歷史文化旅游景區地鐵盾構穿越孤石群深孔爆破施工關鍵技術

房建華

（中鐵隧道局集團有限公司，浙江 杭州 310002）

河坊街起源于南宋，是杭州歷史上最著名的街區，街區建筑多為明清時期建筑，年日均游客流量近10萬人次。由于杭州地鐵線建設從未有過歷史文化旅游景區下盾構穿越孤石群的案例，因此其相應的孤石群爆破預處理技術欠缺，對景區下孤石群爆破預處理技術進行總結研究顯得尤為緊迫和必要。

1 工程簡述

1.1 工程概況

杭州地鐵七號線吳山廣場站—江城路站區間采用地下雙洞單線區間，沿歷史文化旅游景區河坊街由西向東地下敷設。區間右線長度約為1090m，左線長度約為1026m；埋深15.8～27.7m。

1.2 地質水文情況

（1）地質情況：主要地層為淤泥質粉質黏土夾粉土和黏土混角礫。通過微動探測和現場鉆孔取芯驗證，其中黏土混角礫地層中含有大量孤石，孤石厚度為2.4～19.5m，完整性較好，侵入盾構范圍內4.2m，鉆探取芯以柱狀為主，RQD約75%以上。根據室內土工試驗成果，飽和單軸極限抗壓強度為74.6～160MPa。

（2）水文地質：場地內地下水類型主要為地面下3.96～8.20m潛水和36.8m以下砂礫層中的承壓水。

2 孤石對盾構機掘進的影響

根據國內外盾構施工的經驗，盾構掘進中土層中孤石位置難以固定，不足以給盾構機提供一個破碎孤石的反力，孤石會隨著土體被擠壓而移動，致前方松散土體垮塌，造成地面沉降；同時，孤石與盾構機刀盤接觸時，可能會與刀盤上某幾把刀反復碰撞，造成刀具嚴重損耗；而且，掘進過程中遇到軟硬不均地層，盾構會順著孤石巖體被擠向軟弱的一側，嚴重時導致隧道軸線偏移。

3 孤石爆破預處理方案

3.1 施工原理

針對盾構區間孤石大量侵入隧道結構情況，采用“聚能藥包”進行預處理。首先通過地質鉆機進行引孔施工至孤石位置，然后從地表將炸藥安放在巖石指定位置，利用炸藥爆炸產生的能量將巖石破碎、解體。

3.2 爆破參數設計

（1）炮孔布置：炮孔進行梅花形布孔，孔徑為108mm，孔距a、排距b均為50cm，炮孔密集系數m=a/b=1，炮孔間“裂紋區”盡量相互多重疊，充分破碎巖石，如圖1所示。

圖1 炮孔布置示意圖

（2）炸藥單耗：為了盡量擴大“爆腔、粉碎區、裂紋區”，滿足“聚能藥包”要求，保證不破壞地面密集建筑或擾動覆蓋層及地下管線，一般炸藥單耗＜0.05kg/m3。

（3）裝藥結構：采用連續裝藥結構或分層裝藥結構。

（4）炮孔超深、超邊界的尺寸要求：爆破范圍在盾構開挖斷面外1.0m，如圖2所示。

圖2 爆破范圍示意圖

3.3 盾構孤石炮孔參數及其裝藥量

針對密集建筑物與爆源距離較近，所確定的爆破參數和裝藥量如下：炮孔間距a=b=50cm；分層裝藥方式，隧道與爆破點距離從10～16m，爆破參數及每孔裝藥量控制如表1所示。

3.4 創建地下臨空面

孤石所在區域覆蓋層厚且不具備開挖的條件，為此需創建地下臨空面，具體做法：在孤石的邊界土層中布置2～3個炮孔，與第一排孤石炮孔平行，深度超過孤石炮孔1.0m。土層單炮孔裝藥量為孤石第一排單炮孔裝藥量的20%～40%，土層炮孔采用1段雷管最先同時起爆，為孤石第一排炮孔的臨空面。

3.5 爆破效果的判定

對孤石爆破后，通過鉆孔勘探檢驗巖石破碎情況。若存在大于30cm邊長的塊石，需鉆孔補爆；后續施工則加大炸藥單耗、減小孔排距；若巖石過度粉碎，則減小炸藥單耗、增大孔排距，即對爆破參數進一步優化調整。

表1 爆破參數及每孔裝藥量（10m≤R＜16m）

3.6 爆破安全距離

歷史文化旅游景區建筑物密集人流量大，必須嚴格按照《爆破安全規程》（GB 6722—2014）的爆破地震速度限制最大段藥量。孤石爆破炸藥單耗小且在地面15m以下相對覆蓋層屬于超弱松動爆破，不存在爆破飛石現象，沖擊波可忽略不計其危害。

3.7 爆破振動監測

采用SR-VM1004（A）爆破測振儀進行監測，測點根據現場實際需要布置，對爆破振動影響范圍內周邊存在的重要建筑物及管線等設施進行監測。

4 施工關鍵技術

4.1 爆破施工流程及關鍵技術

（1）施工工藝流程：制定布孔裝藥參數→GPS定位鉆孔→檢查炮孔質量→下放套管和PVC管→制定藥包→定位放置藥包→炮孔堵塞→覆蓋防護→網絡連接→爆破安全檢測核對→清場警戒→布設監測點→安全起爆。

（2）鉆孔施工：采用地質鉆機垂直對孤石段進行取孔，鉆至設計深度后須全部清除孔中的雜物，下設75mmPVC管護孔，管底需安裝有堵頭并密封，爆破前孔口需防止異物掉入堵塞炮孔。鉆孔過程中記錄巖面高度即覆蓋層厚度、巖石中炮孔長度。

（3）炮孔驗收：由技術員驗收，炮孔上下通暢可裝入套管及藥包為合格。

（4）裝藥施工警戒：為了游客和現場機械設備及施工人員的安全，裝藥爆區50m內必須設置警戒崗，專職安全員負責，嚴禁閑雜人員進入。

（5）炮孔裝藥：根據孤石大小按照連續裝藥結構或分層裝藥結構將乳化炸藥裝入預先埋設的PVC管中，并安放毫秒雷管，裝藥長度大于需要爆破巖層厚度。藥包的繩索總長度＞孔深2m。

（6）炮孔覆蓋：采用整體焊接的鋼支架籠架空防護，架空高度0.6m。支架籠底部焊接鋼筋網片，在鋼筋網片上捆綁2層竹片，配重后的每個支架籠重量＞2t。

（7）爆破網絡：采用毫秒數碼電子雷管，延時間隔時間≥5ms，實行單孔單響毫秒延期爆破。專用起爆器起爆。

（8）現場安全警戒方案：爆破區域位于歷史文化旅游景區，建筑物密集、游客流量大，爆破施工作業前以爆破中心周圍50m為警戒線進行點對點專人安全警戒。

（9）起爆：全部警戒工作完成后，確認無誤后，下達起爆命令，爆破完畢，經技術人員檢查現場無誤后，下達解除警戒命令。

4.2 爆破效果檢測

對爆破區域內進行取芯檢測爆破效果，取芯根據孤石大小且不少于3處，取芯深度達到設計深度。以抽取出的完整巖芯單向長度≤25cm為合格。若抽檢巖芯不合格，則補孔進行二次爆破。

4.3 注漿及地面加固

爆破完成后，采用袖閥管后退式分段注漿工藝在原爆破孔位置注漿，使爆破擾動最大的部位得到最強加固。袖閥管注漿加固時采用注漿壓力和注漿量雙重控制。

4.4 地面封孔

探測孔、爆破鉆孔均布置在隧道正上方，為避免封孔不及時出現事故和意外。封孔采用水泥砂漿，漿液中加入適量速凝劑。

5 施工建議及措施

（1）針對歷史文化旅游景區建筑物結構形式復雜、年代久遠、結構條件較差的，應根據不同建筑物及距離遠近采用不同的變形控制值。在爆破前需要將易碎文物轉移至安全地帶，或采取防震抗震措施，或搬離并平放地面。

（2）盾構掘進需結合不同地質情況及孤石處理情況系統的分析，調整盾構掘進參數，確保盾構平穩掘進，不可盲目推進。

6 結束語

通過采取深孔控制爆破后，避免了明挖法挖出孤石給歷史街區建筑物的影響。該方案的實施中爆破振速、沉降以及位移均在規范規定范圍之內，未對臨近建筑物造成影響；同時區間孤石均得以有效處理，保證了盾構掘進的順利進行。希望工程的實施及驗證總結能對類似工程的施工提供良好的借鑒。