區間隧道下穿大型建筑物孔內外微差減震弱爆破施工技術

楊昆鵬，張海波，楊 兵

(中國建筑土木建設有限公司軌道交通分公司，南京 210014)

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，中心城區的建筑密度越來越大，在修建地鐵隧道時，經常會出現隧道近距離下穿大型建筑物的情況。在傳統的光面爆破網絡中，通常采用分層剝離的爆破方法，每一層的所有炮孔采用同一段位，相同段位的雷管同時起爆。這樣勢必造成爆破震動的疊加效應，對相鄰建筑物造成破壞性影響。

目前，國內外學者在爆破震動對建筑物的影響以及如何降低爆破振速等方面做了大量的研究與試驗工作。文獻［1－2］主要對爆破參數選擇、炸藥單耗、裝藥結構等方面進行了深入探討;文獻［3－6］從優化開挖步序、調整掏槽方式等方面入手，結合毫秒微差爆破技術，以達到降低爆破振速，保證相鄰建筑物安全的目的;文獻［7－8］對爆破振速監測以及地震波的疊加效應進行了細致分析。本文在前人研究的基礎上，對爆破網絡進行了合理優化，聯線方式采用分組串聯法，組內3～5個不同段位的導爆管雷管并聯，各組之間采用MS－2段導爆管雷管孔外串聯，利用導爆管雷管的孔內及孔外微差特性，將各孔起爆時間有效錯開，以期避免爆破振速的疊加，降低爆破振動，保證建筑物的結構安全。

1 工程概況

1.1 工程簡介

大連地鐵一號線102標段位于大連市的中心地段，勝利廣場站—友好街站區間隧道長約550 m，下穿一處長約370 m的勝利地下購物長廊。長廊為地下一層，鋼筋混凝土框架結構，平板式樁筏基礎。區間隧道從其下方穿過，拱頂距離樁底僅4.5 m，距離筏板底僅約9.5 m，本區段的重大風險源如圖1所示。

圖1 勝友區間下穿勝利地下購物長廊立面關系圖(單位:mm)Fig.1 Relationship between Shengli Square station-Youhao Street station running tunnel and Shengli underground shopping corridor(mm)

1.2 工程地質及水文地質

本區段地貌為坡殘積臺地，表覆第四系全新統素填土層，其下為第四系全新統坡洪積粉質黏土、碎石土，下伏震旦系五行山群長嶺子組全－中等風化板巖，節理裂隙較發育，巖體較破碎。中風化板巖為Ⅳ級圍巖，巖石承載力約500 kPa;全－強風化板巖為V級圍巖，巖石承載力約150 kPa。

地下水位埋深約8 m，隧道施工過程中主要為孔隙水及基巖裂隙水，略具承壓性。

2 控制爆破基本原則

爆破材料采用非電毫秒微差導爆管雷管、2#巖石乳化炸藥，雷管段位從MS－1至MS－16段全部配備。施工過程中遵循“短進尺、多打眼、少裝藥、弱爆破”的設計原則，嚴格控制單段最大裝藥量。

本工程采用分組串聯法，將3～5個雷管作為一組，掌子面左側采用雙號段，從6段開始，6，8，10…;右側采用單號段，從5段開始，5，7，9…。然后在孔外將每組之間用2段雷管串聯起來，最后接引爆器起爆，在孔外及孔內分別實現導爆管雷管的微差起爆。根據各雷管的起爆時間統計，基本可以實現一孔一響。

雖然按上述方法統計的單段雷管炸藥量超過了理論計算量，但由于同段雷管不在同一組內，所以同段雷管不會同時起爆。第1組引爆后，通過2段雷管傳遞到下一組，間隔25 ms后第2組被引爆。由于2段雷管引爆時間為25 ms，5段雷管引爆時間為110 ms，6段雷管引爆時間為150 ms，在第1組起爆前，2段管已經將爆能引入下一組，所以不會存在將相鄰導爆管炸斷造成啞炮的危險。

3 爆破方案設計

3.1 掏槽方式

上臺階開挖斷面尺寸為6.2 m×3.1 m(寬×高)，由于斷面尺寸較小，掏槽眼采用四孔楔形掏槽形式，孔口間距1.8 m，孔底距離0.5 m，掏槽眼傾角約 65°，掏槽眼采用1，2，3，4段連續使用，每孔單獨使用一個段位，掏槽眼裝藥600 g，如圖2所示。

圖2 掏槽眼示意圖(單位:mm)Fig.2 Sketch of cut hole(mm)

3.2 單段最大裝藥量理論值計算

式中:Q為最大單段允許裝藥量，kg;v為質點振動速度，cm/s;R為自起爆原點中心到被保護物或觀測點的距離，m;K為與爆破技術、地震波傳播途徑介質的性質有關的系數;α為爆破振動衰減指數。

根據大連地鐵102標段的地質情況和下穿建筑物的結構形式，并結合周邊環境的特點，各參數取值如下:v取2.0 cm/s;R取9.5 m;K 值根據表1，取250;α 取 2.0。將各值代入 Q=R3(v/K)3/α=9.53×(2.0/250)3/2.0=0.61 kg。

根據上式計算的結果顯然無法應用于實際施工，通過現場摸索與試驗，對雷管連接方式進行了創新，相同段位的雷管布置在不同的組內，控制其在不同時間段引爆，從而降低了單段雷管的一次起爆藥量，有效降低了爆破振速。

3.3 裝藥及連線

周邊眼采用空氣間隔不耦合裝藥，將藥包固定在竹片上，通過導爆索連接;輔助眼及掏槽眼采用孔底裝藥，反向起爆。裝藥結構如圖3所示。

圖3 裝藥結構圖Fig.3 Structure of explosive charging

起爆順序為:先爆掏槽眼，然后輔助眼，最后為周邊眼。使用電工膠布按爆破網絡圖將同組導爆管連接在一起，并與下一組的2段導爆管串聯在一起，從而將爆轟波傳遞下去。

3.4 爆破參數選擇

見圖4和表1。

圖4 上臺階炮眼布置及爆破網絡圖(單位:mm)Fig.4 Layout of blasting holes and ignition circuit of top heading(mm)

3.5 起爆順序分析

根據各段別導爆管的起爆秒量(ms)，結合孔外串聯的2段雷管調節，上臺階的各孔起爆秒量如圖5所示。將各孔的起爆時間按順序生成曲線，如圖6所示。從圖5及圖6中可以看出，每個炮孔的起爆時間基本都不相同，各孔按起爆順序連續分別起爆，有效控制了同時起爆的炸藥量，從理論上大大降低了爆破振速的影響。

4 爆破振動監測

為嚴格控制爆破振速，確保爆破過程中的建(構)筑物安全，在通過重大風險源期間，每一循環均需要進行爆破振速測試。根據振速結果及時調整爆破參數，將振速值控制在2.0 cm/s以內。振動監測采用TC－4850爆破振速儀進行，振速儀分3通道，x，y，z 3個方向，然后合并為合速度。

表1 上臺階爆破參數表Table 1 Blasting parameters of top heading

爆破監測時，將振速儀放置在地下商場的地面上，并盡量靠近掌子面的正上方。圖7為一組爆破監測的典型波形圖，掌子面里程為DK6+523.5，監測點基本位于爆源點正上方，垂直距離9.5 m。

根據某3個月內的爆破振速監測結果進行統計分析，振速值控制在1.5 cm/s以內的占75%以上，在1.5 ～1.8 cm/s的占15%左右，超過 1.8 cm/s的不足10%，基本達到了將爆破振速值控制在2.0 cm/s以內的目標。

在爆破時，分別組織了不同的人員在監測點位置感受爆破振動對行人及地下商場結構的影響。商場內有輕微聲響，行人基本無驚嚇等異常。通過近3個月的連續監測及觀察，爆破施工對地下商場結構及行人均未造成不良后果，施工安全可控。

5 結論與建議

1)本施工技術將非電導爆管雷管的孔內微差與孔外微差有機地結合起來，有效降低了同時起爆的單段最大裝藥量，控制了爆破振速。

2)孔內采用段位較大的導爆管雷管，孔外采用低段位導爆管雷管，可有效避免后起爆的導爆管雷管被炸斷的風險。

3)根據爆破振動監測圖譜顯示，爆破產生的振動分布較均勻，圖譜基本呈矩形狀，沒有出現明顯的振動峰值突變，與起爆順序曲線基本相吻合。

4)爆破完成后，根據爆破監測圖譜的各組峰值大小情況，可對振速值過大的分組進行適當調整，減少組內炮孔數或單孔炸藥用量，以降低此組的振速值，做到信息化施工。

5)雖然理論上導爆管雷管可以避免被炸斷，爆破網絡可以有效傳遞。但由于操作工人水平存在差異，先爆破產生的飛石飛行方向的不確定性，以及對外露的導爆管線路沒有進行有效保護等因素，偶爾會出現部分網絡未起爆，造成瞎炮的情況，需要在施工過程中繼續總結經驗，不斷優化爆破網絡及連線方式。

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