節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)在城市軌道交通暗挖隧道工程中的應(yīng)用

馬虎 何紫薇

摘 要：文章以重慶市軌道交通環(huán)線兩個(gè)標(biāo)段為例，介紹了節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)在復(fù)雜條件下城市淺埋硬巖暗挖隧道工程中的應(yīng)用。節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)是利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)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(huán)境等的影響降到了最小程度。

關(guān)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(tuán)式城市，核心區(qū)域具有因“一島、兩江、三谷、四脈”而呈現(xiàn)出的“多中心、組團(tuán)式”的獨(dú)特空間格局，重慶城市軌道交通的建設(shè)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(jìn)行銜接，建設(shè)難度大、成本高。自2014年10月，重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司在軌道交通第二輪建設(shè)規(guī)劃在建線路中推廣應(yīng)用暗挖隧道節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)。經(jīng)過集團(tuán)公司推廣應(yīng)用，暗挖隧道的參建施工單位/標(biāo)段施工單位20個(gè)中使用率達(dá)到80%以上。本文選取了環(huán)線范圍的兩個(gè)標(biāo)段的區(qū)間典型敏感標(biāo)段進(jìn)行研究。

1 暗挖隧道節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)的主要特點(diǎn)

暗挖隧道節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)的主要特點(diǎn)是：利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，同時(shí)，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)有利于巖石進(jìn)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(huán)境的污染。水壓爆破周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖（如圖1、圖2）

通過節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)的“六個(gè)有效控制”：有效控制爆破振動(dòng)在安全范圍內(nèi)，確保高樓大廈等建筑設(shè)施無損；有效控制爆破沖擊波強(qiáng)度，避免市民擔(dān)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(huán)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(hù)拱頂圍巖穩(wěn)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(shè)的主要特點(diǎn)

在重慶軌道交通第二輪建設(shè)中地處重慶市繁華商業(yè)區(qū)、居民區(qū)和政府辦公區(qū)，人口密集、企事業(yè)單位多、既有道路多、地下管線及設(shè)備設(shè)施較多及施工場地狹小的實(shí)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(huán)保、水保、文明施工、降噪及交通疏導(dǎo)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(huán)境保護(hù)要求高、對地面沉降要求高、建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)大、暗挖隧道防水質(zhì)量要求高、周邊文明環(huán)保施工要求高，鼓此施工期間必須采取技術(shù)措施以確保以上情況的在可控范圍內(nèi)，本地鐵工程的地面建筑物、構(gòu)筑物、地下管線及地面道路較多，尤其是區(qū)間隧道、車站距離既有建筑較近，施工時(shí)要將地面的沉陷值及爆破時(shí)的振速嚴(yán)格控制在允許范圍之內(nèi)，以免造成地面和地下建筑物破壞。

2.1 軌道交通建設(shè)與地面建筑的關(guān)系如下

（1）動(dòng)—洪區(qū)間隧道地表涉及建筑物為財(cái)政局（5F）（見圖3）。線路在CK16+370～CK16+410里程段旁穿重慶市財(cái)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—?jiǎng)訁^(qū)間隧道正上方存在多處重要的建筑物，分別有邊防總隊(duì)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(chǔ)，與洞頂垂直距離4.8～11.8m，相當(dāng)于0.97～1.97倍洞跨。根據(jù)計(jì)算，洞室地基穩(wěn)定系數(shù)0.85～1.40，隧道開挖對天一新城D2棟影響大，對邊防總隊(duì)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(biāo)高275.06m，區(qū)間線路標(biāo)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(xué)北側(cè)地塊，該區(qū)域多為20世紀(jì)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(yè)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(shè)與地質(zhì)的關(guān)系

就目前選擇的試驗(yàn)標(biāo)段中，整體地質(zhì)中未見斷層通過，也未發(fā)現(xiàn)滑坡、危巖、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象；也未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)、巖溶、地裂縫、地面沉降、有害氣體等不良地質(zhì)作用。就具體標(biāo)段的地質(zhì)情況而言其中：

（1）冉家壩站—?jiǎng)硬焦珗@站區(qū)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(dòng)步公園站位于高新區(qū)動(dòng)步公園中，西側(cè)緊鄰西湖路，北側(cè)緊鄰錦橙路，車站走向與西湖路基本一致。場地原屬構(gòu)造剝蝕斜坡地貌。由于人為活動(dòng)改造強(qiáng)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(cè)和北側(cè)分別為盤溪河支溝和月亮灣水塘。勘察出露的地層由上而下分別為：人工填土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)泥巖、砂巖。

（3）動(dòng)步公園站—洪湖東路站區(qū)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(zhì)圍巖主要為砂質(zhì)泥巖與砂巖，圍巖等級為Ⅳ級。

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

（6）沙正街站主要為構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，由于該地段人類活動(dòng)劇烈，原始地形已不復(fù)存在，現(xiàn)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(jīng)地面地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭示，勘察區(qū)出露的地層由上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土和粘質(zhì)粘土層（卵石土）、下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂巖和砂質(zhì)泥巖，局部夾泥質(zhì)砂巖。

3 現(xiàn)場測試

通過現(xiàn)場各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)顯示（見圖12、圖13），其震速監(jiān)測值均在設(shè)計(jì)及規(guī)范（1.5cm/s）允許范圍內(nèi)，即是爆破振動(dòng)速度控制在1cm/s以下。經(jīng)過圖3和圖4的對比可知，水壓爆破較常規(guī)爆破震速、震動(dòng)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(gòu)筑及居民的影響。同時(shí)，由于水袋作用，粉塵濃度降低70%以上；從而達(dá)到減震降塵效果。

減小震速的顯著意義在于：采用該技術(shù)最終對周邊重要建構(gòu)筑物無安全影響，也提高軌道建設(shè)環(huán)境保護(hù)水平和保護(hù)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(qū)內(nèi)暗挖隧道的掌子面正上方進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，震速最大測試值為0.37cm/s，第三方監(jiān)控量測進(jìn)行見證。地面有輕微震動(dòng)，聲音可接受范圍內(nèi)（約為50分貝），有一定持續(xù)時(shí)間。

4 結(jié)論

隧道爆破掘進(jìn)，以往無論國內(nèi)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(yán)重污染環(huán)境等兩大痼疾，是擺在人們面前的兩大難題。節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)很好地解決了這兩大難題。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證實(shí)了技術(shù)具有極其顯著“節(jié)能環(huán)?！弊饔门c效果，具體講具有“三提高一保護(hù)”的作用與效果：一是提高炸藥能量利用率即節(jié)省炸藥；二是提高施工效率加快施工進(jìn)度；三是提高經(jīng)濟(jì)效益降低成本；改善了作業(yè)環(huán)境保護(hù)施工人員身體健康。

參考文獻(xiàn)

[1]紀(jì)真.節(jié)能環(huán)保水壓爆破技術(shù)在鐵路隧道施工中的應(yīng)用簡[J].施工技術(shù)，2015，（s1）：203-205.

（作者單位：重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司）