地鐵隧道施工中的頂部薄層爆破施工工法

中鐵八局集團第四工程有限公司

摘要：控制爆破作業在如今的工程建設中應用極其廣泛，其所處的施工環境也越來越復雜，對爆破施工安全技術的要求也更高。

關鍵詞：地鐵隧道施工；頂部薄層；爆破施工

1工程概況

貴州省貴陽火車北站是西南最大規模的綜合性鐵路交通樞紐，總建筑面積24萬平方米，共分四個車場，設15站臺32線。由我公司承建的貴陽北站國鐵出站層基坑，其正下方是貴陽市軌道交通一號線的隧道，國鐵基坑沿隧道前進方向開挖長度約87m，開挖寬度約70m，開挖深度為10～11m，開挖總量約5.5萬m3。國鐵出站層基坑開挖基底距離隧道拱頂距離為6m～9.2m。國鐵基坑和隧道的平面示意圖和側面示意圖見圖1。

因隧道位置正處于國鐵站房正下方，且隧道兩側凈距2m的位置有兩排深度超過隧道埋深的國鐵站房樁基。所以在經專家評審的整體施工方案中，為防止開挖國鐵出站層土石方開挖后隧道頂覆蓋層過薄，隧道施工時形成冒頂和人工挖孔樁爆破時破壞隧道二襯，同時考慮到工期要求，整體施工順序是：隧道掘進后一段再開挖已掘進部分隧道頂部的出站層土石方，開挖國鐵出站層后施工樁基，樁基完成后再施工隧道二襯。由此形成開挖國鐵出站層土石方和下方隧道同時施工，且隧道尚未開始施作二次襯砌。該項爆破方案通過專家評審，具有科學性和可行性。

在基坑開挖施工中，為確保下方隧道的結構和施工安全，我們采用了淺孔小臺階微差控制爆破技術，以2米為一級臺階高度分多臺階多臨空面進行淺孔爆破，對于與隧道拱頂較近、在理論驗算中如采用爆破有可能影響隧道安全的土石方層，則用機械破碎開挖；爆破施工結合現場的實際情況合理確定爆破參數以降低爆破振動，制定落實了安全控制措施，以嚴謹的科學態度、周密的施工組織，解決了在快速開挖出站層基坑的同時確保了隧道安全的難題，加快了貴陽北站整體的施工進度。經總結提高，形成本工法。

地下構筑物正上方近距離控制爆破施工以采取多種技術措施使爆破振動不致于危害下方構筑物結構安全、施工安全或人員安全為前提，選取能滿足要求的最低爆破振速控制標準，通過建立爆破振動監測體系，實時調整爆破施工參數，分臺階創造多個臨空面等方式降低爆破振動，減小對周邊環境和下發構筑物的影響，達到安全、高效進行爆破施工，提高工效的目的。

3施工工藝流程及操作要點

3.1施工調查

調查爆破施工區域周邊環境，對可能因爆破振動受到影響的建筑或構筑物要重點關注，并選取其中對爆破振動最為敏感的結構作為確定合理振動標準的基礎。

3.2 爆破設計

（1）選取合理振動標準。在本工程中，由于下方為正在施工的隧道，只完成了開挖及初支，仰拱暫未施工，隧道整體抗震性能較差，而爆破區域距離隧道頂部最短距離僅為6m，因此把隧道的結構和施工安全作為控制要點。按照《爆破安全規程》（GB6722-2003）規定，為了確保施工期間隧道的絕對安全，考慮隧道的噴射混凝土初支，按混凝土初齡1-3d的下限進行選取，取隧道的安全允許振速為[V]=2.0cm/s。

（2）爆破方案設計。根據本工程的實際情況，基坑爆破采取淺孔小臺階爆破方法，采用多排微差控制爆破技術解決爆破對隧道擾動過大的問題。

（3）爆破參數設計。本工程采用淺孔鑿巖設備，孔徑為40mm，藥卷直徑為32mm。炮孔采用梅花形布置方式布置，如圖2所示，其中a表示孔距，b表示排拒。

圖2炮孔布置圖

（4）爆破安全驗算。一是爆破飛石安全驗算，由于對爆破體采用了膠皮網覆蓋，因此可以有效減少爆破飛石及個別爆破飛石的飛散距離，但是為了安全起見，復雜環境下淺孔小臺階爆破安全警戒距離至少為200m。二是，爆破振動驗算，本工程中，由于基坑底部距離隧道頂的最近距離為6m，因此在施工中預留了5m保護層進行機械開挖，確保下方隧道結構和施工的絕對安全。三是，爆破沖擊波驗算，計算結果表明爆破沖擊波可能的影響范圍極為有限，因此不會對周邊的人員及重要設施產生影響。同時，在設計中對炮孔采用膠皮網進行覆蓋防護，膠皮網覆蓋可以有效隔絕抵消部分空氣沖擊波能量，也可以進一步的削弱爆破沖擊波的影響。

3.3 試爆

在正式爆破前在施工區域內選取一小塊區域按爆破設計的網孔參數和單位耗藥量，并在下方重要構筑物中設置好振動監測儀器后進行試爆；試爆的主要目的是對爆破設計的參數、起爆網絡、對隧道的振動影響、防護方式、安全警戒等進行檢驗，為正式爆破施工積累有效數據。

3.4 調整爆破參數

根據試爆中的檢測數據和爆破效果分析爆破振動對隧道的影響，適當調整爆破參數，以此作為實際設計及施工的重要依據及正式爆破的依據。

3.5 爆破施工

（1）清理浮土：首先對場地的表層土和松動巖石清除，露出巖石，達到能夠鉆孔爆破的條件。

（2）布孔和鉆眼：鉆孔前，根據爆破設計參數用紅油漆按設計炮孔間距和布孔方式標明孔位，方便鉆眼人員施工。淺孔小臺階爆破以手風鉆打眼，鉆孔的具體要求是準、正、平、直、齊；鉆孔時由于意外原因較多，極易導致孔眼被堵而報廢，因此必須進行檢查和堵孔處理工作、防滲水，孔內積水在檢查前清除，采取排水措施。

（3）爆破器材準備：每次爆破前，必須由持證的專業爆破人員將計劃炸藥用量運送至爆破點，且派人看守。

（4）裝藥和堵塞：必須嚴格按照設計裝藥結構和裝藥量進行裝藥，起爆炸藥和雷管放在孔底和炮孔中間。堵塞材料使用粘土或砂加粘土，嚴禁用石塊堵塞，為保證堵塞質量，每填入0.3m時用木棍或竹竿搗固密實。

（5）起爆網絡連接：按照腳線編號，將各炮孔的腳線通過起爆線聯為整體，起爆線與起爆器連接。每個炮孔的毫秒雷管段位必須對號入座，多臺階和分層爆破時，連線順序應從上往下、從起爆終點至起爆起點；起爆網絡連接完成后，要進行復查，防止出錯。

（6）安裝爆破監測儀器：爆破前在下方隧道拱頂和左右邊墻上沿隧道縱向每20米安設一個測振儀，收集爆破振動數據。

（7）起爆與排危。在起爆前10分鐘，人員與機具撤離爆破區域，安全警戒人員到位警戒，爆破完成后，應待專業人員檢查有無啞炮，如有則排除啞炮后方可示意恢復正常，撤除警戒。

（8）調整參數。在正式爆破中，有可能出現巖層與試爆時的巖層不同，根據實時爆破監測的數據及時分析，調整爆破參數，并逐步微調雷管延時時差，以達到最佳的平峰減震的效果，有利于確保下方隧道的結構安全。

4工程質量安全控制

爆破作業過程中，在細化孔網參數技術交底的同時加強執行力度。鉆孔階段合理統籌安排挖方區的施工次序，鉆孔工作完畢后及時裝藥爆破，并采取有效的措施加強對驗收合格的成品孔的保護，避免在裝藥時出現漏孔、廢孔。裝藥聯管時，加強爆破操作人員的規范操作。回填時，根據孔徑大小要求用一定級配粒度的渣石或泥土填塞，回填操作要求規范，防止出現卡孔、扯脫起爆藥管的情況而出現拒爆和沖炮現象。

根據GB6722-2003《爆破安全規程》的有關規定以及爆破安全技術要求，為杜絕爆破施工中出現違章作業行為，最大限度避免安全生產事故的發生，盡可能減少生產過程對環境破壞，以及保障爆區四鄰建（構）筑物不受損害、人員不受傷害，落實安全文明、環保施工措施。

5結束語

貴州省貴陽火車北站國鐵出站層基坑處于軌道交通一號線隧道正上方，開挖底標高距離隧道拱頂6米，基坑開挖同時隧道進行掘進及初支施工；基坑爆破開挖應用本工法施工，解決了基坑開挖與隧道施工同時進行的難題。

參考文獻：

[1]杜子建.大跨隧道拱蓋法施工地層沉降分析[J].鐵道標準設計.2014（03）

[2]羅彥斌，陳建勛.軟弱圍巖隧道鎖腳錨桿受力特性及其力學計算模型[J].巖土工程學報.2013（08）

[3]李磊.深埋大斷面隧道有限元二維應力分析[J].科技信息.2012（33）