地鐵暗挖隧道下穿建筑物群爆破施工控制技術探究

摘要：地鐵暗挖隧道極易引起周圍地層和相鄰既有建筑的破壞損傷。一旦實施爆破施工會引起地層的應力重新分布，導致附近地層的結構變化，引起地基基礎形變、沉降，導致建筑物出現傾斜、開裂。為了保證隧道施工的正常實施，應科學控制地鐵暗挖隧道下穿建筑物群的爆破施工，通過實施加固等措施來保證地表建筑群的質量安全。圍繞地鐵暗挖隧道下穿建筑物群爆破施工控制技術展開研究，分析爆破施工是如何對地表建筑形成破壞的，列舉了爆破施工過程中存在的典型問題，在此基礎上提出地鐵暗挖隧道爆破施工控制技術應用及效果，以為相關地鐵暗挖隧道爆破施工控制提供借鑒。

關鍵詞：地鐵暗挖隧道;地表建筑物;爆破施工;控制技術

0" "引言

在地鐵暗挖隧道工程實施爆破施工時，因為通常爆破源與地表建筑物群距離較近，爆破引起的地震波傳導至地表建筑，極易造成建筑物的破壞[1]。尤其是在隧道地鐵口處實施爆破施工，地鐵口處多處于城市中心區域，周圍高層既有建筑物群較多，為暗挖隧道鉆爆法施工帶來了不小難度。

因此在實施爆破施工時，應合理利用爆破施工控制技術，通過分析爆破地震波形成原理、傳導途經、衰減方式和波動影響等因素實施爆破控制，建立加固、支護等控制技術方案，減少因爆破對隧道底層結構及地表既有建筑群的振動破壞[2]。

1" "爆破施工對地表建筑破壞原理

當前比較常見的地鐵暗挖隧道爆破施工，是采用柱狀裝藥爆破法。在爆破施工具體實施時，可將爆破周圍區域圍巖劃分為爆破拉破壞區域、爆破振動區域、爆破壓碎區域和爆破剪破壞區域[3]。其中爆破拉破壞區域、爆破壓碎區域和爆破剪破壞區域，是圍巖主要發生擾動破壞和直接破壞的區域，常出現圍巖松動的情況。

相比較沖擊波超壓及爆破噪聲的影響，爆破振動區域的破壞區域更大，即在城市地鐵暗挖隧道施工時，爆破施工產生的爆破地震波，可直接影響周圍的地下管道及建筑物群。為達到地鐵暗挖隧道爆破施工過程中，保護建筑物群及地下管道設施的目的，應控制爆破地震波的振動速率和頻率。

振動速率的控制最為關鍵，應通過詳細測算圍巖爆破破壞場及爆破應力場數據參數，建立爆破振動速率確定。同時，在地鐵暗挖隧道爆破施工時，應在詳細勘察暗挖隧道地質環境參數的基礎上，建立科學的安全施工方案，保證設計方案的可行性和質量安全。

2" "爆破施工過程中的典型問題

2.1" "地表質點振動速率設計不精確

爆破地震波的振動速率是造成建筑物破壞的重要影響參數，一旦改數值設計定位不準確，造成爆破參數定位與工程實際背離，欠缺實際爆破施工的實際操作性，導致爆破施工設計不嚴謹，極易對地鐵暗挖隧道周邊建筑及設施造成損壞[5]。

2.2" "爆破施工設定參數欠準確

爆破方案設定參數不準確，會直接導致爆破產生較大的震動波。針對常見的單純考慮結構表面進行參數設定，極易引起實施誤差。國際上常根據薩道夫斯基公式，計算確定爆破方案的參數。通常選取距離爆破點最近的目標點，作為參數基點參照。

國內主要參考爆破行業《爆破安全規程》擬定的爆破振動標準條例，主要是以確保周邊建筑物結構安全的角度制定的。當前爆破施工將關注點放在了隧道及建筑結構安全方面，并注重內部結構及功能耐久度等方面，因此應提高爆破施工設定的準確性。

2.3" "相同暗挖隧道區域爆破操作時長過長且頻繁

如果在地鐵工程隧道暗挖爆破施工中，針對爆破震動操作時長對周圍建筑物群疊加破壞影響考慮不充分，而進行長時間實施爆破或反復實施爆破操作，極易對建筑物爆破受力薄弱部位形成應力疊加，使建筑物及設施遭到損壞。

2.4" "將相同爆破方案用于工況差別較大施工中

實際地鐵隧道工程地質條件、受力結構、周圍建筑物等環境各不相同，因此會遇見不同的爆破施工風險源，如果千篇一律的將相同爆破方案，應用于施工環境差別較大的爆破施工中，必然會影響周圍建筑物及設施安全性。

2.5" "爆破設計方案過于單一

爆破設計方案不科學，通常會引起單段爆破藥量控制不準確。在應用非電導爆管雷管的爆破網絡時，常應用奇數跳段裝配雷管，即在奇數輔助孔洞、掏槽孔洞內建立微差裝配設計，其間隔爆破時長間隔在25～200ms之間，漸進時長間隔25ms，漸進最大時長間隔50ms[5]。此種方式會造成掏槽孔洞受夾制影響較大，雖然孔洞內微差小，卻因間隔時長較小，極易導致爆破震動一致，從而引起較大震動和噪聲。

3" "地鐵暗挖隧道爆破施工控制技術應用

3.1" "綜合分析確定爆破技術參數

振動速率是爆破技術的重要控制參數，其參數的確定應綜合考慮炸藥裝藥量和爆破孔方案的設計。地鐵淺埋隧道爆破施工常用三類技術：預裂爆破隔振技術、延時爆破減振技術和減振掏槽爆破技術。為了實現預期的震動控制效果，通常選擇減震掏槽爆破技術、延時爆破減震技術或二者相結合的方式。

如果隧道巖石材質為如花崗巖類硬度及整體性較高的類型，其掏槽方式應選擇斜眼楔形掏槽。爆破設計技術人員應選擇循環方法，測算具體的爆破參數值，即利用每平方巖石用藥量、暗挖隧道截面積及炮眼深度等參數，分析計算確定地鐵隧道爆破施工需要的炸藥總數量值。

分析計算得出爆破施工炸藥用藥總量后，確定其中的33%左右用于槽孔掏挖鉆爆，剩余的67%左右用于周圍輔助孔洞鉆爆。其鉆爆單位用藥量受隧道截面積、巖石硬度等性質、炮孔利用率及炸藥裝配方式等因素影響。

炮眼的數量值參數由每立方巖石用藥量、隧道暗挖橫截面積及每米孔深裝藥量計算確定。通常為了確保達到下一循環爆破工序殘留炮孔的鉆爆效果，應分析確定每次循環爆破進尺工序的1.2倍左右深度，為隧道鉆爆施工的炮孔深度值。

3.2" "合理設計地鐵暗挖隧道爆破方案

在綜合勘察、分析地鐵隧道施工環境、圍巖性質和震動控制需求等影響因素的基礎上，設計建立暗挖隧道爆破施工方案。圖1為地鐵暗挖隧道爆破施工方案簡圖。

以上、下臺階爆破技術為例，為了確保暗挖隧道建筑物群的安全，應對建筑物的結構特征進行勘測。確定建筑物結構、地層巖石和土質的硬度和穩定性等參數后，采取短進尺光面尾差的方式實施鉆爆施工。

鉆爆實施過程中應合理應用“一少三多”的爆破控制措施，即微量、多空、多次、多段控制。控制單次同時爆破炸藥使用量，確保逐次遞減，以控制地鐵隧道周邊巖體的爆破擾動影響，從而有效減少爆破地震波值。此外，還應配合控制爆破振動速率，以最大限度的減少爆破對建筑物群及設施的破壞。

另一方面，爆破技術人員應對輔助炮孔進行質量控制，以達到設計的光面爆破預期。在地鐵暗挖隧道鉆挖輪廓線時，應嚴格控制炮孔的距離誤差小于5cm。周邊孔洞中按照每間隔孔洞中裝配炸藥模式，輔助孔洞按照集中裝配炸藥的模式。控制炮孔外偏斜率誤差范圍小于5cm，控制炮孔深度誤差小于10cm。在內側圈孔孔深大于2.5m情況下，其內側圈孔應按照周邊炮孔的斜率標準設置。

根據光面爆破的施工標準，控制中度硬巖的眼痕率大于50%，硬巖的眼痕率大于80%。以地鐵暗挖隧道為微風花崗巖途徑地質為例，應使用YT28性風鉆鉆孔，設置孔深為4.3cm。使用2號巖體爆破設施及非電毫秒雷管實施微差鉆孔爆破。

3.3" "下穿建筑物群爆破施工控制

為確保地鐵暗挖隧道爆破工程周邊建筑設施安全，在科學設計鉆爆實施方案的前提下，還應通過采用灌漿加固的方式實現建筑物保護。應根據爆破工程實際形成加固設計，當前較常用的加固技術為超前灌漿加固技術、部分超前灌漿加固技術、復合灌漿加固技術。

實施灌漿加固時，應綜合勘查、分析建筑設施與地鐵暗挖隧道的相對位置、建筑樁基位置等施工因素。當前，較常用的灌注加固方式為應用超前導管設備配合超前預先灌注加固方式，實施預注漿加固施工。

在實施上臺階爆破施工后，應立即噴射混凝土漿液至開挖表面，噴射厚度應控制在2～5cm區間范圍，完成后做封閉操作。在隧道每榀鋼架及墻角位置設置鎖腳錨桿加固，并完成回填灌漿，以有效降低隧道沉降和平行收斂。圖2為未采取防護措施的隧道鉆孔爆破后土層豎向沉降圖。

在初支拱部處預埋焊接鋼管，單環每3m應設置3根長度為25cm的焊接鋼管。隨即完成水泥灌漿及建筑物變形補漿操作，保證初襯與隧道圍巖的密實度。施工時將鉆漿孔間距控制在33cm左右，花管長度控制在6～10cm區間范圍，并在其周邊均勻鉆出相應數量的泄漿孔洞，通常為15個左右。

注漿心管同花管之間采用絲扣互連，以實現漿液輸送，并嚴格按照由四周向中心、由下至上的順序完成堵水漿液灌注。此外，在爆破實施前，還應在爆破源附近的建筑物地表安裝爆破測振設備，以完成爆破振動速率的實時監測。

3.4" "爆破施工過程的飛石控制

爆破施工的飛石控制主要分為飛石產生控制和飛石防護控制。爆破飛石產生控制主要通過控制炮孔密封質量及炮孔炸藥填裝用量實現。即在炸藥填裝前，測量孔洞抵抗標線及準確深度，并核實計算孔洞炸藥填裝數量，避免因實際填裝藥量與設計值存在偏差導致飛石及孔洞沖炮情況。結合暗挖隧道地質實際，盡量保證將爆破操作作用在圍巖處，適當調高硬度高巖石區域炸藥使用量，適當調減軟弱區域或斷層區域的炸藥使用量。

飛石防護控制主要是在保證爆破操作前，及時清排施工人員及機械至安全區的前提下，將橡膠墊或沙袋等放置炮眼處實施軟防護，并在井口處配合實施覆蓋鋼板等硬防護措施，科學將爆破飛石等物體進行隔離。

4" "爆破控制技術實際應用

地鐵暗挖隧道爆破工程環境千差萬別，應針對地質環境復雜、巖層硬度較高的情況，保證暗挖隧道光面的鉆爆效果，實施爆破振動速率的科學控制。其控制值應低于10mm/s范圍標準。某暗挖隧道巖體爆破施工前后對比如圖3所示。

針對堅硬度較高的圍巖，中硬度圍巖周邊炮孔裝藥量應控制在約0.2kg/m，硬圍巖應控制在約0.35kg/m，將周邊孔洞最低抵抗標準線設為500mm。如果通過一些列措施優化，可將爆破振動速率控制在9mm/s以下（甚至低至5mm/s）。由于爆破環境復雜，爆破影響因素較多，造成控制爆破振動速率的難度很大。一旦其中某個參數或工序控制不嚴格，極易造成爆破振動速率超出標準值10mm/s。

5" "結語

因地鐵暗挖隧道爆破施工導致周圍地層和相鄰既有建筑群的破壞案例屢見不鮮，如果未實施有效的爆破控制措施，極易引起地層應力重新分布，使地層結構發生變化，導致地表既有建筑物群下方地基基礎產生形變、沉降，建筑物出現傾斜、開裂。因此應合理應用爆破施工控制技術，配合使用一系列加固、防護措施保證地表建筑群的質量安全。文章針對地鐵暗挖隧道下穿建筑物群爆破施工控制技術展開研究，并分別從爆破施工對地表建筑形成破壞原理、爆破施工過程中存在的典型問題、地鐵暗挖隧道爆破施工控制技術應用及效果等方面進行詳細分析，以保證爆破施工及周邊建筑設施的安全。

參考文獻

[1] 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.

[2] 陳智慧.大跨隧道下穿建筑物施工方案對比分析及施工技術[J].石家莊鐵道大學學報，2015，28（2）：50.

[3] 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.

[4] 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.

[5] 李金奎，王飛飛，白會人.淺埋暗挖地鐵隧道施工地表沉降規律分析[J].武漢工程大學學報，2012，34（10）：58.