炮眼深度符合設(shè)計要求，各炮眼相互平行，孔底要落在同一面上，炮眼驗收合格后，清除孔內(nèi)的碴粉，準(zhǔn)備裝藥。對不合格的炮孔要堅持重鉆。

5.4.3 裝藥連線

選用低爆速、低猛度、傳爆性好的炸藥，并與巖石的波阻抗相匹配。裝藥時專人負(fù)責(zé)按爆破設(shè)計參數(shù)裝藥，裝藥作業(yè)分組、分片進(jìn)行，定人定位，確保裝藥作業(yè)有序。每眼裝藥后用炮泥堵塞。各類炮眼采用合理的裝藥系數(shù)，周邊眼選用小直徑藥卷不耦合裝藥，利用導(dǎo)爆索起爆；掘進(jìn)炮眼連續(xù)裝藥。炮孔采用炮泥堵塞，炮孔最小堵塞長度不得小于 200,mm。裝藥聯(lián)線完成后對整個爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)整個網(wǎng)絡(luò)無誤后方可起爆。

5.4.4 起爆

雷管聯(lián)接好后，由專人檢查雷管的連接質(zhì)量及是否有漏聯(lián)的雷管，檢查無誤后起爆。

5.4.5 檢驗

每次鉆爆完成后，技術(shù)人員與爆破人員一起檢驗爆破效果，主要檢驗振速是否滿足安全要求、石碴塊度是否均勻、周邊眼炮痕保留情況、炮眼利用率等參數(shù)，根據(jù)爆破效果及圍巖實際情況，適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)，以求取得更好的爆破效果。

5.5 裝藥結(jié)構(gòu)

炮眼采用反向裝藥起爆，采用低猛度、低爆速炸藥和實現(xiàn)不耦合裝藥，以減小爆破振速。裝藥前必須清孔，用小直徑高壓風(fēng)管輸入高壓風(fēng)將炮眼石屑(粉)刮出吹凈，光面爆破裝藥技術(shù)采用空氣柱不耦合裝藥技術(shù)，裝藥時把藥卷捆綁在導(dǎo)爆索上并用竹片固定，這樣既能保證光爆藥卷正確定位于光爆孔內(nèi)(保證間隔裝藥精度)，又能將竹片靠近要保護(hù)的圍巖一側(cè)，顯著改善爆破效果，有效減小爆破振動。所有炮眼按要求用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20,cm。

5.6 起爆順序

爆破材料采用數(shù)碼電子雷管，按輔助眼→周邊眼→底板眼順序逐孔自左向右、自上而下起爆。

5.7 起爆網(wǎng)路

選用數(shù)碼電子雷管，為減小爆破振動，相鄰炮孔之間需要保證足夠合適的微差時間，根據(jù)爆破器材，結(jié)合現(xiàn)場試驗情況，選用最合理的微差時間按先后順序逐孔起爆。

5.8 爆破時間

避開上下班高峰期，并與車站負(fù)責(zé)人及相關(guān)工作人員保持良好的溝通，爆破前 10,min專人電話通知車站工作人員，車站工作人員完全告知站內(nèi)乘客并確認(rèn)車站及兩端區(qū)間無列車時進(jìn)行爆破，以免引起旅客恐慌，同時確保行車安全。

5.9 6號線紅土地站保護(hù)措施

下穿段采用機(jī)械開挖結(jié)合控制弱爆破開挖措施，每次爆破嚴(yán)格進(jìn)行振速監(jiān)測(下穿段振速不得超過1.0,cm/s)，且爆破振速監(jiān)測點隨爆破點不斷移動使其保持在同一豎向斷面上，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上報并分析，以爆破振速監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，及時調(diào)整爆破參數(shù)，確保 6號線運營及結(jié)構(gòu)安全。提前做好與既有 6號線紅土地站工作人員的溝通，摸清既有設(shè)備設(shè)施及相關(guān)要求，安排專人在每次爆破前后進(jìn)入既有車站進(jìn)行安全巡視，并做好記錄。嚴(yán)格按設(shè)計要求的斷面布置及監(jiān)測頻率做好既有紅土地站的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即啟動應(yīng)急預(yù)案，確保6號線運營安全。

經(jīng)每日監(jiān)測所得數(shù)據(jù)分析：6號線紅土地車站上下行區(qū)間各測項均無異常，無預(yù)警情況?！?/p>

［1］ GB 50299—1999. 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范(2003年版)[S].

［2］ GB 50201—2012. 土方與爆破工程施工及驗收規(guī)范[S].

［3］ GB 6722—2003. 爆破安全規(guī)程[S].

On Blasting Vibration Reduction in Urban Subway Constructions

DENG Hongwei
(China Railway Sixth Group Co.，Ltd.，Beijing 100036，China)

Tunnel constructions should strictly follow the principles of Setting Steel Pipes At First，Strict Grouting，Strict Blast-hole Drilling，Strong Support，Early Closing and Frequent Measurement．To ensure the construction schedule，a subway station passing through red earth used a method combining excavating earthwork with machine and controlled blasting(for loosening rock)．This paper introduces project overview，construction requirements and relative construction processes and techniques.

urban；controlled blasting construction methods；vibration reduction

U25

A

1006-8945(2016)02-0029-05

2016-01-11