于飛YU Fei

（中鐵九局集團(tuán)第四工程有限公司，沈陽(yáng) 110001）

1 工程概況

本文列舉廈門地鐵4號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間。在此施工過(guò)程中，通過(guò)地勘探查，發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間（DK49+346.897-DK49+670.000）存在中微風(fēng)化孤石及基巖突起，巖面侵入隧道全斷面、半斷面以上及半斷面以下。盾構(gòu)機(jī)在面臨著地層上軟下硬或全斷面為中、微風(fēng)化巖石情況下進(jìn)行掘進(jìn)工作，盾構(gòu)姿態(tài)難以控制，安全風(fēng)險(xiǎn)性極大。本段的基巖處理時(shí)間較短、工期要求嚴(yán)，若采用沖孔碎巖技術(shù)，加之管線改遷費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無(wú)法滿足工期要求。本次采用地面地質(zhì)鉆機(jī)成孔技術(shù)，利用深孔爆破法對(duì)孤石和突起基巖進(jìn)行預(yù)處理，將工期控制在可控范圍內(nèi)，增強(qiáng)整體工程安全管理質(zhì)量?？紤]到管線保護(hù)問(wèn)題，明確管線位置后，在無(wú)法正常施鉆的情況下進(jìn)行開(kāi)挖探溝工作，保證鉆孔間距在1.2m之內(nèi)。如果部分孔位無(wú)法布設(shè)，在靠近管線的位置進(jìn)行斜向鉆孔作業(yè)即可更好的保證爆破效果。區(qū)間盾構(gòu)孤石及基巖爆破后，塊度最大邊尺寸小于30cm，滿足盾構(gòu)機(jī)排渣要求。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程

在地鐵盾構(gòu)施工過(guò)程中運(yùn)用深孔爆破預(yù)處理技術(shù)，初期階段的勘察工作是重中之重，通過(guò)初期勘察先探明線路中的孤石及基巖突起位置、大小、厚度、長(zhǎng)度、巖性等要素，在路面上圍擋施工場(chǎng)地并相應(yīng)疏解交通。在爆破作業(yè)過(guò)程，需要充分利用軟巖的臨空面，對(duì)由低向高處的鉆孔進(jìn)行分組起爆。為了更好的控制爆破的震速，在高于兩米的巖面要采用不耦合間隔裝藥模式。爆破順序主要采用孔內(nèi)多段毫秒延時(shí)爆破等技術(shù)措施，逐孔起爆。當(dāng)采用多個(gè)工作面，微差分段爆破時(shí)，如局部出現(xiàn)孤石可以優(yōu)先鉆孔裝藥破碎。在實(shí)施爆破后，結(jié)合監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)來(lái)分析爆破振速，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。（圖1）

圖1爆破施工流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 測(cè)量放線及管線調(diào)查、保護(hù)

在實(shí)際的深孔爆破預(yù)處理技術(shù)運(yùn)用中，首先要確定測(cè)量放線的位置并進(jìn)行管線調(diào)查保護(hù)。在地面放線時(shí)須確定鉆孔位置和范圍。鉆孔之前，要與相關(guān)單位進(jìn)行有效溝通，避免重要管線受到影響。

2.2.2 爆破設(shè)計(jì)

2.2.2.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

①炮孔布置。

圖2盾構(gòu)基巖突起炮孔布置示意圖

圖3盾構(gòu)基巖突起炮孔梅花形布置示意圖

為了得到巖石最好的破碎效果，采用梅花形狀布孔。炮孔的孔距、排距較小，盾構(gòu)巖石a=b=50～70cm，炮孔密集系數(shù)m=a/b=1～1.2，確保爆破后的巖石“裂紋區(qū)”相互重疊較多。盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)直徑Φ6970mm，假設(shè)基巖突起占全斷面，隧道拱頂?shù)降孛娴木嚯x為16m。進(jìn)行梅花形布孔，對(duì)微風(fēng)化巖石炮孔距取a=b=60cm，對(duì)中風(fēng)化巖石炮孔距取a=b=70cm。為了能把巖石全部破碎，不留有欠炸巖坎，因此超爆范圍在盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面外，超炸范圍為1.0m。（圖2、圖3）

②炸藥單耗。

基巖突起位置在地表16m以下，即被爆巖石上有厚度16m的覆蓋層，該覆蓋層由雜填土、素填土、粘土、雜填石、孤石或部分基巖等土石構(gòu)成，因被爆巖石被厚重壓蓋著；沒(méi)有臨空面。鑒于上面原因，利用先爆炸的藥包在巖體內(nèi)激起的壓縮波從自由面反射形成拉伸波后，使應(yīng)力波相互迭加，可增大巖石內(nèi)的拉應(yīng)力，增強(qiáng)了對(duì)巖體的破碎作用，提高了炮眼利用率，改善了爆破效果。通過(guò)爆破試驗(yàn)，一般可取5.0～10.0kg/m3。微差爆破時(shí)先期起爆的裝藥為后繼裝藥創(chuàng)造了一個(gè)新的自由面，同時(shí)也在巖石中造成了一定的破壞，產(chǎn)生裂隙。在其他條件相同時(shí)，兩個(gè)臨空面比一個(gè)臨空面能降低炸藥單耗，提高了爆破效果。

2.2.2.2 鉆孔

地質(zhì)鉆機(jī)用于在盾構(gòu)線路的巖石上鉆孔。裝藥部分的爆破孔徑為90mm，為垂直孔。在鉆孔過(guò)程中，覆蓋層應(yīng)使用PVC管保護(hù)孔。鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，必須徹底清除孔中的礫石、沉積物及泥漿，并保持爆破孔暢通。記錄了鉆孔長(zhǎng)度和巖石中的覆蓋層。爆破孔的位置和垂直度應(yīng)準(zhǔn)確，因此鉆孔時(shí)應(yīng)采取以下措施。應(yīng)使用全站儀等測(cè)量?jī)x器和設(shè)備確定爆破孔的孔距和排距。當(dāng)?shù)刭|(zhì)鉆機(jī)穿過(guò)覆蓋層進(jìn)入巖石時(shí)，應(yīng)減小地質(zhì)鉆機(jī)的向下力和旋轉(zhuǎn)速度，以確保鉆機(jī)在遇到斜坡巖面或不規(guī)則巖面時(shí)不發(fā)生偏移，從而確保巖石中爆破孔的位置和垂直度。

2.2.2.3 裝藥

將乳化炸藥放入內(nèi)徑為60mm的PVC管中，放置2~4枚雷管。裝藥長(zhǎng)度大于待爆破巖層的厚度。炸藥底部（炮孔底部）填充50~100cm長(zhǎng)的細(xì)砂配重，使裝藥能隨水自動(dòng)下沉至炮孔底部，即裝藥不會(huì)在水孔中漂浮。用膠帶和其他材料堵住PVC管的兩端。

藥包加工完畢后，在炸藥上端的PVC管上對(duì)稱鉆兩個(gè)小孔，從兩個(gè)小孔中穿入細(xì)麻繩，形成一根雙股承重繩，總長(zhǎng)度大于孔深2m，并在繩上綁上紅色小布條等明顯標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記。

裝藥要有兩個(gè)人配合。一個(gè)人拿藥包，一個(gè)人拿著炮棍，慢慢按壓藥袋，使藥袋逐漸下降到鉆孔底部。炮棍也是一根PVC管制作，每根管長(zhǎng)4m，每根管的一端都是擴(kuò)口的。因此，PVC管可以直接相互連接，以達(dá)到所需的長(zhǎng)度。每個(gè)炮孔裝藥完成后，可以拆卸和收回重復(fù)使用。

2.2.2.4 炮孔堵塞

藥包就位后，緩慢向炮孔內(nèi)灌砂，封堵長(zhǎng)度大于5m。

2.2.2.5 炮孔覆蓋

在盾構(gòu)巖石爆破中，由于裝藥位于地下深處，不會(huì)產(chǎn)生飛石，但爆破后產(chǎn)生的高壓氣體可能會(huì)將炮孔中的泥漿壓出孔外。為了防止泥漿飛濺，炮孔需要架空保護(hù)和重型壓蓋，架空高度為0.6m。整體焊接鋼支撐籠用于架空，支撐籠底部焊接或加固，橡膠板綁在鋼筋網(wǎng)上，混凝土塊等重物堆放在橡膠板上。配重后每個(gè)支撐籠的重量大于2000kg。鋼支撐籠的尺寸為：長(zhǎng)、寬、高=2.0m*2.0m*12m，與鋼筋、角鋼等焊接，用汽車吊堆放鋼支撐籠。

2.2.2.6 爆破網(wǎng)路

采用非電導(dǎo)爆管毫秒雷管，簇聯(lián)式。段延時(shí)的時(shí)間間隔為25~50ms，實(shí)現(xiàn)了孔或排之間的毫秒延遲啟動(dòng)。每個(gè)炮孔配備2~4枚雷管，非電導(dǎo)爆管毫秒雷管網(wǎng)絡(luò)使用專用雷管引爆。一次起爆的孔數(shù)根據(jù)允許起爆段的最大裝藥量確定。

逐孔或逐排起爆方式，如圖4所示，圖中：J—逐孔起爆方式，K—逐排起爆方式，數(shù)字代表雷管段別號(hào)，即起爆順序。

圖4 逐孔、逐排起爆網(wǎng)路示意圖

爆破網(wǎng)絡(luò)連接完成后，確認(rèn)所有人員均在危險(xiǎn)區(qū)域外，通往爆破區(qū)域及鄰近區(qū)域的道路暫時(shí)封鎖后，發(fā)出起爆信號(hào)，進(jìn)行起爆。

2.2.2.7 創(chuàng)建地下臨空面

由于地下盾構(gòu)區(qū)間的孤石及基巖突起的爆破是在覆蓋層較厚、不開(kāi)挖的情況下進(jìn)行的，即沒(méi)有自由面，即使使用大量炸藥單耗，也很難完全破碎巖石，達(dá)到最長(zhǎng)邊小于30cm的礫石爆破效果。因此，創(chuàng)建地下臨空面，為巖石的充分破碎創(chuàng)造了有利條件。具體方法如下：

創(chuàng)建基巖突起臨空面：在基巖突出物中取空孔（不裝藥），空孔位于第一排中心爆破孔附近，距裝藥爆破孔15~20cm，均勻布置2~4個(gè)空孔，空孔深度比裝藥爆破孔深1.0m，直徑大于100mm。被空孔包圍的爆破孔首先引爆，而其他爆破孔滯后并逐漸引爆，先后起爆的裝藥爆后破碎下來(lái)的巖塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生碰撞，借助其動(dòng)能再度引起破碎。同時(shí)由于碰撞能量消耗，巖塊運(yùn)動(dòng)的速度、拋擲的距離也得以減弱，這樣就使爆破下來(lái)的巖塊均勻，大塊率低，且拋擲的距離近，巖塊集中。如圖5所示。圖中1MS、3MS和5MS~13MS是毫秒雷管段別號(hào)。

圖5創(chuàng)建基巖突起臨空面的炮孔布置及起爆順序示意圖

2.2.3 爆破安全驗(yàn)算

2.2.3.1 爆破飛石距離估算

爆破飛石預(yù)防難度較大，爆破飛石等對(duì)附近單位施工人員等的危害應(yīng)尤其要引起高度重視。爆破飛石距離可采用下式進(jìn)行估算：R=20Kn2W

其中，K為飛石系數(shù)，可取0.1~1.5；n為最大爆炸作用指數(shù)；W為最小抵抗線。

盾構(gòu)孤石和基巖突起爆破，在地面16m以下，相對(duì)覆蓋層的炸藥單耗小于0.05kg/m3，屬于超弱松動(dòng)爆破，表現(xiàn)為“內(nèi)部作用藥包”形式，也就是地面沒(méi)有變化；因此不存在爆破飛石現(xiàn)象，但需對(duì)炮孔進(jìn)行堵塞和孔口架空（留泄氣泄壓口）重型壓蓋。

2.2.3.2 爆破振動(dòng)安全距離及相應(yīng)最大段藥量

施工中，爆破振動(dòng)不能損壞區(qū)間沿線（主要為在建翔安西路）路面兩側(cè)民房、架空線路、地下Φ100mm通信管線等建筑設(shè)施；因此必須嚴(yán)格限制最大段藥量。為此，下面依據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722—2014的爆破振動(dòng)速度計(jì)算公式，計(jì)算不同建筑物在不同距離允許的最大段藥量，以確保每個(gè)建筑物的安全。

式中：R－爆破地震安全距離，m；Q－炸藥量，kg，毫秒延時(shí)爆破取最大一段藥量；v－振動(dòng)安全速度，cm/s；K、α－與爆破地點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，根據(jù)廈門地區(qū)花崗巖性質(zhì)和以往經(jīng)驗(yàn)，可取K＝150、α=1.5。

爆破施工中所采用的最大段藥量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際觀測(cè)到的爆破振速數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。所設(shè)計(jì)的單孔最大藥量應(yīng)符合規(guī)程的要求，否則減小炮孔深度、巖石爆破厚度，即受爆破振動(dòng)影響最大的建（構(gòu)）筑物，需采用減振孔、電子雷管等措施進(jìn)一步降振；若仍達(dá)不到安全要求，在這些建筑物附近的巖石采用靜態(tài)破碎、人工機(jī)械破碎等非傳統(tǒng)爆破方式進(jìn)行處理。

2.2.4 警戒及起爆

在進(jìn)行起爆作業(yè)時(shí)，要對(duì)周邊進(jìn)行警戒，爆破作業(yè)明顯位置應(yīng)張貼爆破安全告示。在實(shí)際爆破作業(yè)中，以爆破中心周圍50m為安全警戒線，統(tǒng)一爆破警戒信號(hào)和起爆信號(hào)，并在準(zhǔn)備階段派專業(yè)安全管理人員清理現(xiàn)場(chǎng)。在確認(rèn)所有人員可以撤離安全區(qū)后，安全人員將在警戒線內(nèi)發(fā)出信號(hào)指示，并通知爆破組長(zhǎng)。預(yù)警工作完成后，可下達(dá)準(zhǔn)爆破指令，順利完成起爆工作。

2.2.5 效果檢查

爆破振動(dòng)的程度與特性很大程度上取決于爆破地點(diǎn)的介質(zhì)特征。如果爆破所在地區(qū)地質(zhì)比較堅(jiān)硬，其振動(dòng)的基礎(chǔ)頻率相對(duì)而言就比較高，振動(dòng)維持的時(shí)間會(huì)顯著減少，振動(dòng)的幅度會(huì)越來(lái)越低。如果爆破具體位置屬于松軟地質(zhì)則以上幾種震動(dòng)參數(shù)的變化就會(huì)出現(xiàn)相反趨勢(shì)。除此之外，還要考慮到爆破具體位置的自身情況，同樣會(huì)受到這個(gè)地點(diǎn)介質(zhì)特性所影響，這樣就會(huì)使振動(dòng)的周期以及振動(dòng)大小等各方面出現(xiàn)變化情況，加入爆破振動(dòng)效應(yīng)以后，使振動(dòng)波的傳播發(fā)生各項(xiàng)反常變化，并會(huì)對(duì)其預(yù)測(cè)造成很大影響。爆破效果查看主要是對(duì)巖石的塊度進(jìn)行檢查的過(guò)程。在每一次爆破作業(yè)完成后，在相鄰炮孔間通過(guò)二次鉆孔取芯來(lái)檢驗(yàn)被爆巖體塊度是否滿足30cm的要求。若發(fā)現(xiàn)超過(guò)30cm的巖柱則須利用相鄰的兩孔之間的檢查鉆孔進(jìn)行重新裝藥工作，并對(duì)該孔周圍的巖石進(jìn)行再次爆破，直至滿足塊度處理的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在一些地層軟硬不均的地段采用爆破預(yù)處理方式能夠縮短工期，有效避免管線改簽及占道辦理等問(wèn)題，在保障管線安全的同時(shí)，提高盾構(gòu)掘進(jìn)速度，節(jié)約建設(shè)成本，提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。該方法的實(shí)際應(yīng)用為同類工程施工帶來(lái)良好的示范效應(yīng)，可得到廣泛的推廣應(yīng)用。