于飛YU Fei

（中鐵九局集團第四工程有限公司，沈陽 110001）

1 工程概況

本文列舉廈門地鐵4號線盾構(gòu)區(qū)間。在此施工過程中，通過地勘探查，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)化巖石情況下進行掘進工作，盾構(gòu)姿態(tài)難以控制，安全風(fēng)險性極大。本段的基巖處理時間較短、工期要求嚴，若采用沖孔碎巖技術(shù)，加之管線改遷費時費力，無法滿足工期要求。本次采用地面地質(zhì)鉆機成孔技術(shù)，利用深孔爆破法對孤石和突起基巖進行預(yù)處理，將工期控制在可控范圍內(nèi)，增強整體工程安全管理質(zhì)量?？紤]到管線保護問題，明確管線位置后，在無法正常施鉆的情況下進行開挖探溝工作，保證鉆孔間距在1.2m之內(nèi)。如果部分孔位無法布設(shè)，在靠近管線的位置進行斜向鉆孔作業(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)機排渣要求。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 工藝流程

在地鐵盾構(gòu)施工過程中運用深孔爆破預(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、長度、巖性等要素，在路面上圍擋施工場地并相應(yīng)疏解交通。在爆破作業(yè)過程，需要充分利用軟巖的臨空面，對由低向高處的鉆孔進行分組起爆。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)多段毫秒延時爆破等技術(shù)措施，逐孔起爆。當(dāng)采用多個工作面，微差分段爆破時，如局部出現(xiàn)孤石可以優(yōu)先鉆孔裝藥破碎。在實施爆破后，結(jié)合監(jiān)測控制系統(tǒng)來分析爆破振速，及時調(diào)整爆破參數(shù)。（圖1）

圖1爆破施工流程圖

2.2 操作要點

2.2.1 測量放線及管線調(diào)查、保護

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

2.2.2 爆破設(shè)計

2.2.2.1 爆破參數(shù)設(shè)計

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)機設(shè)計直徑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。進行梅花形布孔，對微風(fēng)化巖石炮孔距取a=b=60cm，對中風(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)機開挖面外，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，增強了對巖體的破碎作用，提高了炮眼利用率，改善了爆破效果。通過爆破試驗，一般可取5.0～10.0kg/m3。微差爆破時先期起爆的裝藥為后繼裝藥創(chuàng)造了一個新的自由面，同時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，兩個臨空面比一個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。在鉆孔過程中，覆蓋層應(yīng)使用PVC管保護孔。鉆孔至設(shè)計深度后，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。記錄了鉆孔長度和巖石中的覆蓋層。爆破孔的位置和垂直度應(yīng)準確，因此鉆孔時應(yīng)采取以下措施。應(yīng)使用全站儀等測量儀器和設(shè)備確定爆破孔的孔距和排距。當(dāng)?shù)刭|(zhì)鉆機穿過覆蓋層進入巖石時，應(yīng)減小地質(zhì)鉆機的向下力和旋轉(zhuǎn)速度，以確保鉆機在遇到斜坡巖面或不規(guī)則巖面時不發(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。裝藥長度大于待爆破巖層的厚度。炸藥底部（炮孔底部）填充50~100cm長的細砂配重，使裝藥能隨水自動下沉至炮孔底部，即裝藥不會在水孔中漂浮。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管上對稱鉆兩個小孔，從兩個小孔中穿入細麻繩，形成一根雙股承重繩，總長度大于孔深2m，并在繩上綁上紅色小布條等明顯標記進行標記。

裝藥要有兩個人配合。一個人拿藥包，一個人拿著炮棍，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4m，每根管的一端都是擴口的。因此，PVC管可以直接相互連接，以達到所需的長度。每個炮孔裝藥完成后，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，不會產(chǎn)生飛石，但爆破后產(chǎn)生的高壓氣體可能會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。配重后每個支撐籠的重量大于2000kg。鋼支撐籠的尺寸為：長、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。段延時的時間間隔為25~50ms，實現(xiàn)了孔或排之間的毫秒延遲啟動。每個炮孔配備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，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，確認所有人員均在危險區(qū)域外，通往爆破區(qū)域及鄰近區(qū)域的道路暫時封鎖后，發(fā)出起爆信號，進行起爆。

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、不開挖的情況下進行的，即沒有自由面，即使使用大量炸藥單耗，也很難完全破碎巖石，達到最長邊小于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的巖塊在運動過程中發(fā)生碰撞，借助其動能再度引起破碎。同時由于碰撞能量消耗，巖塊運動的速度、拋擲的距離也得以減弱，這樣就使爆破下來的巖塊均勻，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。

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，相對覆蓋層的炸藥單耗小于0.05kg/m3，屬于超弱松動爆破，表現(xiàn)為“內(nèi)部作用藥包”形式，也就是地面沒有變化；因此不存在爆破飛石現(xiàn)象，但需對炮孔進行堵塞和孔口架空（留泄氣泄壓口）重型壓蓋。

2.2.3.2 爆破振動安全距離及相應(yīng)最大段藥量

施工中，爆破振動不能損壞區(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的爆破振動速度計算公式，計算不同建筑物在不同距離允許的最大段藥量，以確保每個建筑物的安全。

式中：R－爆破地震安全距離，m；Q－炸藥量，kg，毫秒延時爆破取最大一段藥量；v－振動安全速度，cm/s；K、α－與爆破地點地形、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，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)實際觀測到的爆破振速數(shù)據(jù)進行調(diào)整。所設(shè)計的單孔最大藥量應(yīng)符合規(guī)程的要求，否則減小炮孔深度、巖石爆破厚度，即受爆破振動影響最大的建（構(gòu)）筑物，需采用減振孔、電子雷管等措施進一步降振；若仍達不到安全要求，在這些建筑物附近的巖石采用靜態(tài)破碎、人工機械破碎等非傳統(tǒng)爆破方式進行處理。

2.2.4 警戒及起爆

在進行起爆作業(yè)時，要對周邊進行警戒，爆破作業(yè)明顯位置應(yīng)張貼爆破安全告示。在實際爆破作業(yè)中，以爆破中心周圍50m為安全警戒線，統(tǒng)一爆破警戒信號和起爆信號，并在準備階段派專業(yè)安全管理人員清理現(xiàn)場。在確認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)出信號指示，并通知爆破組長。預(yù)警工作完成后，可下達準爆破指令，順利完成起爆工作。

2.2.5 效果檢查

爆破振動的程度與特性很大程度上取決于爆破地點的介質(zhì)特征。如果爆破所在地區(qū)地質(zhì)比較堅硬，其振動的基礎(chǔ)頻率相對而言就比較高，振動維持的時間會顯著減少，振動的幅度會越來越低。如果爆破具體位置屬于松軟地質(zhì)則以上幾種震動參數(shù)的變化就會出現(xiàn)相反趨勢。除此之外，還要考慮到爆破具體位置的自身情況，同樣會受到這個地點介質(zhì)特性所影響，這樣就會使振動的周期以及振動大小等各方面出現(xiàn)變化情況，加入爆破振動效應(yīng)以后，使振動波的傳播發(fā)生各項反常變化，并會對其預(yù)測造成很大影響。爆破效果查看主要是對巖石的塊度進行檢查的過程。在每一次爆破作業(yè)完成后，在相鄰炮孔間通過二次鉆孔取芯來檢驗被爆巖體塊度是否滿足30cm的要求。若發(fā)現(xiàn)超過30cm的巖柱則須利用相鄰的兩孔之間的檢查鉆孔進行重新裝藥工作，并對該孔周圍的巖石進行再次爆破，直至滿足塊度處理的要求。

3 結(jié)語

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題，在保障管線安全的同時，提高盾構(gòu)掘進速度，節(jié)約建設(shè)成本，提升社會經(jīng)濟效益。該方法的實際應(yīng)用為同類工程施工帶來良好的示范效應(yīng)，可得到廣泛的推廣應(yīng)用。