緊鄰構筑物豎井開挖鉆機引孔及控制爆破施工技術研究

張慶華

(中鐵十二局集團第三工程有限公司 山西太原 030024)

1 引言

地鐵工程在發達城市或人口密集的城市得到迅速發展，在緩解城市交通壓力、減少噪聲和污染、提高城市土地使用率、倡導綠色快捷出行等方面發揮了積極作用[1]。但是地鐵施工常常修筑在城市已有道路下方，尤其是在修筑地鐵緊急疏散樓梯井、無障礙電梯井的過程當中，豎井施工緊鄰城市道路兩旁已有建(構)筑物，爆破振動對已有建(構)筑物擾動較大。因此，如何安全、快速地完成豎井施工為車站主體施工提供通道就顯得極為重要。本文以貴陽市軌道交通2號線10標北京西路站1號、2號緊急疏散樓梯井施工為依托，進行緊鄰重要建(構)筑物豎井控制爆破開挖施工關鍵技術研究，為豎井施工保工期、保安全、保質量提供技術支持。

2 工程概況

貴陽市軌道交通2號線北京西路站位于北京西路下方，與北京西路相交大致呈南北向布置。在馬王廟站-三橋站展線位置，沿南北向下穿北京西路。北京西路站總平面布置見圖1。

圖1 北京西路站總平面

考慮到1號緊急疏散樓梯緊鄰醫院及居民樓、2號緊急疏散樓梯緊鄰貴州省三環機械廠，采用控制爆破開挖，因與建(構)筑物距離過近，爆破振速無法滿足設計要求；加密炮眼布設、減少單孔裝藥量爆破效果又不理想，工期較長且工程中阻工現象頻繁，無法滿足工期要求。

3 施工重難點分析及對策

貴陽市軌道交通2號線10標在施工時對緊鄰地下建(構)筑物進行專項鉆爆設計以控制爆破振動、爆破飛石等爆破有害效應，在保證開挖深度及爆破效果的同時，有效地將爆破振速控制在1 cm/s以內；并根據豎井開挖尺寸及開挖區域內圍巖等級，利用旋挖鉆機進行引孔作業。引孔完成后渣土回填至孔內，豎井開挖區域呈“蜂窩煤”狀。在未引孔區域打設炮眼，裝藥爆破，爆破面積小，炮眼數量減少、裝藥量減少。借助孔內虛渣和延時爆破，減小爆破產生的彈性波的頻率及振幅，從而使爆破產生的彈性波對地面振動效應減小，爆破振動得到控制。同時，旋挖鉆引孔產生的輪廓，有效控制了爆破邊界，從而很好地控制了超欠挖現象[2-4]。

施工中通過變換施工技術參數，經過多個循環的豎井控制爆破開挖現場工程試驗，確定了適用于緊鄰重要建(構)筑物豎井控制爆破開挖施工技術。

4 緊鄰重要建(構)筑物豎井施工技術

貴陽市軌道交通2號線10標1號、2號緊急疏散樓梯豎井緊鄰重要建(構)筑物，為最大限度減少施工對周邊重要建(構)筑物的影響，在開挖過程中采用旋挖鉆引孔+控制爆破施工技術。在豎井開挖區域內采用旋挖鉆機引孔，可根據施工要求多臺鉆機同時作業；爆破作業只需在未引孔區域進行，減輕了作業人員的勞動強度，提高了工作效率，節約了工期，間接減少了成本費用，同時減少了對周邊重要構筑物的影響。

4.1 緊鄰重要建(構)筑物豎井旋挖鉆引孔施工工藝

旋挖鉆引孔施工工藝流程見圖2。

圖2 旋挖鉆引孔 施工工藝流程

4.1.1 施工準備

施工前除應熟悉施工場地工程地質資料和水文地質資料外，還需將鄰近區域內的地上及地下管線(高壓線、管道、電纜)、地下構筑物、危險建筑、實際地質情況與設計上的差別等資料也要準備齊全，確保不影響現場地施工。1號、2號緊急疏散樓梯井地質情況見表1。

表1 1～2號緊急疏散樓梯井地質情況

由于1號、2號緊急疏散樓梯井地質情況不同，在施工中，1號緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔后挖機直接開挖的施工工藝，而2號緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔+控制爆破的施工工藝。

4.1.2 旋挖鉆引孔孔位布設

根據設計要求合理布置施工場地，先將原地面的淤泥及流砂清除后進行場地整平，組織測量放樣人員將所需樁位放出，釘好十字保護樁，做好測量復核，并作好記錄留查，下完護筒后拉上十字線復核護筒中心點是否與十字線中心吻合，以保證樁位準確[5]。

孔位放樣按從整體到局部的原則進行，規劃行車路線時，便道與鉆孔位置保持一定的距離，以免影響孔壁穩定[6-7]；鉆機底盤不宜直接置于不堅實的填土上，以免產生不均勻沉陷[8-9]；鉆機的安放位置應考慮鉆孔施工中孔口出土清運的方便[10-11]。孔位的中心，成孔前用全站儀放點、十字線定位，下護筒后二次檢測復核，在終孔后必須檢測，使其誤差在規范要求內，以確保孔位準確[12]。

貴陽市軌道交通2號線10標1號、2號緊急疏散樓梯豎井孔位編號及布置見圖3、圖4。

圖3 1號緊急疏散樓梯井孔位編號及布置(單位：m)

圖4 2號緊急疏散樓梯井孔位編號及布置(單位：m)

4.1.3 引孔施工參數選擇

為取得旋挖鉆機引孔施工技術參數，施工中在1號、2號緊急疏散樓梯井對其進行了多種圍巖、多種孔徑、多個間距及多個循環的現場試驗，以指導旋挖鉆引孔作業施工。

(1)孔徑選擇

為控制旋挖鉆引孔施工成本，并保證引孔區域滿足控制爆破需求，同時為了避免孔徑過大在較硬巖層中鉆進速度過慢的情況，施工時，要結合豎井開挖尺寸及圍巖等級，合理選擇孔徑。

(2)孔間距確定

為確保控制爆破精度，施工時要注意孔的空間分布，引孔間距直接決定了旋挖鉆機引孔數量及爆破區域面積。因此，合理選擇引孔間距有利于成本的控制、有利于控制爆破的精準操作。

旋挖鉆引孔成本與工期節約成本因地域、工程項目不同而不同，需經項目造價部門核算，選取最優的引孔直徑及引孔間距。根據對2號緊急疏散樓梯井現場試驗結果，不同圍巖等級引孔直徑與引孔間距可參考表2。

表2 不同圍巖等級旋挖鉆引孔施工參數

4.1.4 引孔作業

目前，國內現有旋挖鉆引孔作業技術已相對成熟，施工過程中為增加工作效率，按孔位編號(見圖3、圖4)依次施工，鉆進下一孔位內的渣土可直接回填至上一完成孔位，隨挖隨填。條件允許可配備挖機配合清理多余渣土，以減少鉆機不必要的移動。

4.2 緊鄰重要建(構)筑物豎井控制爆破施工工藝

在貴陽市軌道交通2號線10標1號、2號緊急疏散樓梯井施工中，采用旋挖鉆進行引孔作業，經鉆芯取樣和現場試驗，確定了1號緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔后挖機直接開挖的施工工藝，2號緊急疏散樓梯井采用旋挖鉆引孔+控制爆破的施工工藝。在未引孔區域打設炮眼，裝藥爆破，爆破面積小，炮眼數量減少、裝藥量減少，同時借助孔內虛渣和延時爆破，減小爆破產生的彈性波的頻率及振幅，從而使爆破產生的彈性波對地面振動幅度減小，爆破振動得到控制。緊鄰重要建(構)筑物豎井控制爆破施工工藝見圖5。

圖5 豎井控制爆破開挖施工工藝流程

(1)炮眼孔位測放

測量放線定位孔，為更好地控制超欠挖，周邊孔位外切于豎井開挖輪廓線，四個角孔內接于豎井開挖角點。為便于炮眼布設，孔位應橫平豎直，爆破區域滿足炮眼布設需求。測量定位孔位，用鋼筋作好孔位標志并進行編號，具體布置見圖6。

圖6 旋挖鉆引孔作業孔位布置

(2)炮眼布設

傳統的豎井爆破開挖需要從中間往兩邊分別布置掏槽眼、輔助眼、周邊眼，經旋挖鉆機引孔后，只需對豎井開挖區域內未引孔巖體進行松動爆破即可。炮眼布置于孔位之間的未引孔巖體內，根據起爆深度確定炮眼角度，一般控制在15°～30°之間；炮眼深度根據開挖深度以及炮眼角度進行調整，一般控制在3 m以內；炮眼排數根據爆破面積確定。

(3)裝藥連線

因僅需對未引孔巖體進行松動爆破，單孔裝藥量遠遠少于常規控制爆破裝藥量。裝藥量根據圍巖地質情況確定，正式爆破前，通過2～3個循環的試爆效果調整裝藥量。

雷管采用電子毫秒雷管，根據爆破排數確定雷管延遲毫秒數，通過微差起爆，可更好地達到爆破預期效果，同時避免了爆破產生的彈性波疊加導致的振動頻率及振幅的增加。

(4)輔助措施

為確保爆破作業安全，防止爆破產生的飛石飛出豎井，危害周邊建(構)筑物及車輛行人安全，裝藥連線完成后，采用炮皮+棉被對整個控制爆破開挖區域進行覆蓋；同時，豎井口采用炮被覆蓋(炮被高于井口5～10 cm，以減少爆破沖擊)，減小爆破產生的施工噪聲，避免飛石飛出豎井。爆破前，鳴哨示警，疏散爆破區域10 m范圍內行人、攔截道路車輛，響炮后方可恢復交通。

4.3 實施效果評價

在北京西路站1號、2號緊急疏散樓梯井采用本施工技術，未發生居民阻工、周邊建(構)筑物沉降開裂等安全和質量事故，實現了緊鄰重要建(構)筑物豎井控制爆破開挖易控的目的，加快了施工進度，產生了良好的社會效益。

(1)爆破振速得到有效控制

按照“弱爆破、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”原則進行施工，爆破監測數據穩定，振速符合設計要求。

(2)工期可控

旋挖鉆引孔作業后實施松動爆破，可規避過程中炮損糾紛造成的阻工，工期能夠得到有效控制。

(3)對周邊環境干擾小

采用該技術，爆破噪聲及振動得到有效控制，爆破振動對周邊重要建(構)筑物幾乎無影響。根據日常監測報告，周邊建(構)筑物無沉降、開裂現象。

5 結論

(1)在豎井開挖區域內采用旋挖鉆機引孔，可根據施工要求多臺鉆機同時作業；爆破作業只需在未引孔區域進行，減輕了作業人員的勞動強度，提高了工作效率，節約了工期，間接減少了成本費用。

(2)旋挖鉆引孔作業后，有效控制了爆破產生的彈性波對地表的振動，與傳統控制爆破相比，同等藥量情況下，爆破深度更深、振動更小，加快了施工進度，同時開挖邊界受到引孔孔位的控制，提高了爆破作業操作精度，很好地控制了超欠挖現象。

(3)旋挖鉆機引孔后，當遇到特殊情況火工品無法供應時，利用引孔后形成的大量臨空面，也可采用機械破碎的方式進行開挖作業，受火工品供應影響較小，施工靈活性高。

(4)旋挖鉆引孔+控制爆破技術，將施工區域與非施工區域有效隔離，減少了對周邊重要構筑物的影響，規避了炮損阻工糾紛。