節能環保水壓爆破技術在城市軌道交通暗挖隧道工程中的應用

馬虎 何紫薇

摘 要：文章以重慶市軌道交通環線兩個標段為例，介紹了節能環保水壓爆破技術在復雜條件下城市淺埋硬巖暗挖隧道工程中的應用。節能環保水壓爆破技術是利用在水中傳播的爆破應力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，對隧道周邊圍巖、建筑、大氣環境等的影響降到了最小程度。

關鍵詞：城市軌道交通；淺埋大斷面隧道；車站隧道；減震爆破

重慶是典型的山地組團式城市，核心區域具有因“一島、兩江、三谷、四脈”而呈現出的“多中心、組團式”的獨特空間格局，重慶城市軌道交通的建設首先是跨江，其次是穿山，重要通道多靠跨江橋梁、穿山隧道進行銜接，建設難度大、成本高。自2014年10月，重慶市軌道交通（集團）有限公司在軌道交通第二輪建設規劃在建線路中推廣應用暗挖隧道節能環保水壓爆破技術。經過集團公司推廣應用，暗挖隧道的參建施工單位/標段施工單位20個中使用率達到80%以上。本文選取了環線范圍的兩個標段的區間典型敏感標段進行研究。

1 暗挖隧道節能環保水壓爆破技術的主要特點

暗挖隧道節能環保水壓爆破技術的主要特點是：利用在水中傳播的爆破應力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，同時，水在爆炸氣體膨脹作用下產生的“水楔”效應有利于巖石進一步破碎。炮眼中有水也可以起到霧化降塵作用，大大降低粉塵對環境的污染。水壓爆破周邊眼裝藥結構示意圖（如圖1、圖2）

通過節能環保水壓爆破技術的“六個有效控制”：有效控制爆破振動在安全范圍內，確保高樓大廈等建筑設施無損；有效控制爆破沖擊波強度，避免市民擔驚受怕，影響市民正常生活；有效控制爆破后粉塵濃度，避免污染環境；有效控制巖石爆破后的塊度，解決城市地鐵暗挖隧道出碴難、出碴慢的問題；有效控制爆破后掌子面前的溫度，只能降溫而不可升溫，這對夏季尤其在重慶很有意義；有效保護拱頂圍巖穩定性，光爆效果好，減小后期滲漏水隱患。

2 軌道交通工程建設的主要特點

在重慶軌道交通第二輪建設中地處重慶市繁華商業區、居民區和政府辦公區，人口密集、企事業單位多、既有道路多、地下管線及設備設施較多及施工場地狹小的實際情況，施工對交通和市民工作和生活容易帶來影響，而居民對環保、水保、文明施工、降噪及交通疏導要求越來越高，施工單位的施工管理難度加大、隧道施工安全與周邊環境保護要求高、對地面沉降要求高、建設安全風險大、暗挖隧道防水質量要求高、周邊文明環保施工要求高，鼓此施工期間必須采取技術措施以確保以上情況的在可控范圍內，本地鐵工程的地面建筑物、構筑物、地下管線及地面道路較多，尤其是區間隧道、車站距離既有建筑較近，施工時要將地面的沉陷值及爆破時的振速嚴格控制在允許范圍之內，以免造成地面和地下建筑物破壞。

2.1 軌道交通建設與地面建筑的關系如下

（1）動—洪區間隧道地表涉及建筑物為財政局（5F）（見圖3）。線路在CK16+370～CK16+410里程段旁穿重慶市財政局大樓，地面高程266m，隧道襯砌輪廓距樁基橫向0.9m，豎向3.22m。

（2）冉—動區間隧道正上方存在多處重要的建筑物，分別有邊防總隊辦公樓、營房、天一新城A2棟和天一新城D2棟，建筑均為樁基礎，與洞頂垂直距離4.8～11.8m，相當于0.97～1.97倍洞跨。根據計算，洞室地基穩定系數0.85～1.40，隧道開挖對天一新城D2棟影響大，對邊防總隊辦公樓、營房、天一新城A2棟影響較?。ㄒ妶D4）。天一新城D2棟地面標高275.06m，區間線路標高244.707m，隧道襯砌輪廓距樁基最小高度約3.78m。里程段為CK15+660～CK15+720。

（3）沙正街車站施工通道整體下穿七中及育英小學北側地塊，該區域多為20世紀70～90年代建筑，建筑物多為居民住宅樓，部分9～砼11建筑，沙正街車站及施工通道上方存在大量既有建筑，沿線周邊建筑物密集為商業樓；主要受影響建筑為磚1～磚3建筑群，磚6～磚9以及砼（見圖5-圖9）。

2.3 軌道交通建設與地質的關系

就目前選擇的試驗標段中，整體地質中未見斷層通過，也未發現滑坡、危巖、崩塌、泥石流等不良地質現象；也未發現采空區、巖溶、地裂縫、地面沉降、有害氣體等不良地質作用。就具體標段的地質情況而言其中：

（1）冉家壩站—動步公園站區間主要穿越隧道圍巖主要為溪廟組砂巖，局部地段圍巖上覆巖層較薄，存在較長的Ⅴ級圍巖段。

（2）動步公園站位于高新區動步公園中，西側緊鄰西湖路，北側緊鄰錦橙路，車站走向與西湖路基本一致。場地原屬構造剝蝕斜坡地貌。由于人為活動改造強烈，目前地表為公園場所，總體為斜坡地形，地形坡角5°～10°，車站東側和北側分別為盤溪河支溝和月亮灣水塘?？辈斐雎兜牡貙佑缮隙路謩e為：人工填土、粉質粘土、砂質泥巖、砂巖。

（3）動步公園站—洪湖東路站區間主要穿越隧道圍巖主要為溪廟組砂巖，局部地段圍巖上覆巖層較薄，圍巖等級為Ⅳ級。

（4）洪湖東路站主要穿越地質圍巖主要為砂質泥巖與砂巖，圍巖等級為Ⅳ級。

（5）洪湖東路—民安大道車站區間主要穿越砂質泥巖與砂巖，圍巖等級為Ⅳ級和Ⅲ級。

（6）沙正街站主要為構造剝蝕丘陵區，由于該地段人類活動劇烈，原始地形已不復存在，現今的地形、地貌已被后期人類改造，地勢平坦。其地面高程為252～254m，相對高差約2m。經地面地質調查和鉆孔揭示，勘察區出露的地層由上而下依次為第四系全新統人工填土和粘質粘土層（卵石土）、下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組砂巖和砂質泥巖，局部夾泥質砂巖。

3 現場測試

通過現場各項監測指標顯示（見圖12、圖13），其震速監測值均在設計及規范（1.5cm/s）允許范圍內，即是爆破振動速度控制在1cm/s以下。經過圖3和圖4的對比可知，水壓爆破較常規爆破震速、震動聲音明顯減小，在穿越高速公路及周邊建筑施工過程中，減小了爆破對周邊圍巖、建、構筑及居民的影響。同時，由于水袋作用，粉塵濃度降低70%以上；從而達到減震降塵效果。

減小震速的顯著意義在于：采用該技術最終對周邊重要建構筑物無安全影響，也提高軌道建設環境保護水平和保護施工人員及市民的健康水平。

2015年4月29日，在參建單位的見證下，在天一新城小區內暗挖隧道的掌子面正上方進行現場試驗，震速最大測試值為0.37cm/s，第三方監控量測進行見證。地面有輕微震動，聲音可接受范圍內（約為50分貝），有一定持續時間。

4 結論

隧道爆破掘進，以往無論國內外均采取炮眼無回填堵塞，即炮眼僅僅裝填藥卷和起爆雷管，存在著不能充分利用炸藥能量和嚴重污染環境等兩大痼疾，是擺在人們面前的兩大難題。節能環保水壓爆破技術很好地解決了這兩大難題。經實際應用證實了技術具有極其顯著“節能環保”作用與效果，具體講具有“三提高一保護”的作用與效果：一是提高炸藥能量利用率即節省炸藥；二是提高施工效率加快施工進度；三是提高經濟效益降低成本；改善了作業環境保護施工人員身體健康。

參考文獻

[1]紀真.節能環保水壓爆破技術在鐵路隧道施工中的應用簡[J].施工技術，2015，（s1）：203-205.

（作者單位：重慶市軌道交通（集團）有限公司）