地鐵隧道盾構區間聯絡通道弱爆破開挖技術

趙 軍 王海亮 肖景鑫 石晨晨

(1.中鐵二局集團成都新技術爆破工程有限公司，四川 成都 610031;2.山東科技大學安全與環境工程學院，山東 青島 266590)

1 概述

隨著盾構施工在地鐵隧道建設中的廣泛應用，為滿足后期運營的需要，盾構區間聯絡通道得以大量建設，這對聯絡通道的施工方法和安全性提出了新的要求。劉震中[1]指出由于聯絡通道的開挖對地層及管片有一定的擾動，必須對聯絡通道中線左右兩側的管片進行加固。肖時輝，黃海斌等[2]通過監測管片外側水土壓力，發現了海底基巖爆破會破壞土層的原有結構，使隧道側管片壓力增大。2019年，張嬌[3]提出適應于地鐵盾構區間聯絡通道開挖的土體加固方案以及注漿加固的配比。

中硬巖層中的盾構區間聯絡通道一般采用爆破方式進行開挖，而目前國內外學者在一定程度上忽視了在盾構區間進行爆破開挖對管片穩定性的影響。聯絡通道的開挖會使得與隧道相連交叉的開口部位管片環應力顯著集中，是盾構隧道襯砌中結構安全度最低的環節[1]，其在聯絡通道爆破載荷近距離作用下，會威脅既有主線隧道的襯砌結構安全。因此，如何降低聯絡通道爆破對臨近區管片結構穩定性的影響，是目前盾構區間修建聯絡通道廣泛關注的重點問題。

2 工程概況

青島地鐵8號線大洋站—青島北站區間連接北岸紅島高新區和東岸城區，穿越膠州灣海域，海域盾構段2.9 km(泥水盾構施工)。根據設計規劃，大青盾構區間海域段沿線設置6座聯絡通道，6號～8號聯絡通道采用礦山法施工，9號～10號采用機械法施工。其中8號聯絡通道中心里程為左DK43+796.672，聯絡通道長18.3 m，凈寬3.0 m，高程約-40 m，平均水深4 m～8 m間變化，爆破周圍及地面無建(構)筑物、管線等重點保護對象。聯絡通道與主線盾構隧道主要位于微風化凝灰巖，巖層上覆蓋層數不等的中粗砂、泥質粉質黏土、淤泥等。地下水賦存方式主要為第四系松散巖類孔隙潛水、風化基巖孔隙水和構造基巖裂隙水三種。

3 保護管片的聯絡通道開挖方案

聯絡通道開挖施工時，首先以小尺寸導洞爆破開挖進入圍巖，掏槽采用七眼掏槽方式。在開挖過程中，逐漸擴挖挑高至聯絡通道標準斷面。待聯絡通道貫通后，對入口處預留的圍巖進行反挖，從里向外采用爆破法將輪廓尺寸逐步開挖至標準斷面尺寸。對于出洞爆破，在聯絡通道貫通前保留0.5 m厚度的保護層，采用機械破碎開挖，防止爆破載荷集中作用在開口部位的單環管片上，以保護襯砌管片結構的穩定安全。最后完成聯絡通道的開挖。聯絡通道開挖順序與開挖工藝流程如圖1所示。

4 盾構區間聯絡通道弱爆破技術

4.1 小導洞開洞弱爆破施工技術

管片切割完成后，開始進行導洞爆破開挖。鉆孔設備選用YT-28型手持式風動鑿巖機，炮孔直徑d=42 mm。炸藥選用2號巖石乳化炸藥，詳細爆破參數見表1。掏槽采用七眼掏槽方式，周邊采用光面爆破。導洞爆破開挖炮孔布置如圖2所示。導洞在爆破開挖前，應在管片洞門處搭設超前小導管，聯立三榀鋼架，防止導洞開挖對襯砌管片造成影響。導洞在爆破開挖過程中，逐漸增加輪廓的寬度和高度，開挖至1.5 m處形成4 498 mm×3 798 mm(寬×高)的拱形斷面。

表1 擴挖段A1，A2，A3斷面爆破參數

4.2 標準斷面爆破施工

標準斷面爆破開挖循環進尺根據圍巖情況和設計支護方式確定，一般與支護格柵的間距保持一致。掏槽采用七眼掏槽方式，周邊采用光面爆破，詳細爆破參數見表2。標準斷面爆破開挖炮孔布置如圖3所示。

表2 標準斷面爆破參數

標準斷面在爆破開挖過程中，距貫通還有2 m時，為避免爆破對出口端管片造成破壞，要注意控制爆破開挖進尺。爆破開挖進尺應隨著剩余開挖長度的變化而進行調整，爆破開挖進尺與剩余開挖長度的關系應滿足：剩余開挖長度/爆破開挖進尺不小于3。例如，當剩余開挖長度為2 m時，爆破開挖進尺應不大于0.66 m。當剩余開挖長度為1 m時，爆破開挖進尺應不大于0.33 m。

4.3 被保護管片的爆破振動驗算

標準段爆破時的被保護管片的最大質點振動速度V可根據式(1)[4]進行求算。

(1)

式中：Q——延時爆破為最大一段藥量，kg；

K，α——場地系數與衰減系數；

R——爆源距到被保護物的距離，m。

聯絡通道四周為Ⅳ級圍巖，中硬巖石，場地系數K與衰減系數α分別取3組值：150，1.5；200，1.65；250，1.8。Q取標準段掏槽孔單段最大裝藥量1.2 kg。驗算距離為聯絡通道內的爆源至隧道管片處。為了提高核算的準確性：第6號～8號 聯絡通道設置3種距離R進行安全核算：即通道長度的1/4，1/2，3/4,分別對應4.58 m，9.15 m，13.73 m。核算結果見表3。

表3 爆破振動允許最大藥量核算表

由表3可知，驗算得出的最大爆破振動速度均小于GB 6722—2014爆破安全規程規定的地下淺孔爆破交通隧道安全允許振速20 cm/s。表明本聯絡通道爆破開挖方法較好滿足主隧道主體結構的安全。

根據工程實踐與經驗來看，單段齊爆藥量1.2 kg爆破產生的振速通常不會對植有鋼筋的高強抗滲管片產生影響，會對管片產生影響的是爆破時造成的緊鄰管片的巖體發生位移，對管片進行擠壓，導致管片受損。因此需要加強對緊鄰管片的巖體進行監測，以免對管片造成損傷。

5 盾構區間聯絡通道爆破安全措施

1)制定《專項施工組織設計》和《安全應急預案》。開洞與洞通施工時邀請爆破工程師指導施工。做好警戒工作，在爆破施工所在里程的左右線雙向各200 m的安全距離設置警戒線、崗哨和標志。

2)選用檢驗合格的同一批、同一型號的爆破器材和導爆材料,嚴格按照爆破安全操作規程及設計進行操作。

3)將切割下來的管片安放在開口背爆側拱腰處并在聯絡通道與主線交叉口處設置臺架進行支護，防止飛石與爆破沖擊波損壞開口近區管環。

6 結語

青島地鐵8號線大青區間在30 d內高效高質的貫通了6號～8號聯絡通道工程，開口近區管片無損壞，爆破效果良好，巖石塊度較小。所采用的技術手段具有一定的新穎性和實用性，對現場施工具有一定的指導意義。但目前還沒有系統的盾構區間聯絡通道爆破開挖有害效應的研究，文中所采用的技術可能受本工況的巖土層、地質、水文等因素而存在一定的局限性，后續研究應當繼續不斷地嘗試數值模擬或現場實測，進一步完善豐富盾構區間的聯絡通道爆破影響研究體系。