王文江

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司　遼寧　沈陽　110003）

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地下隧道穿越建筑物的分次爆破的施工技術(shù)

王文江

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司遼寧沈陽110003）

摘要在城市隧道或地下工程施工中，經(jīng)常遇到穿越建筑物的地下巖石爆破開挖工程。在穿越過程中需要有效控制爆破振速，減小對地表建筑物的振動(dòng)破壞。本文介紹一種分次爆破施工與設(shè)計(jì)，這在公路、鐵路、城市地鐵以及水利工程的輸水隧洞爆破開挖過程中都有廣泛的應(yīng)用。其目的是為了解決傳統(tǒng)臺(tái)階開挖法的單段裝藥量過大，地表監(jiān)測爆破振速超標(biāo)，爆破后圍巖穩(wěn)定性差等施工難題，從而減少地表沉降，預(yù)防爆破振動(dòng)造成的建筑物開裂等事件。

關(guān)鍵詞穿越建筑物；分次爆破；施工方案；安全校正

1.引言

隨著隧道施工技術(shù)的不斷成熟，在城市或輸水工程中修建隧道的項(xiàng)目逐漸增多，淺埋巖石隧道穿越民宅、建筑物、交通設(shè)施問題越來越得到各界的廣泛關(guān)注與重視。若爆破效果得不到有效控制，爆破振動(dòng)對施工區(qū)域影響較大，容易引起“擾民”和“民擾”等事件。要想減少爆破施工對環(huán)境的影響，就需對爆破振動(dòng)給出合理的控制指標(biāo)。而控制振速，不僅必須嚴(yán)格控制單段裝藥量最小化，通過孔內(nèi)外綜合微差方式控制爆破振動(dòng)，更為重要的是選擇合理的爆破方法。

傳統(tǒng)的爆破設(shè)計(jì)，是根據(jù)選擇工法的斷面尺寸進(jìn)行炮孔布置，確定斜眼掏槽、周邊眼、輔助眼起爆順序，通過計(jì)算單段裝藥量及合理的使用毫秒雷管分段微差控制振速。但施工中往往因?yàn)楸茢嗝孢^大、爆破網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、掏槽藥量較多等原因，很難達(dá)到理想的控制爆破效果。

在淺埋隧道穿越建筑物階段，如上述設(shè)計(jì)無法滿足控制指標(biāo)安全距離校正時(shí)，可采用分次爆破技術(shù)。分次爆破具有掏槽面積小、起爆網(wǎng)絡(luò)簡單、圍巖穩(wěn)定性較好、不宜產(chǎn)生坍塌等優(yōu)點(diǎn)。特別是對于“上軟下硬”或巖石局部侵入隧道范圍條件下使用，對于確保圍巖穩(wěn)定、加快施工進(jìn)度具有重大意義。

2　工程概況

2.1工程概況及周邊環(huán)境

本文以東北某大型城市在建地鐵工程中穿越建筑物的地下隧道作為分次爆破技術(shù)的研究案例。本隧道斷面為6.3m（寬）× 6.5m（高），隧道埋深10m～12m；地貌為剝蝕低丘陵，上覆人工堆積層、卵石層，下伏泥灰?guī)r；節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯呈土狀、碎石土狀，局部巖溶發(fā)育。沿線地下水類型主要孔隙水和基巖裂隙水、巖溶水，水量中等～豐富。區(qū)間泥灰?guī)r基本為Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖。隧道橫穿城市排洪區(qū)、多層辦公樓、多層居民樓等建筑。

2.2爆破情況描述

本隧道穿越春柳河段，主要因?yàn)榫植看嬖趲r石侵入隧道現(xiàn)象，需采用爆破作業(yè)?？紤]到隧道上方地表存在暗渠、多層建筑等風(fēng)險(xiǎn)源，需對爆破進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本方案主要考慮兩種情況：

（1）常見情況：局部巖石侵入隧道的底部斷面，通常采用上臺(tái)階機(jī)械開挖（非爆破），下臺(tái)階分次爆破方案。

（2）少見情況：巖石侵入隧道的全斷面，通常采用上臺(tái)階預(yù)爆掏槽孔，后機(jī)械開挖方案，下臺(tái)階同樣采用分次爆破方案。

3　爆破參數(shù)選定

圖4.1　局部巖石侵入隧道底部示意圖

圖4.2　局部巖石侵入隧道底部鉆孔布置示意圖

3.1爆破振速控制

以穿越城市排洪渠為例進(jìn)行設(shè)計(jì)：

圖4.3　巖石侵入隧道全斷面掏槽眼布置示意圖

表4.1　下臺(tái)階裝藥參數(shù)表

表4.2　邊墻一側(cè)裝藥參數(shù)表

表4.3　全斷面巖石侵入掏槽眼參數(shù)控制表

（1）隧道上方房屋多為磚混結(jié)構(gòu)，《爆破安全規(guī)程》（GB6722.2003）規(guī)定該類型結(jié)構(gòu)房屋爆破振動(dòng)速度控制指標(biāo)為“2.0cm/s～3.0cm/s”。為安全考慮，采取進(jìn)一步控制措施，按照“土窯洞、土坯房、毛石房屋”一欄選擇，國標(biāo)規(guī)定其范圍為“0.5cm/s～1.5cm/s”，爆破設(shè)計(jì)選擇范圍的最小值0.5cm/s控制，最大控制在1.0cm/s。

（2）暗渠因2013年剛完成返修，底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，故爆破設(shè)計(jì)最大控制在2.5cm/s。

3.2鉆爆設(shè)計(jì)原則

（1）嚴(yán)格控制單孔最大裝藥量不大于0.6kg，以控制爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波速避免對結(jié)構(gòu)物的損壞；嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺在0.5m以內(nèi)，以減少單孔裝藥量；起爆網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)微差與孔外微差相結(jié)合的方式，一次起爆采用多段微差方式；爆破后對隧道及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

（2）考慮采用弱爆破方法開挖，遵循“短進(jìn)尺，多打眼，少裝藥，內(nèi)外延時(shí)，弱振速”的原則，嚴(yán)格控制同一段雷管起爆裝藥量，使爆破振動(dòng)速度降低到安全范圍內(nèi)。

（3）要對爆破進(jìn)尺、超欠挖、圍巖松動(dòng)圈、爆破塊度等進(jìn)行觀測和分析，尤其是第一個(gè)鉆爆循環(huán)作為試驗(yàn)爆破段，爆破后根據(jù)實(shí)際所測爆破參數(shù)及對地面建筑物的影響，再次對弱爆破初步方案的參數(shù)進(jìn)行修正，使炮眼數(shù)目、炮眼間距、裝藥量、抵抗線等參數(shù)逐步接近合理有效，盡量減少對圍巖的擾動(dòng)，保護(hù)前期注漿效果，且又能達(dá)到破碎巖石，提高炮眼利用率。

4　爆破施工方案

4.1局部巖石侵入隧道底部方案（圖4.1、圖4.2示）。

（1）周邊眼間距設(shè)置40cm，掘進(jìn)眼間距55cm。分兩次進(jìn)行起爆，先爆破下臺(tái)階（即爆破1區(qū)），后爆破邊墻（即爆破2區(qū)）。爆破后，采用挖掘機(jī)鈾錘進(jìn)行修邊。

（2）下臺(tái)階裝藥參數(shù)如表4.1。

（3）邊墻裝藥參數(shù)如表4.2。

4.2巖石侵入隧道全斷面方案

此情況下，上臺(tái)階只進(jìn)行掏槽孔爆破，后采用挖掘機(jī)鈾錘開挖周邊；下臺(tái)階爆破方式同局部巖石侵入隧道底部方案（圖4.3示）。

掏槽孔裝藥參數(shù)如表4.3示。

5　安全校正

隧道上方房屋爆破設(shè)計(jì)選擇范圍的最大控制在1.0cm/s。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，爆破設(shè)計(jì)最大控制在2.5cm/s。

根據(jù)公式：V=K（Qm/R）α

V——爆破地震安全速度，cm/s；

Q——最大一段裝藥量，kg；

R——爆破區(qū)至被保護(hù)物距離，m；

m——藥量指數(shù)，取m=1/3；

k——與爆破場地條件有關(guān)系數(shù)，取k=200；

α——與地質(zhì)條件有關(guān)系數(shù)，取α=1.8。

起爆點(diǎn)距春柳河暗渠底最小距離為12m，距金帝建設(shè)辦公樓基礎(chǔ)底最小距離為16m，單段最大裝藥量取0.6kg，其安全距離為：

滿足安全（對于春柳河暗渠）；

滿足安全（對于金帝建設(shè)辦公樓）。

6　爆破施工質(zhì)量措施

6.1設(shè)專職爆破工程師負(fù)責(zé)爆破技術(shù)與爆破施工質(zhì)量安全的控制；

6.2爆破工程師和爆破工必須持證上崗；

6.3周邊孔必須由具有兩年隧道爆破鉆孔經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)鉆工鉆鑿，確保周邊孔鉆孔質(zhì)量滿足要求，以控制超挖量和取得良好的光面爆破效果；

6.4每一循環(huán)鉆孔前必須依據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)標(biāo)出鉆孔位置，經(jīng)爆破工程師檢查后方可開始鉆孔，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于5cm；

6.5依據(jù)圍巖的變化情況和爆破效果及時(shí)優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì)；

6.6周邊孔必須沿開挖輪廓線鉆鑿，外插量不得大于孔深的5%；

6.7裝藥及起爆網(wǎng)路的連接必須在爆破工程師的現(xiàn)場指導(dǎo)與監(jiān)督之下進(jìn)行；

6.8每次爆破后爆破工程師都應(yīng)到掌子面查看爆破效果，及時(shí)解決爆破質(zhì)量問題，掌握圍巖狀況，為下一循環(huán)爆破施工提供依據(jù)。

7　爆破施工控制措施

7.1安全技術(shù)措施

為確保鉆爆施工所產(chǎn)生的振動(dòng)不影響周圍環(huán)境，施工期間（尤其是鉆爆初期），每炮進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，不斷優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，減輕振動(dòng)，確保隧道的安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。利用先進(jìn)的測量手段在鉆孔前準(zhǔn)確放出開挖輪廓線，標(biāo)出炮眼位置，嚴(yán)格控制周邊眼外插角，控制裝藥量，將超欠挖控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

7.2安全防護(hù)措施

為了減小振動(dòng)、飛石及噪聲，保證洞內(nèi)初期支護(hù)及作業(yè)安全，炮孔加強(qiáng)堵塞，設(shè)置安全警戒，人員及時(shí)撤離。

7.3加強(qiáng)施工監(jiān)測

（1）爆破施工時(shí)，進(jìn)行洞內(nèi)及地面振動(dòng)速度監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果隨時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)；

（2）對爆區(qū)附近需保護(hù)的建筑物進(jìn)行綜合分析，選擇有代表性的建筑物作為控制建筑物；

（3）具體的測點(diǎn)：距離開挖掌子面距離最近的地表面典型建筑物基礎(chǔ)；開挖掌子面對應(yīng)地表出露點(diǎn)向左右兩側(cè)100m范圍內(nèi)典型建筑物基礎(chǔ)；每棟布置6個(gè)測區(qū)進(jìn)行長期宏觀調(diào)查，并做好相應(yīng)記錄，布置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測。

7.4爆破時(shí)間安排

嚴(yán)格按業(yè)主及公安機(jī)關(guān)批準(zhǔn)的作業(yè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)，并相對固定作業(yè)時(shí)間。爆破施工前先向居民告之爆破時(shí)間，讓居民有一定思想準(zhǔn)備。每日放炮時(shí)間及次數(shù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

7.5爆破振動(dòng)控制措施

（1）降低單段最大裝藥量、減小瞬間爆破能量；

（2）合理設(shè)置各段之間的間隔時(shí)間，避免爆破振動(dòng)波的疊加效應(yīng)，以降低爆破振動(dòng)；

（3）阻斷振動(dòng)波傳播擴(kuò)大，減少爆破振動(dòng)波的影響范圍。

8　結(jié)論

8.1通過以上措施成功完成了區(qū)間主體過樓段爆破開挖施工，建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，未受到爆破影響。

8.2通過本次爆破施工，為城市復(fù)雜環(huán)境爆破作業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

8.3本文僅簡單介紹了爆破設(shè)計(jì)，未詳盡敘述設(shè)計(jì)方案調(diào)整及試爆過程。不盡之處，敬請廣大專家、讀者諒解并批評指正！陜西水利

參考文獻(xiàn)：

[1]《爆破安全規(guī)程》（GB6722.2003）

[2]《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299—2003）》中國計(jì)劃出版社

（責(zé)任編輯：暢妮）

中圖分類號(hào)：U455.6

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