地下隧道穿越建筑物的分次爆破的施工技術

王文江

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司　遼寧　沈陽　110003）

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地下隧道穿越建筑物的分次爆破的施工技術

王文江

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司遼寧沈陽110003）

摘要在城市隧道或地下工程施工中，經常遇到穿越建筑物的地下巖石爆破開挖工程。在穿越過程中需要有效控制爆破振速，減小對地表建筑物的振動破壞。本文介紹一種分次爆破施工與設計，這在公路、鐵路、城市地鐵以及水利工程的輸水隧洞爆破開挖過程中都有廣泛的應用。其目的是為了解決傳統臺階開挖法的單段裝藥量過大，地表監測爆破振速超標，爆破后圍巖穩定性差等施工難題，從而減少地表沉降，預防爆破振動造成的建筑物開裂等事件。

關鍵詞穿越建筑物；分次爆破；施工方案；安全校正

1.引言

隨著隧道施工技術的不斷成熟，在城市或輸水工程中修建隧道的項目逐漸增多，淺埋巖石隧道穿越民宅、建筑物、交通設施問題越來越得到各界的廣泛關注與重視。若爆破效果得不到有效控制，爆破振動對施工區域影響較大，容易引起“擾民”和“民擾”等事件。要想減少爆破施工對環境的影響，就需對爆破振動給出合理的控制指標。而控制振速，不僅必須嚴格控制單段裝藥量最小化，通過孔內外綜合微差方式控制爆破振動，更為重要的是選擇合理的爆破方法。

傳統的爆破設計，是根據選擇工法的斷面尺寸進行炮孔布置，確定斜眼掏槽、周邊眼、輔助眼起爆順序，通過計算單段裝藥量及合理的使用毫秒雷管分段微差控制振速。但施工中往往因為爆破斷面過大、爆破網絡復雜、掏槽藥量較多等原因，很難達到理想的控制爆破效果。

在淺埋隧道穿越建筑物階段，如上述設計無法滿足控制指標安全距離校正時，可采用分次爆破技術。分次爆破具有掏槽面積小、起爆網絡簡單、圍巖穩定性較好、不宜產生坍塌等優點。特別是對于“上軟下硬”或巖石局部侵入隧道范圍條件下使用，對于確保圍巖穩定、加快施工進度具有重大意義。

2　工程概況

2.1工程概況及周邊環境

本文以東北某大型城市在建地鐵工程中穿越建筑物的地下隧道作為分次爆破技術的研究案例。本隧道斷面為6.3m（寬）× 6.5m（高），隧道埋深10m～12m；地貌為剝蝕低丘陵，上覆人工堆積層、卵石層，下伏泥灰巖；節理裂隙極發育，巖芯呈土狀、碎石土狀，局部巖溶發育。沿線地下水類型主要孔隙水和基巖裂隙水、巖溶水，水量中等～豐富。區間泥灰巖基本為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。隧道橫穿城市排洪區、多層辦公樓、多層居民樓等建筑。

2.2爆破情況描述

本隧道穿越春柳河段，主要因為局部存在巖石侵入隧道現象，需采用爆破作業。考慮到隧道上方地表存在暗渠、多層建筑等風險源，需對爆破進行優化設計。本方案主要考慮兩種情況：

（1）常見情況：局部巖石侵入隧道的底部斷面，通常采用上臺階機械開挖（非爆破），下臺階分次爆破方案。

（2）少見情況：巖石侵入隧道的全斷面，通常采用上臺階預爆掏槽孔，后機械開挖方案，下臺階同樣采用分次爆破方案。

3　爆破參數選定

圖4.1　局部巖石侵入隧道底部示意圖

圖4.2　局部巖石侵入隧道底部鉆孔布置示意圖

3.1爆破振速控制

以穿越城市排洪渠為例進行設計：

圖4.3　巖石侵入隧道全斷面掏槽眼布置示意圖

表4.1　下臺階裝藥參數表

表4.2　邊墻一側裝藥參數表

表4.3　全斷面巖石侵入掏槽眼參數控制表

（1）隧道上方房屋多為磚混結構，《爆破安全規程》（GB6722.2003）規定該類型結構房屋爆破振動速度控制指標為“2.0cm/s～3.0cm/s”。為安全考慮，采取進一步控制措施，按照“土窯洞、土坯房、毛石房屋”一欄選擇，國標規定其范圍為“0.5cm/s～1.5cm/s”，爆破設計選擇范圍的最小值0.5cm/s控制，最大控制在1.0cm/s。

（2）暗渠因2013年剛完成返修，底板為鋼筋混凝土結構，故爆破設計最大控制在2.5cm/s。

3.2鉆爆設計原則

（1）嚴格控制單孔最大裝藥量不大于0.6kg，以控制爆破產生的振動波速避免對結構物的損壞；嚴格控制循環進尺在0.5m以內，以減少單孔裝藥量；起爆網絡采用孔內微差與孔外微差相結合的方式，一次起爆采用多段微差方式；爆破后對隧道及時進行支護。

（2）考慮采用弱爆破方法開挖，遵循“短進尺，多打眼，少裝藥，內外延時，弱振速”的原則，嚴格控制同一段雷管起爆裝藥量，使爆破振動速度降低到安全范圍內。

（3）要對爆破進尺、超欠挖、圍巖松動圈、爆破塊度等進行觀測和分析，尤其是第一個鉆爆循環作為試驗爆破段，爆破后根據實際所測爆破參數及對地面建筑物的影響，再次對弱爆破初步方案的參數進行修正，使炮眼數目、炮眼間距、裝藥量、抵抗線等參數逐步接近合理有效，盡量減少對圍巖的擾動，保護前期注漿效果，且又能達到破碎巖石，提高炮眼利用率。

4　爆破施工方案

4.1局部巖石侵入隧道底部方案（圖4.1、圖4.2示）。

（1）周邊眼間距設置40cm，掘進眼間距55cm。分兩次進行起爆，先爆破下臺階（即爆破1區），后爆破邊墻（即爆破2區）。爆破后，采用挖掘機鈾錘進行修邊。

（2）下臺階裝藥參數如表4.1。

（3）邊墻裝藥參數如表4.2。

4.2巖石侵入隧道全斷面方案

此情況下，上臺階只進行掏槽孔爆破，后采用挖掘機鈾錘開挖周邊；下臺階爆破方式同局部巖石侵入隧道底部方案（圖4.3示）。

掏槽孔裝藥參數如表4.3示。

5　安全校正

隧道上方房屋爆破設計選擇范圍的最大控制在1.0cm/s。鋼筋混凝土結構，爆破設計最大控制在2.5cm/s。

根據公式：V=K（Qm/R）α

V——爆破地震安全速度，cm/s；

Q——最大一段裝藥量，kg；

R——爆破區至被保護物距離，m；

m——藥量指數，取m=1/3；

k——與爆破場地條件有關系數，取k=200；

α——與地質條件有關系數，取α=1.8。

起爆點距春柳河暗渠底最小距離為12m，距金帝建設辦公樓基礎底最小距離為16m，單段最大裝藥量取0.6kg，其安全距離為：

滿足安全（對于春柳河暗渠）；

滿足安全（對于金帝建設辦公樓）。

6　爆破施工質量措施

6.1設專職爆破工程師負責爆破技術與爆破施工質量安全的控制；

6.2爆破工程師和爆破工必須持證上崗；

6.3周邊孔必須由具有兩年隧道爆破鉆孔經驗的風鉆工鉆鑿，確保周邊孔鉆孔質量滿足要求，以控制超挖量和取得良好的光面爆破效果；

6.4每一循環鉆孔前必須依據鉆爆設計標出鉆孔位置，經爆破工程師檢查后方可開始鉆孔，鉆孔位置與設計位置的偏差不得大于5cm；

6.5依據圍巖的變化情況和爆破效果及時優化鉆爆設計；

6.6周邊孔必須沿開挖輪廓線鉆鑿，外插量不得大于孔深的5%；

6.7裝藥及起爆網路的連接必須在爆破工程師的現場指導與監督之下進行；

6.8每次爆破后爆破工程師都應到掌子面查看爆破效果，及時解決爆破質量問題，掌握圍巖狀況，為下一循環爆破施工提供依據。

7　爆破施工控制措施

7.1安全技術措施

為確保鉆爆施工所產生的振動不影響周圍環境，施工期間（尤其是鉆爆初期），每炮進行爆破振動監測，及時調整鉆爆參數，不斷優化爆破設計，減輕振動，確保隧道的安全與結構穩定。利用先進的測量手段在鉆孔前準確放出開挖輪廓線，標出炮眼位置，嚴格控制周邊眼外插角，控制裝藥量，將超欠挖控制在規范允許范圍內。

7.2安全防護措施

為了減小振動、飛石及噪聲，保證洞內初期支護及作業安全，炮孔加強堵塞，設置安全警戒，人員及時撤離。

7.3加強施工監測

（1）爆破施工時，進行洞內及地面振動速度監測，并根據監測結果隨時調整爆破參數；

（2）對爆區附近需保護的建筑物進行綜合分析，選擇有代表性的建筑物作為控制建筑物；

（3）具體的測點：距離開挖掌子面距離最近的地表面典型建筑物基礎；開挖掌子面對應地表出露點向左右兩側100m范圍內典型建筑物基礎；每棟布置6個測區進行長期宏觀調查，并做好相應記錄，布置3個監測點，進行24小時監測。

7.4爆破時間安排

嚴格按業主及公安機關批準的作業時間內進行爆破作業，并相對固定作業時間。爆破施工前先向居民告之爆破時間，讓居民有一定思想準備。每日放炮時間及次數，根據有關規定執行。

7.5爆破振動控制措施

（1）降低單段最大裝藥量、減小瞬間爆破能量；

（2）合理設置各段之間的間隔時間，避免爆破振動波的疊加效應，以降低爆破振動；

（3）阻斷振動波傳播擴大，減少爆破振動波的影響范圍。

8　結論

8.1通過以上措施成功完成了區間主體過樓段爆破開挖施工，建筑監測數據穩定，未受到爆破影響。

8.2通過本次爆破施工，為城市復雜環境爆破作業積累了寶貴的經驗。

8.3本文僅簡單介紹了爆破設計，未詳盡敘述設計方案調整及試爆過程。不盡之處，敬請廣大專家、讀者諒解并批評指正！陜西水利

參考文獻：

[1]《爆破安全規程》（GB6722.2003）

[2]《地下鐵道工程施工及驗收規范（GB50299—2003）》中國計劃出版社

（責任編輯：暢妮）

中圖分類號：U455.6

文獻標識碼：A