地鐵暗挖隧道下穿建筑物群爆破控制施工技術分析

雷庚洋

摘 要：地鐵暗挖隧道施工很容易影響附近的地表建筑物，為了保障隧道施工的順利開展，施工單位必須對爆破施工進行有效控制，同時采取一定的加固措施，確保地表建筑物的安全。因此，本文首先介紹了爆破產生破壞的機理，然后分析了地鐵暗挖隧道下穿建筑物群時爆破開挖過程的控制方法，最后探討了具體的爆破效果，總體達到預期目標。

關鍵詞：地鐵暗挖隧道;下穿建筑物群;爆破控制

中圖分類號：U231.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0096-03

Abstract： The construction of underground tunnels for subways easily affects nearby surface buildings， in order to ensure the smooth development of tunnel construction， the construction unit must effectively control the blasting construction and take certain reinforcement measures to ensure the safety of the surface buildings. Therefore， this paper first introduced the mechanism of blasting damage， and then analyzed the control method of the blasting excavation process when the subway tunnel was undercut under the building group， finally discussed the specific blasting effect， and the expected goal was achieved overall.

Keywords： underground excavated tunnel;underpassing building group;blasting control

徐州市軌道交通3號線銅山副中心站～銅山新區站區間為礦山法暗挖區間，起點里程為左DK19+117.500（右DK19+117.500），終點里程為左DK20+641.077（右DK20+640.465），區間總長為1 522.965雙線米。該線路出銅山副中心站后向南行進，依次穿過軍用鐵路、玉泉河、師大人才公寓15#辦公樓、銅山區新匯熱電有限公司辦公樓及居民樓后向西拐至長江西路，依次下穿石榴園小區，側穿南洋國際住宅小區、竹園小區、康樂園小區，下穿無名山公園后向南拐至黃山路，繼續向南行進到達銅山新區站。區間隧道采用礦山法開挖，正線隧道斷面采用單洞單線標準斷面，區間隧道主要穿越（11）2-3中風化灰巖。

1 爆破產生破壞的機理

通常，人們采用柱狀裝藥爆破的方式進行隧道爆破，在進行爆破的過程中，被破壞的圍巖可以分為受振動區、受拉破壞區、受剪破壞區以及壓碎區。其中，出現直接破壞和擾動破壞的圍巖主要是受拉破壞區、受剪破壞區以及壓碎區，圍巖的松動范圍主要涉及這三個部分。與爆破噪聲和沖擊波超壓相比，振動區有更廣的影響范圍，也就是說，在城市隧道施工過程中，爆破產生的振動會影響附近的地下管道和建筑物。為了在隧道施工中有效保護附近建筑物和地下管道，爆破時要對振頻和振速進行嚴格控制。其中，振速控制尤為重要，在確定具體振速時要對爆炸應力場和巖石爆破損傷場進行準確計算。另外，在實際的施工過程中，要制定施工安全規范，確保其科學性和合理性，工作人員必須充分考慮施工隧道周圍的巖石特性和具體環境[1]。

2 爆破開挖過程的控制

2.1 合理選擇爆破參數

在確定振速時，施工人員需要充分考慮爆眼設計和裝藥量。通常，淺埋隧道爆破使用三種技術，即毫秒延時爆破減振技術、預裂爆破隔振技術以及減振掏槽爆破技術。為了達到良好的減振效果，本研究項目綜合應用毫秒延時爆破減振技術和減振掏槽爆破技術，并采用斜眼楔形掏槽，這主要是因為該隧道的巖石為震旦系中、微風化混合花崗巖，比較堅硬，具有良好的整體性。另外，工作人員需要利用每循環計算公式計算相應的爆破參數。

式中，Q為隧道爆破需要的總炸藥量，kg;q為爆破1 m3巖石所需要的炸藥量，kg，具體大小需要結合實際施工情況和相關資料加以確定;S為需要開挖爆破的面積，m2;L為炮眼深度，m，其主要參考掏槽眼深度來確定。

通常，爆破用炸藥總量的30%～35%都用于掏槽眼，還有40%～70%應用于周邊和輔助眼，并且隧道斷面的大小、炮眼利用率、巖性以及裝藥方式等都會直接影響單位用藥量。炮眼數目的計算公式為：

式中，N為炮眼數目，個;q為1 m3消耗的炸藥量，kg;s為開挖斷面面積，m2;r為每米炮眼長度裝藥量，kg/m。

為了充分保證下一循環過程中殘留炮眼痕跡的爆破效果，應將每循環進尺的1.1～1.2倍確定為隧道施工的炮眼深度[2]。

2.2 過建筑物段鉆爆設計

在設計和研究隧道爆破方案的過程中，要充分考慮隧道周圍環境、圍巖情況以及控振要求等。經過綜合考慮，本研究項目最終決定采用上、下臺階法分別進行起爆。在爆破施工過程中，為了充分保障特殊地段建筑物的安全，要充分考慮一些具體建筑物的結構特性，一般主要采用短進尺光面微差爆破技術進行特殊地段的爆破施工，充分保障地層的穩定性，同時要根據相關規定和設計要求確定振速。目前，通常采用“三多一少”的方法進行爆破作業，即多段、多次、多空以及微量。每次齊發爆破藥量需要逐次減少，最大限度地減輕周圍巖體受到的爆破擾動，進而降低地震波強度，同時要嚴格控制爆破振速，有效降低附近建筑物受到的影響[3]。

另外，為了使光面爆破達到最好的效果，施工人員要嚴格控制周邊炮眼的鉆孔效果。在開挖輪廓線的過程中，炮眼間距的誤差應控制在50 mm以內，并以隔孔裝藥的形式設置周邊眼，以集中裝藥的形式設置輔助眼。同時，炮眼的外偏斜率應控制50 mm之內，深度誤差應控制在100 mm以內。如果內圈眼的孔深超過2.5 m，那么應以周邊眼的斜率為標準使內圈眼斜率保持一致。從光面爆破的具體質量要求來看，硬巖的眼痕率應超過80%，中硬巖的眼痕率應超過50%。本研究項目中，由于隧道主要穿過震旦系中、微風化混合花崗巖，因此鉆孔直接采用YT28風鉆鉆孔，深度為42 mm。然后，采用非電毫秒雷管、2號巖石乳化炸藥等爆破器材進行微差爆破。

2.3 建筑物安全控制策略

在爆破施工過程中，為了充分保障附近建筑物的安全，除了合理設計過建筑物段的鉆爆之外，還需要采取注漿加固等方式對建筑物進行保護。

首先，合理制定加固方案。目前，應用比較廣泛的加固方案主要有三種，即部分超前注漿加固、地面注漿加固與超前注漿加固相結合、超前注漿加固。在進行注漿加固施工的過程中，工作人員要充分考慮隧道與建筑物的相對位置關系、建筑物樁基深度等影響因素。

其次，結合工程實際情況，開展地層超前預注漿加固施工，主要采用超前預注漿加固方案配合超前小導管。

再次，確定掘進參數[4]。工程施工采用臺階法，完成上臺階的爆破施工后，要及時將混凝土噴射到開挖面，厚度要保持在2～5 cm，之后將土體及時封閉。為了最大限度地降低隧道水平收斂和沉降，要將鎖腳錨桿設置在墻角和每榀鋼架的上下部拱角處。

之后，開展隧道初支背后回填注漿施工。現場工作人員要將[Φ]32 mm的焊接鋼管預埋在初支拱部，每環3 m設置3根焊接鋼管，每根長為250 mm。初支閉合長度達到相關規定和要求后，將水泥漿壓注其中，使圍巖能夠與初襯緊密結合。

然后，開始進行建筑物變形補償注漿施工。采用[Φ]50 mm硬質PVC管作為袖閥管，在鉆鑿注漿孔的過程中，注漿孔之間保持330 mm的間距。采用[Φ]22 mm焊接鋼管作為花管，長度應保持在0.6～1.0 m，并在其四周鉆鑿一定數量的泄漿孔，一般為12～18個，布設要均勻。采用[Φ]22 mm焊接鋼管加工制造注漿心管，每節長度根據實際需要而定，在本研究項目中，每節長度均為2 m。注漿心管與注漿花管采取絲扣連接方式，主要用來輸送漿液。

最后，進行隧道堵水注漿。在注漿過程中，人們應嚴格遵循從下到上、由四周向中間的原則，充分保障注漿施工的順利開展。

2.4 爆破振速的檢測

爆破前，工作人員要在離爆源最近的建筑物地表附近安裝好爆破測振儀。

2.5 有效控制爆破飛石

2.5.1 控制飛石的產生。在爆破作業中，要想有效控制飛石的產生，就必須做好兩個方面的工作：一是有效控制單孔藥量;二是嚴格把控炮眼填塞的質量。具體來說，在開始裝藥之前，工作人員要核實炮孔的深度和抵抗線，并以此判斷單孔藥量的標準。如果單孔裝藥量出現較大誤差，則很容易引發孔口沖炮、飛石等現象。另外，工作人員要充分考慮開挖面的實際地質情況，斷層帶或者軟弱帶可以不裝炸藥或者減少炸藥用量，而硬巖段應適當增加炸藥用量。除此之外，炮眼填塞的密實度和長度必須嚴格執行相關規定，使爆破能量盡可能地作用在圍巖上[5]。

2.5.2 防護飛石的措施。爆破前，現場施工人員要及時撤出爆破范圍內的所有機械設備，同時所有現場工作人員要及時撤出到安全距離以外的區域。在進行基坑爆破的過程中，工作人員可以采取相應的軟防護措施，比如將沙袋、橡膠墊等設置在炮眼位置，同時要采取一定的硬防護措施，比如將鋼板覆蓋在井口位置，通過綜合運用軟防護措施和硬防護措施，將爆破飛散物的擴散有效隔斷。

3 爆破的效果

本研究項目所處地區地質情況相對復雜，變化較大，部分巖層過于堅硬，而部分巖層又非常破碎。針對這種情況，為了充分保障光面爆破效果，并有效控制爆破振動速率，使其保持在1 cm/s，硬巖和中硬巖應將周邊眼的裝藥集中度分別控制在0.3～0.4 kg/m和0.15～0.25 kg/m，與此同時周邊眼的最小抵抗線應設置為50 cm。若采取以上控制措施并在爆破施工中根據實際情況不斷改進，則在爆破能量通過建筑物時，通常能夠將爆破振動速率控制在0.8～0.9 cm/s。如果各個方面都能夠進行有效的控制，人們甚至可以將爆破振動速率控制在0.5 cm/s，但是就目前的施工技術來看這種理想狀態的實現難度較大，再加上其他各個方面因素的影響，所以現階段只有7%左右的工程施工能夠達到這個標準。另外，若某一方面的參數設置不夠精準或者某些方面的輔助工作存在缺陷，則偶爾會使爆破振動速率超過1 cm/s，極少數情況下會使其超過1.2 cm/s，這大概占工程施工總數的3%。該工程整體上取得良好的控制效果，并且光爆平面比較平順[6]。

4 結語

在設計城市地鐵爆破開挖方案的過程中，人們需要全面考慮斷面搭設、圍巖條件等各個方面的影響因素。特別是在建筑物下穿施工的過程中，振動爆破要求較高，因此爆破設計、爆破眼布置、裝藥量確定等工作一定要嚴格遵守振速控制標準。在進行爆破作業的過程中，要嚴格控制關鍵環節和細節，同時要切實做好安全防護工作和監控測量工作，并以檢測信息為依據對爆破參數進行及時調整，從而確保振動控制與爆破開挖工作的順利開展，最終充分保障周邊環境與爆破施工的安全。

參考文獻：

[1]朱明申.淺埋地鐵大斷面隧道下穿鐵路的暗挖施工控制與加固防護技術研究[J].工程技術，2016（3）：21-22.

[2]吳昊.復雜地層淺埋暗挖地鐵區間隧道近距離下穿地下商業街設計及施工關鍵技術[J].隧道建設，2016（8）：988-996.

[3]趙瑜，熊健.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制分析[J].工程技術，2016（12）：113.

[4]易志偉，張志強，王鳴冠.城市環境下淺埋隧道爆破振動對下穿建筑物影響分析[J].四川建筑，2018（2）：134-136.

[5]雷江松.上下重疊地鐵盾構隧道施工對鄰近建筑物影響及控制措施研究[J].鐵道標準設計，2018（7）：119-123.

[6]劉會林，王東星.暗挖地鐵隧道下穿既有建筑物沉降變化規律研究[J].城市軌道交通研究，2019（6）：47-51.