某地鐵隧道與運(yùn)營(yíng)線路的貫通爆破施工

高軍會(huì)

1 工程概況

某地鐵工程施工標(biāo)段包括曉—昌區(qū)間(八號(hào)線)、昌—江區(qū)間(二號(hào)線)隧道以及昌崗站(換乘車站)。在昌崗站建成并投入使用之前，曉港站和江南西站同為原二號(hào)線運(yùn)營(yíng)線的車站，本單位工程建成后，區(qū)間將通過(guò)昌崗站拆解后，形成新的二號(hào)線和八號(hào)線，原有直接聯(lián)系兩個(gè)車站的運(yùn)營(yíng)隧道部分將作為應(yīng)急聯(lián)絡(luò)通道使用，如圖1所示。

施工前四個(gè)預(yù)留接口的長(zhǎng)度約為23 m～38.8 m，且預(yù)留端頭距離運(yùn)營(yíng)線路最小距離為5.75 m～11.3 m。

新舊隧道接頭部位地質(zhì)部分為中風(fēng)化和微風(fēng)化層砂礫巖，其余部分為強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖。

2 施工方案

2.1 施工需要解決的問(wèn)題

1)新建隧道與既有運(yùn)行線路具體位置關(guān)系不明的情況下施工，可能導(dǎo)致嚴(yán)重安全及質(zhì)量事故的發(fā)生，我項(xiàng)目將承擔(dān)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2)新建隧道與既有運(yùn)營(yíng)隧道交叉口過(guò)渡段，橫向距離很小，如果開(kāi)挖爆破不合理，將給既有隧道結(jié)構(gòu)造成極大破壞。3)隧道施工地面建筑多為磚混結(jié)構(gòu)的老式建筑，結(jié)構(gòu)抗震能力比較低，施工將給此部分建筑物居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成很大影響。4)新建隧道施工期間，地鐵將正常運(yùn)營(yíng)，其運(yùn)營(yíng)時(shí)間為6：00～23：00，而爆破施工只能在白天進(jìn)行。

2.2 方案制定前的調(diào)查工作

1)查閱既有線隧道相應(yīng)位置的竣工圖紙，更全面的掌握了新建隧道與既有隧道的位置關(guān)系，同時(shí)也清楚了預(yù)留接口隧道的結(jié)構(gòu)施工情況;2)對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的調(diào)查，確認(rèn)了相鄰的運(yùn)營(yíng)線隧道的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀;3)對(duì)周邊地面建筑物布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并設(shè)置爆破震動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)。

2.3 施工方案的確定

2.3.1 整體施工方案

隧道開(kāi)挖至接近貫通前20 m后，按照貫通開(kāi)挖爆破方案開(kāi)始實(shí)施，盡量采用人工和機(jī)械開(kāi)挖施工。隧道貫通階段開(kāi)挖采取超短臺(tái)階法開(kāi)挖，循環(huán)進(jìn)尺1 m，并在上臺(tái)階實(shí)施超前鉆孔探測(cè)，確認(rèn)貫通距離;初期支護(hù)按照超前小導(dǎo)管和掛網(wǎng)錨噴支護(hù)相結(jié)合的方案實(shí)施，每循環(huán)開(kāi)挖爆破完成后，及時(shí)支護(hù)并噴錨封閉。

2.3.2 爆破施工方案

依據(jù)施工規(guī)范，鑒于實(shí)際地質(zhì)情況，采取密炮眼、小藥量、弱爆破的爆破開(kāi)挖方法，控制爆破震速，最大程度的減小爆破施工對(duì)運(yùn)營(yíng)線路以及地面建筑物的影響。

1)控制最大一段爆破裝藥量和單孔裝藥量。單段最大爆破裝藥量是控制爆破地震動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵。以地面建筑物基礎(chǔ)底部至爆源中心的距離R為安全控制半徑，選用質(zhì)點(diǎn)振速限值［v］= 1.0 cm/s為控制標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)薩道夫斯基的爆破震動(dòng)速度公式反算得到各開(kāi)挖部分允許的最大一段爆破裝藥量，即通過(guò)式Q=R3(［v］/K)3/a計(jì)算。其中，Q為同段最大藥量，kg;R為安全允許距離，m;v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s;K，a分別為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的場(chǎng)地系數(shù)和衰減指數(shù)。根據(jù)循環(huán)進(jìn)尺1 m計(jì)算最大一段裝藥量為1.2 kg，同時(shí)，根據(jù)微分原理，炮孔按淺、密原則布置，控制單孔藥量，使一次爆破的藥量均勻地分布在被爆巖體中。

2)選擇合理的段間隔時(shí)差。根據(jù)炮孔的類型和巖石特性，段間隔時(shí)差多在50 ms～200 ms之間選取。主要考慮減震和降低爆堆厚度時(shí)取大值。本工程施工爆破控制的首要問(wèn)題就是震動(dòng)，因此，選擇爆破段間隔時(shí)差時(shí)我們就選擇200 ms附近的值。同時(shí)，為避免振動(dòng)強(qiáng)度的疊加作用，在線網(wǎng)布置時(shí)1段～5段雷管跳段使用(見(jiàn)圖2，上斷面炮孔布置及起爆順序圖)。在雷管段數(shù)不足的情況下，采用減少單段雷管一次共同作用的炸藥量來(lái)進(jìn)行控制。

3)選擇合理的掏槽形式。一般情況下，掏槽爆破的震動(dòng)強(qiáng)度比其他部位炮眼爆破時(shí)都要大。因此選擇合理的掏槽形式及掏槽孔的位置，是本次隧道掘進(jìn)中控制爆破震動(dòng)的關(guān)鍵。根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、掘進(jìn)方法以及機(jī)械設(shè)備和工人的技術(shù)水平，結(jié)合直眼掏槽及斜眼掏槽優(yōu)缺點(diǎn)，我們采用了垂直復(fù)式大直徑中空楔形掏槽。掏槽孔的位置布置在離拱頂較遠(yuǎn)的上斷面下部。

4)選用合理的周邊孔爆破形式。由于隧道上方為抗震性差的樓房、周邊需保護(hù)的對(duì)象(包括地鐵隧道和車輛)距離較近，所以施工采用預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔間距為35 cm，這樣既可以最大限度減少對(duì)圍巖的破壞，又可以達(dá)到減震的目的。預(yù)裂孔采取非電毫秒雷管微差方式進(jìn)行起爆，從而進(jìn)一步減弱爆破地震效應(yīng)，減小爆破地震動(dòng)強(qiáng)度。

5)起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)。掘進(jìn)爆破根據(jù)工程實(shí)際采用塑料導(dǎo)爆管非電微差起爆網(wǎng)路。上斷面分Ⅰ，Ⅱ兩區(qū)爆破，Ⅰ區(qū)爆破完畢再Ⅱ區(qū)裝藥爆破;下斷面根據(jù)實(shí)際情況一次起爆或分兩次起爆。

2.3.3 爆破施工管理

由于爆破噪聲及震動(dòng)會(huì)影響居民生活，根據(jù)公安部門及城市管理部門規(guī)定，施工將爆破時(shí)間嚴(yán)格控制在9：30～20：00之間。爆破只能在地鐵運(yùn)營(yíng)的間隙中進(jìn)行，由業(yè)主進(jìn)行協(xié)調(diào)，聯(lián)系地鐵運(yùn)營(yíng)部門，安排專人駐站聯(lián)絡(luò)，及時(shí)通知爆破時(shí)間，以確保在爆破的時(shí)候避開(kāi)運(yùn)營(yíng)列車。

2.3.4 測(cè)量與監(jiān)測(cè)

為保證區(qū)間隧道與既有線預(yù)留接口正確對(duì)接，保證隧道的貫通精度，在測(cè)量方面主要采取以下措施進(jìn)行控制：

1)將施工使用的控制點(diǎn)與既有線施工控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

2)利用既有線區(qū)間隧道內(nèi)竣工控制點(diǎn)對(duì)既有線線路中線的坐標(biāo)和高程進(jìn)行復(fù)核。

3)對(duì)隧道貫通橫向誤差分析。

在隧道貫通以前，隧道施工控制點(diǎn)布設(shè)為支導(dǎo)線，隨著支導(dǎo)線長(zhǎng)度的增加，端點(diǎn)橫向誤差也會(huì)逐漸增大。導(dǎo)線端點(diǎn)橫向誤差采用以下公式計(jì)算：

其中，s為導(dǎo)線邊長(zhǎng);mβ為測(cè)角中誤差;n為支導(dǎo)線邊數(shù);ρ= 206 265。

如：曉—昌區(qū)間隧道距既有線最遠(yuǎn)距離約150 m，則與既有線接口處的橫向誤差估計(jì)為：

4)在既有隧道距離接口20 m范圍內(nèi)設(shè)置拱頂下沉點(diǎn)和收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱頂下沉點(diǎn)每隔10 m布置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置1點(diǎn)～3點(diǎn);收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)每隔10 m布置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置4個(gè)收斂點(diǎn);在距離既有隧道接口20 m時(shí)開(kāi)始對(duì)既有隧道拱頂和斷面尺寸進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保既有隧道安全。

5)根據(jù)新建隧道到既有隧道接口的距離，提前在既有隧道接口處地面布置爆破監(jiān)測(cè)點(diǎn)，先觀測(cè)記錄1次～2次爆破震速，取得爆破震速初始值，后期對(duì)隧道爆破進(jìn)行定期震速監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整爆破裝藥量，將爆破震速控制在1.0 cm/s以內(nèi)。

在兩個(gè)區(qū)間隧道施工中，通過(guò)采取以上測(cè)量控制措施，控制隧道施工精度，保證了新建隧道與既有隧道的安全和順利貫通。

2.4 施工主要安全控制措施

因臨近已建成通車線路，為確保行駛車輛的正常運(yùn)行和乘客及施工人員安全，保證工程順利施工，應(yīng)做好安全保障和應(yīng)急準(zhǔn)備，所以我們將安全控制重點(diǎn)放在下面幾點(diǎn)：

1)距離接口處最后2 m巖層使用機(jī)械破除，不再爆破。2)嚴(yán)格控制爆破裝藥量，保證既有隧道結(jié)構(gòu)安全。3)派專人駐站實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)，及時(shí)通知爆破時(shí)間，保證列車通過(guò)間隙進(jìn)行起爆。4)人員配備滿足施工需要：現(xiàn)場(chǎng)施工班長(zhǎng)、技術(shù)人員、測(cè)量人員、試驗(yàn)工程師、質(zhì)檢工程師、安全工程師、監(jiān)測(cè)工程師、爆破工程師，實(shí)行崗位安全責(zé)任制，人員分工明確。

由于制定了周全的安全預(yù)防和控制措施，通過(guò)施工過(guò)程的細(xì)致的安全工作，從而保證了施工的順利完成。

3 技術(shù)及安全措施實(shí)施效果

1)工作協(xié)調(diào)到位保證了施工順利進(jìn)行。新線施工難免影響既有線的運(yùn)營(yíng)，但是我項(xiàng)目部通過(guò)多方面積極的工作協(xié)調(diào)，利用可用的條件，將這種影響降低到列車安全運(yùn)營(yíng)容許的范圍內(nèi)，從而確保了施工的正常進(jìn)行。

2)爆破施工控制效果良好，兼顧了施工和安全需要。新線施工從土體開(kāi)挖到結(jié)構(gòu)施作，其原巖應(yīng)力場(chǎng)要經(jīng)過(guò)多次變化，各施工步序間要進(jìn)行多次應(yīng)力傳遞與轉(zhuǎn)換。所以，在施工過(guò)程中，我們從爆破方案方面多考慮，修正原爆破方案，盡量降低爆破震速，確保了列車安全、正常運(yùn)營(yíng)，也保障了周邊居民的正常生活。

3)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工順利完成。監(jiān)控量測(cè)是聯(lián)系既有線安全運(yùn)營(yíng)和新線施工的紐帶，使兩者成為一個(gè)有機(jī)的整體。施工過(guò)程中我項(xiàng)目部加大了對(duì)新線的監(jiān)控測(cè)量頻率，對(duì)既有線路在施工安全影響范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布點(diǎn)，觀察分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)修正施工方案，進(jìn)而指導(dǎo)開(kāi)挖爆破，保證了隧道的順利貫通。

4 結(jié)語(yǔ)

城市地鐵施工涉及面很廣，影響因素很多，暗挖隧道施工的關(guān)鍵是監(jiān)控量測(cè)、安全及質(zhì)量的控制及協(xié)調(diào)、科學(xué)合理的方案以及人員的系統(tǒng)配備。面對(duì)復(fù)雜的施工環(huán)境，通過(guò)統(tǒng)籌考慮，在確保工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全的前提下，兼顧了周邊居民的利益以及地鐵的安全和正常運(yùn)行，方案實(shí)施效果良好，為類似工程的施工提供了一種較好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

［1］ GB 6722-2003.78-80，爆破安全規(guī)程［S］.

［2］ 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1991：50-56.

［3］ 張佩昊，張富田，李 贊.微差爆破技術(shù)在廣州地鐵施工中的應(yīng)用［J］.都市快軌交通，2006(3)：70-73.

［4］ 中國(guó)力學(xué)爆破委員會(huì).爆破工程［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.