青島地鐵8號線海底隧道陸域下穿民房段開挖技術研究

劉 斌 中鐵發展投資有限公司高級工程師

以青島地鐵8 號線海底隧道淺埋、下穿敏感區域段為研究對象，綜合考慮各種掘進施工方法的利弊后，研究分析采用控制爆破進行施工，妥善解決了淺埋下穿民房敏感區域的問題，為淺埋隧道下穿敏感區域類似工程施工提供參考。

1 工程概況

青島市地鐵8 號線大洋站—青島北站區間雙洞單線海底隧道全長約7.8 km，其中穿越膠州灣海域長5.4 km，是目前國內最長的地鐵海底隧道。

區間采用礦山法和盾構法施工，兩種施工工法在海底進行對接。礦山法部分總長3.8 km，其中陸域段長1.3 km，有860 m 下穿密集低矮老舊的居民區，拱頂埋深7.3 ～38.5 m，洞身主要位于中微風化流紋巖層與微風化凝灰巖層。東大洋社區下穿段衛星圖如圖1 所示。經調查，隧道穿越的居民房屋以20 世紀80 年代居多，砌體結構，地上1 ～2 層，基礎形式為毛石基礎。東大洋社區下下穿段現狀及周邊房屋如圖2 所示。

圖1 東大洋社區下穿段衛星圖

圖2 東大洋社區下穿段現狀及周邊房屋

2 入戶調查等前期工作

入戶調查前，在社區張貼宣傳畫、利用社區公告欄、發放宣傳單等方式擴大宣傳，并制作印有地鐵建設信息、信訪負責人聯系方式等的掛歷、臺歷，免費送達每家每戶，充分獲得居民群眾理解支持，為入戶調查奠定了群眾基礎。入戶調查時邀請房屋鑒定機構、第三方保險機構、設計單位、建設單位、監理單位等相關人員共同見證。

調查范圍：隧道穿越段中心線兩側50 m、100 m 范圍，因50 m 范圍受爆破施工影響較大，超過100 m 后幾乎無振感。

調查的內容：摸清調查范圍內現有居民戶數、人口數、年齡、受教育情況等。房屋分民用建筑和廠房，居民房屋對結構型式、門窗、墻、地、頂等各部位、構件，全方位拍攝照片、視頻，尤其對已經出現破損的門窗玻璃、出現裂縫的墻體，做好詳細的視頻資料。對所有調查結果造冊分序登記。調查完畢，形成詳細的調查報告，由鑒定機構、保險公司、建設單位等共同簽字確認。

3 采用的控震爆破技術

3.1 正三角形波峰不關聯控震技術原理

3.1.1 施工統計

在隧道施工尚未到達民房區時，做了相關施工統計，陸域段爆破振速在埋深35 m 以內時，掌子面正上方的地面監測振速已達1.5 cm/s，振感明顯，正上方房屋門窗等會振動產生異響，連續施工監測發現，當爆破振速＞1.0 cm/s 時，振動感明顯，尤其在房屋內更加嚴重，因此隨著隧道埋深的變淺，如果不采取措施，振動會越來越強烈，這種振感居民將無法接受。對居民日常生活勢必產生一定影響，因此降振減擾是快速施工的技術核心。根據薩氏公式推導有：

式中：Qmax-單孔最大裝藥量，kg；R-震源中心距被保護對象間的距離，m；K、α-與地質條件相關的系數；V-設計的振速度，cm/s。注意在計算隧道掏槽區的R時，取掏區的幾何中心至被保護對象間的距離；K、α可憑經驗取值或查相關表格，但回歸計算取值最為切合實際。

由公式中可看出，在施工地質條件一定的前提下，質點的振速與最大單段裝藥量成正比?！安ǚ宀魂P聯控震”技術為通過減少掏槽裝藥量、改善掏槽孔位、增加起爆網絡段別、孔內多段干擾降振，大幅度降低爆破振速。經過多循環監測，取得了大量監測數據，做回歸分析后，計算得出K、α的數值，后通過進一步驗證，比較接近現場監測值。

3.1.2 基本原理

隧道（洞）或地下工程掌子面爆破掘進時，當創造臨空面的3 ～5 對上下平行炮孔（簡稱掏槽孔）的延長線在同一平面上與掌子面構成正三角形（簡稱等邊三角形，夾角60°），實踐證明，在最為堅硬的巖石中正三角形掏槽較其他斜眼掏槽效果更理想；同時差分最小抵抗線，在掏槽孔內間隔裝入等分炸藥，孔間錯位形成炸藥能量基本均勻分配的裝藥結構體系，并采用普通非電導爆管雷管起爆，滿足各等分炸藥合理時差有序起爆的網絡系統，充分保證每列振動波的峰值完全不關聯（互相獨立），再通過減少同段雷管起爆的最大裝藥量以實現對最大峰值的有效控制，最終達到掏槽區爆破不產生過大震動的目的（簡稱“波峰不關聯控震”）。

3.2 工藝流程

工藝流程見圖3，爆破設計圖見圖4。

圖3 爆破施工工藝流程圖

圖4 區間隧道下穿密集陳舊民房控爆設計圖

3.3 實施過程

陸域段大部分穿越段處于中風化圍巖中，上臺階開挖進尺1.5 m，爆破參數如下：現場按上述爆破參數表進行鉆爆施工，并于掌子面正上方（埋深15 m左右）地表監測爆破振速。

經過多次爆破試驗及數據統計后，得出較有代表性的數據如下。

一，爆破掘進監測的振速為1.3 cm/s，振速過大，技術人員分析影響原因后，對鉆孔間距、鉆孔角度重新進行了現場交底，對孔距、孔位、孔深等提出了更為精確的要求；

二，第二循環掘進時，技術人員現場監督鉆孔，所監測的爆破振速為1.1 cm/s，仍偏大，經討論分析，一致認為除鉆孔參數外，還應對裝藥量與起爆網絡連接進行更為精確的控制。

三，循環施工時，現場由技術人員按“波峰不關聯控震爆破技術”的鉆爆圖表全程對鉆孔、裝藥、連管進行監督指導，所測振速為0.5 cm/s，達到理想值。

表1 爆破振速監測值

3.4 實施效果及應用效果

3.4.1 控震爆破技術實施要點

（1）將掏槽孔設計為60° 特殊角度，既方便爆破參數的計算又能提供較大的爆破破裂角，減少炮孔夾制，有利于降低震動、提高掏槽成功率和獲得較高的進尺等。（2）差分抵抗線極大地保障了掏槽的成功率，減少了同時刻起爆的裝藥量，消除了掏槽是產生最大震動的源頭認識。

（3）裝藥體系合理。等分炸藥，其裝填炸藥操作既快速且計量精準，保障孔內裝藥分配基本均勻，又能做到孔間等分藥段相互錯開，從整體上看炸藥能量基本均勻分布在掏槽區，各等分爆破體積基本相當，有助于炸藥能量的充分發揮。（4）微差網絡系統可靠?？變扔赏猓ㄕ谱用妫┫騼龋椎祝?、孔間由內（靠隧道軸線）向外（洞壁側）有序微差起爆，既減少了低段位同段同時起爆藥量，從本質上滿足了降震目的，又能夠使得爆炸應力波作用相互疊加，不削弱爆破總體效果。（5）施工現場管理人員的有序組織、作業人員的認真負責也是成功實施的重要保障。

3.4.2 實施效果

采用該技術進行爆破施工，大部分情況下成功的將地表振速降至0.5 cm/s，降幅75%，使居民的投訴大幅減少，維持了正常生產，滿足了工期要求。同時對房屋造成損壞極少，妥善保護了人民財產的安全，經濟效益顯著。

4 過程中出現問題的處理方法

雖然采取了技術措施，但由于現場管控力度等人為因素影響，并不能保證每茬炮都控制到位，仍然會出現振速超標現象。這種情況下，前面的入戶調查等工作就會起到重要作用，當居民投訴后，迅速到家中查看，對確有房屋損壞的，要求第三方機構及保險公司等及時進行現場查勘，和之前收集的資料進行對比，確認后按規定給予補償。使居民的訴求實實在在得到解決，避免激發大規模群體性的投訴或上訪事件，及時將問題解決在施工單位的層面上。其中，引入保險公司賠償是關鍵，保險公司可以作為第三方機構實行公正處理，施工單位直接出面賠償，很難做到居民認可的公平、公正，不利于快速解決問題。

5 結語

以青島地鐵8 號線海底隧道淺埋、下穿敏感區域段為研究對象，綜合論述了該敏感環境下采取爆破施工的可行性。同時，為達到安全快速、順利施工的效果，還必須做好入戶調查，建立起針對爆破施工負面影響的快速處理機制，為類似工程施工提供參考。