大直徑螺旋掏槽爆破施工技術應用

張艷濤，金焰

(1中國建筑第五工程局重慶4000602中國建筑第五工程局重慶400060)

大直徑螺旋掏槽爆破施工技術應用

張艷濤1，金焰2

(1中國建筑第五工程局重慶4000602中國建筑第五工程局重慶400060)

本文以重慶市軌道交通三號線工貿站及相鄰區間工程為例，針對隧道頂部距工貿大樓基礎最近3m，埋深最大18m情況，通過大直徑水平機械掏槽形成一個大的爆破臨空面，即第二自由面，在爆炸時圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動，有效減弱爆破沖擊峰值、減低爆破震動，有效保護隧道圍巖，達到精細控制爆破的目的。

大直徑螺旋掏槽；毫秒延時雷管；監控；超大斷面

1 前言

城市淺埋暗挖硬巖大斷面隧道，在我國隧道建設史上并不多見，隨著城市建設的不斷發展，地面空間已不能滿足城市功能的要求，地下空間的開發利用已越來越顯示出它的優越性。重慶市軌道交通三號線工貿站位于重慶市南岸區工貿大廈及裙樓下部，埋深10～18m，開挖高度為19.6m，開挖寬度為22m，開挖斷面積為370m2。具有典型的城市淺埋硬巖大斷面隧道的特點及施工難度。

因隧道頂部工貿大樓建設年代早，年久失修，內部多處裂縫，且基礎最近距隧頂僅只有3m，設計要求爆破震速必須小于1.5cm/s。本工程通過實踐，探索出一種既保證開挖安全，又實現開挖速度及效益的改進措施，供以后類似工程參考。

2 工程地質及設計概述

該工程在區域構造上隸屬于重慶向斜西翼，巖層產狀115O∠9O，區內無斷層，地質構造簡單。場區主要發育兩組節理，其產狀大致為：Jl:345O∠75O～80O，裂隙面平直，無充填，間距1～2m，一般呈閉合狀，鄰近斜坡邊緣卸荷張開，可達5～10 mm；J2: 290O∠80O，裂隙而平直，無充填，間距1～4m，一般呈閉合狀，節理屬硬性結構面，結合一般～良好。頂板為砂巖，最大埋深18m，側壁上部為砂巖，下部為砂質泥巖，巖體完整，圍巖自穩性好。砂巖主要巖土參數：重度25.1kN/m3，飽和抗壓強度30.2MPa，c= 1122kPa，f=44.1°，彈性模量2487MPa，摩擦系數0.5，地基承載力2040kPa(按砂質泥巖考慮)，砂質泥巖彈性抗力系數400MPa/m。

整個車站隧道施工采用雙側壁導坑分臺階施工方法，分部開挖閉合，通過合理轉換工序，將小洞擴為大洞。隧道開挖采用大直徑螺旋掏槽技術，在隧道的周邊增加減震孔隔孔裝藥，減輕爆破震動的危害，并保持圍巖的穩定。雙側壁導坑分臺階施工的兩側導坑錯開15m以上。

3 大直徑螺旋掏槽的原理及優點

3.1 大直徑螺旋掏槽的原理

通過大直徑水平機械掏槽（65cm水平掏芯）形成一個大的爆破臨空面，即第二自由面，在爆炸時圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動。在爆破過程中的減振作用原理主要體現在以下兩個方面：

開創“第二自由面”，供巖石破碎、膨脹和移動的空間。在爆炸時圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動，減小破碎、移動圍巖的阻力，單段藥量爆破范圍擴大（即破巖應力范圍擴大），單段藥量對周邊巖體的峰值振動范圍大，爆破振動影響就減小，爆破質點振動速度也就越小，從而提高爆破效果，并能很好地控制爆破質點振動速度。具體見圖1大直徑螺旋掏槽。

圖1 大直徑螺旋掏槽

隔開大直徑兩側爆破地震波和沖擊波的疊加。大直徑水平掏槽孔左右兩側炮孔爆炸時，由于掏槽孔的存在，彼此之間的地震波和沖擊疊加機率減小或者疊加被錯開，減小了地震波和沖擊波對隧道圍巖破壞，減小對地表周邊建筑物的影響。剩余部分的大直徑掏槽孔還可以減弱爆破沖擊波。

3.2 大直徑螺旋掏槽與傳統爆破的區別及優點

本工法與常規爆破相比，在高層建筑物、文物建筑按規范和設計限制只能采用機械開挖的隧道可以實現爆破開挖，不僅避免了施工對高層、文物建筑的不利影響，而且極大地縮短了工期，降低了施工成本。

本工法結合光面爆破、減振爆破技術，減少了超欠挖，減少材料浪費，提高立架效率、減少噴射時間，不僅提高施工作業效率，而且提高經濟效益。

本工法較好地解決了城市高商業繁華地段中淺埋隧道爆破開挖控制振動速度的難題，實現開挖工藝規范、安全、高效和高質量的綜合目標，推動了城市控制爆破施工的精細化，解決了鬧市區爆破“擾民”的問題。

4 爆破鉆爆設計及參數選定

根據隧道巖質情況及本隧道周圍環境特殊性，本工程依據《爆破安全規程》，擬采取大直徑螺旋掏槽的爆破方法，施工過程中通過監測結果并結合爆破效果檢查、地質變化情況，適當調整爆破參數，以求達到安全、經濟和最佳爆破效果的目標。

4.1 單段藥量的確定

本工程采取經驗公式Qm=R3(VKp/K)3/a，并以設計要求的爆破垂直震速控制在1.5cm/s以下，反推處埋深18m時的最大藥量，為降低爆破震速，開挖循環控制在0.8m～1m。

4.2 炸藥品種及裝藥結構

掏槽眼和輔助炮孔：采用乳化炸藥，Φ32mm直徑藥卷連續裝藥，非電毫秒雷管起爆。

周邊眼：光爆眼用Φ25mm直徑藥卷間隔裝藥，非電毫秒雷管起爆。

4.3 炮眼數目及單面體積藥量確定

根據工程地質條件，因該處隧道頂板為砂巖、中部為泥巖，根據爆破安全規程，單位耗藥量為0.7kg/m3，每平方米炮眼數量為2.1個。

4.4 掏槽的方式

為解決中心掏槽藥量過程造成震動過大的問題，該工程采取大直徑螺旋掏槽的方式

4.5 單眼藥量的確定

炮眼裝藥均可按照公式計算：

q=K·a·ω·L·λ（1）

q——單眼裝藥藥量（kg）；

k——炸藥單耗（kg/m3）;

a——炮眼間距（m）；

ω——炮眼爆破方向的抵抗線（m）

λ——炮眼部位系數

4.6 雷管類型及起爆網路

采用導爆管網路與導爆索混合網路。首先起爆掏槽眼，其次起爆輔助眼，再次起爆周邊眼，最后起爆底眼：最大段起爆炸藥量控制在安全震動允許的范周內。選用非電毫秒雷管為起爆器材，段別為1～20段奇數段；低段位雷管跳段使用，塑料導爆管(腳線)長6.0m，網路采用并簇聯方式。

表1 爆破參數表

5 監控量測

由于圍巖的復雜性，目前還不能找到一個計算公式準確計算實際情況，因此在爆破施工過程中必須采取現場爆破監控的手段，收集爆破震動數據，再根據收集到的爆破參數，調整爆破參數，指導下一步施工。

爆破震動對建筑物的影響的監控：根據多次檢測震動波形分析，該爆破設計沒有出現波峰疊加的現象，微差爆破起到了良好的減震作用，并通過波形圖分析，大直徑螺旋掏槽很好地解決了中心掏槽時引起的爆破震動過大的問題；并根據監測的數據整理得出：在整個爆破期間除個別因人為操作不當造成個別爆速達到2.0cm/s外，基本控制在1.5cm/s以下，對該隧道頂部建筑物未產生大的影響。從爆破的檢測結果看，爆破震速基本符合設計要求。

爆破效果的檢查：從整體爆破效果檢查上看，大直徑螺旋掏槽及減震爆破的實施，加大了炮眼利用率，實現了很好的光面爆破效果，超前、欠挖基本滿足《鐵路隧道施工技術規范》要求。

6 結論

在城市超大淺埋隧道且上部分布有大量的樓層時，通過大直徑螺旋掏槽及光面爆破，少裝藥、短進尺、分區啟爆破，可以很好地控制爆破震速，保障上部建筑物的安全，同時通過過程的監控適時調整爆破參數，既可以滿足施工進度要求，又可以實現很好的經濟效益。

[1]唐果良，黃倫海.城區淺埋大斷面隧道減震爆破技術[J].建筑與工程學報.2009，(5).

[2]張滿帆.城市淺埋小徑距地鐵隧道減震爆破技術[J].低溫建筑技術.2010，(2).

責任編輯：余詠梅

Application of Large Diameter Screw Cut Technology in Construction Blasting

This paper refers to the case project of the Gongmao Station of Rail Transit Line 3 and neighbouring construction in Chongqing.The roof of the tunnel is 3 metres(min)from the building foundation.We buried explosives 18 metres(max)deep,using Large Diameter Horizontal machine to cut so as to form a big blasting exposed slope phase---the second exposed slope phase.During the explosion rock mass break,crack,move along the second exposed slope phase,which effectively reduced the blasting surging peak and vibration and achieved the goals of vibration reduction and improvement of blasting effects.Meanwhile,rock mass are effectively protected by applying smooth wall and vibration reduction blasting technology to control blasting precisely.Through process control and timely blasting parameters adjustment,good effect are achieved.

burn screw cut;millisecond delay detonators;supervisory control;super section

U455.6

A

1671-9107（2010）09-0064-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.9.064

2010-7-28

張艷濤（1983-），男，助理工程師，主要從事工程管理工作。