海陸交互地層盾構孤石爆破法處理方案研究

吳美強

(中鐵十七局集團第六工程有限公司 福建福州 350014)

0 引言

為了解決市內交通擁擠狀況，諸多大中型城市都開展了城市軌道交通建設。從目前國內地鐵建設情況來看，盾構是一種比較常用的施工方法，但是土層中的孤石會使得盾構施工處于停頓狀態。對于孤石的處理，王鵬華分析了盾構隧道施工中的孤石處理方法，總結了各項目孤石處理的成功經驗和失敗教訓，得出了不同地質條件和不同工況條件下有效的孤石處理技術，爆破法就是其中比較有效的一種方法[1]。吳載清專門針對跨海盾構區孤石問題進行了爆破參數設計、爆破方案實施等研究[2]。陳寬義就針對孤石群設計了深孔爆破，給出了爆破參數，建立了孤石爆破破碎塊控制模型，取得了良好的效果[3]。肖建輝等專門對淺埋盾構隧址區孤石爆破預處理方案與鉆孔參數設計進行了研究[4]。王彥紅針對復雜地質條件下孤石深孔爆破控制技術進行了研究[5]。由此可以看出，爆破法可以較好地適應各種情況下孤石的處理。

廈門作為中國經濟特區，于2013年11月13日正式開工建設軌道交通。由于廈門特殊的地理位置，軌道交通需要連接廈門島與大陸區域，使得其軌道交通建設面臨復雜的環境。本文結合廈門軌道交通建設，針對海陸交互地層盾構孤石爆破處理方案進行專門研究。

1 工程概況

集誠區間右線476環、526環(豎井旁)、551環(豎井后)與杏林灣水庫孤石及基巖突起采用旋挖鉆機處理孤石，以集誠區間右線526環(豎井旁)為例，對爆破法處理孤石在廈門地鐵中的應用展開研究。

集誠區間右線526環(豎井旁)孤石所處位置工程地質自上而下情況為殘積可塑狀砂質粘性土、殘積硬塑狀砂質粘性土、全風化花崗巖、散體狀強分化花崗巖，富水性強，透水性好，地質剖面如圖1所示。

圖1 孤石所處位置地質縱剖面圖

2 孤石探測

【集美中心站～誠毅廣場站】盾構區間右線YDK24+008～YDK24+026段在補勘期間發現存在對盾構掘進影響較大的中、微風化花崗巖孤石，其中孤石位于集美區集美新城的市民公園西北側的邊坡處，如圖2所示。孤石西側為該工程左線豎井，豎井壁圍護樁有兩根樁位于該孤石的一角(即與該孤石相連，如圖3所示)。

對該孤石進行詳細勘探，孤石沿盾構掘進軸線方向長度約17.88m，寬度10.96m，布滿盾構掘進橫斷面(盾構掘進斷面寬度6.48m)，厚度8.05m，其中對盾構掘進產生影響的最大厚度為4.05m，需爆破的方量約700m3。橫、縱斷面如圖4所示。

圖2 孤石所處位置實景圖

圖3 孤石與豎井平面位置關系示意圖

圖4 孤石位于盾構掘進面橫、縱斷面示意圖

孤石東側、東南側及南側為市民公園山體，在距離孤石約130m山頂上有一處新建的集美塔，孤石北側為在建的誠毅大街。孤石周圍50m范圍內沒有燃氣管線、電線電纜等市政管線經過。

孤石西北側約197m為西亭村民房，東北側約115m為在建鋼筋混凝土框架結構樓房，西側約140m為已建誠毅書城。在豎井基坑圍擋內為該工程項目部的臨時活動板房，距離孤石約37m。爆破區域詳細情況如表1所示。

3 孤石處理

該工程需爆破處理的孤石埋在地下較深土層中，不會產生飛石，故不考慮爆破飛石和爆破沖擊波的影響，主要控制爆破振動對周邊建筑的影響，爆破時應控制最大段藥量，減小爆破振動的影響，嚴格控制爆破振動不得對西側的豎井圍護樁產生嚴重破壞作用。

為了便于施工和準確控制鉆孔方向，采用垂直鉆孔形式。鉆孔過程中用泥漿護孔，必要時下鋼套筒。土層鉆孔孔徑、巖石鉆孔孔徑為110mm～120mm，成孔后用90mm～110mmPVC套管護孔，爆破前孔口需遮蓋，防止異物掉入堵塞炮孔。

圖5 爆破孔分區示意圖

為了加快孤石爆破的施工效率，孤石爆破暫定為5個爆破分區，先爆距離豎井圍護樁最遠的區域，同時對豎井圍護樁進行爆破振動速度和位移等監測。按計劃，處理該孤石總計所需鉆孔259個，按距離豎井距離的遠近，由北往南、由東往西的順序進行，先爆破北端的一區，再依次爆破二區、三區、四區、五區。根據監測結果調整其他區域的分區數量和一次爆破的規模，將爆破對豎井及周邊其他建(構)筑物影響控制在安全允許的范圍內，爆破孔分區如圖5所示。(其中圖中六區如果通過勘探，其寬度小于3m的話，在二區、三區爆破之前先采取爆破破碎)。爆破流程如圖6所示。

圖6 爆破施工流程圖

(1)裝藥孔：采用地質鉆機鉆孔，土層鉆孔孔徑、巖石鉆孔孔徑均為110mm～120mm，下直徑90mm～110mmPVC套管護孔。

(2)減振孔：為防止爆破時對豎井基坑圍護樁產生破壞，提高減振孔的減振效果，在靠豎井基坑一側距離盾構掘進邊線1.5m處鉆2排減振孔，減振孔孔徑127mm，下直徑110mmPVC套管護孔，孔距20cm，排距20cm，鉆孔深度大于裝藥孔50cm以上且應超過豎井基坑底板深度，如圖7所示。

圖7 減振孔布置平面示意圖

(3)隔離孔：為防止一個爆區爆破時，破壞與之相臨的其他爆區的巖的完整性，從而影響后續順利鉆孔，在爆破區與區之間分別密鉆2排隔離孔，隔離孔孔徑為127mm，下直徑110mmPVC套管護孔，孔距20cm，排距20cm，鉆孔深度大于裝藥孔50cm以上。

(4)炸藥：為了便于控制制作的藥柱的直徑，使炸藥均勻布滿在鉆孔內的巖石中，該工程炸藥選取φ32mm 2#巖石乳化炸藥，以防水膠布綁扎后制作成不同直徑的藥柱段，放入PVC管內而制作成爆破所需的藥柱。

為了達到爆破后盾構機能順利出碴的要求，同時考慮施工工期的要求，爆破裝藥孔的孔、排距，爆破一區～爆破四區為a×b=0.8m×0.7m，即沿盾構掘進橫斷面方向每間隔0.8m鉆1個孔，沿盾構掘進縱斷面方向每間隔0.7m鉆1排孔，排間炮孔三角形布置，鉆孔深度超過盾構開挖邊界1.0m。為了進一步減小爆破振動對豎井圍護樁的影響，靠近豎井圍護樁的爆破五區孔、排距調整為a×b=0.6m×0.5m，從而減小單孔裝藥量，如圖8所示。

圖8 各爆區孔排距布置示意圖

(5)裝藥結構

該工程孤石爆破采用連續裝藥結構，根據不同的巖石厚度，將計算的藥量制作成不同直徑的藥柱，使藥柱長度與巖石厚度一致，從而使炸藥能均勻地分布在巖石內部，如圖9所示。

圖9 盾構孤石連續裝藥結構示意圖

(6)藥包加工

炮孔驗收合格后，對裝藥爆區范圍內設置警戒，開始加工藥包。首先準備直徑75mmPVC管，根據鉆

孔隊提供的鉆孔參數和驗孔情況，計算好單孔裝藥量和藥包長度，將炸藥和雷管裝入PVC管內指定的位置，PVC管兩端應進行密封處理(抗壓)。由于孔內有水及少量泥漿，為了順利裝藥，需對藥包適當配重。PVC管的長度需根據藥包長度和配重長度來截取，如圖10所示。

圖10 藥包裝藥結構示意圖

式中：L——所取PVC管長度；L1——藥包長度；L2——配重長度。

(7)爆破效果的判定及爆破參數的調整

按照上述方案，對該處的孤石進行試爆后，應通過地質鉆取孔檢驗巖石破碎情況。若仍存在大于30cm邊長的塊石，則加大炸藥單耗、減小孔排距。

4 結論

本文針對海陸交互地層地鐵盾構施工中常見的孤石處理所用的爆破法問題進行研究，主要開展了以下研究工作：

(1)根據地質鉆孔資料確定孤石位置，結合周圍環境，確定了孤石爆破安全距離。

(2)依據取芯材料確定孤石強度從而確定爆破參數。確定炮孔位置后，鉆孔裝藥，檢查炸藥質量、雷管等，最后起爆并進行爆后檢查，通過鉆孔取芯確定爆破質量，經濟效益高，實用于地面空曠，地表沉降要求不高的條件。

參考文獻

[1] 王鵬華.不同地質條件下盾構工程孤石處理工藝及實例[J].隧道建設,2012,32(4):571-575.

[2] 吳載清.跨海盾構區孤石及基巖凸起處理施工關鍵技術[J].江西建材,2016,(5):181-183.

[3] 陳寬義.孤石爆破的破碎塊體大小控制研究[J].四川建材,2017,43(4):92-93.

[4] 肖建輝,黨如嬌.淺埋盾構隧址區孤石處理技術[J].山西建筑,2017,43(5):198-199.

[5] 王彥紅.深孔控制爆破在盾構穿越復雜地質條件下施工應用[J].隧道與地下工程,2013,31(S1):119-121.