控制爆破技術(shù)在地下暗挖頂管作業(yè)中的應(yīng)用

文／王敏、陳新 大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)金源爆破工程有限公司 遼寧大連 116601

引言：

伴隨國(guó)家經(jīng)濟(jì)的逐步增長(zhǎng)，城市化的加快，加之全民對(duì)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，地下工程建設(shè)的需求量在逐步增加，其中，頂管技術(shù)因施工速度快、控制精度高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在地下管線(xiàn)的建設(shè)中起到了舉足輕重的作用。但由于地質(zhì)情況復(fù)雜，頂管施工中頻繁出現(xiàn)人工機(jī)械等難以頂進(jìn)的地質(zhì)，從而使管道不能正常頂進(jìn)，造成施工進(jìn)度減緩、施工效果的降低。控制爆破能有效的控制爆破作業(yè)引起的振動(dòng)，從而在地下頂管作業(yè)被廣泛采用，提高安全性的同時(shí)也能有效地縮短施工工期。本文通過(guò)工程實(shí)例，介紹了控制爆破技術(shù)在地下頂管作業(yè)中的應(yīng)用，為同類(lèi)工程提供借鑒。

1、工程概況及周邊環(huán)境

1.1 設(shè)計(jì)概況

大連東港商務(wù)區(qū)220 千伏供電隧道主體施工二標(biāo)段7段地下頂管控制爆破工程位于大連市中山區(qū)青云林海小區(qū)220KV 變電站東側(cè)，頂管施工段為東西向布置全長(zhǎng)36 米，頂管為外徑2.4 米×內(nèi)徑2 米×長(zhǎng)2 米（一節(jié)）的預(yù)制鋼筋混凝土管，埋深2.5 米，使用千斤頂逐節(jié)頂入爆破空間內(nèi)，爆破開(kāi)挖自然方量約187.5m3。依據(jù)地勘報(bào)告,爆破巖體為中風(fēng)化石英巖夾板巖，無(wú)巖體裂隙水滲出現(xiàn)象。爆破施工區(qū)域南側(cè)有兩處地面建筑物，一處為兩層磚混結(jié)構(gòu)臨建，距爆區(qū)邊緣直線(xiàn)距離約20m 遠(yuǎn)；另一處為220kv 青云變電站，距爆區(qū)邊緣直線(xiàn)距離約50m 遠(yuǎn)，地下爆區(qū)上空有兩條約8-10米高，高架輸電線(xiàn)路。頂管爆破施工區(qū)域環(huán)境示意圖如圖1所示，爆破斷面尺寸如圖2 所示。

圖1 頂管爆破施工區(qū)域環(huán)境示意圖

圖2 爆破斷面尺寸

1.2 工程難點(diǎn)

大連地區(qū)基巖埋深較淺，臨近海邊，地下水影響因素大，且臨近高壓變電站，根據(jù)周邊環(huán)境要求采取控制爆破，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行爆破振動(dòng)速度的量測(cè)和控制，調(diào)查周邊影響范圍內(nèi)的建筑物、地下管線(xiàn)現(xiàn)狀，進(jìn)行爆破安全評(píng)估，必要時(shí)進(jìn)行專(zhuān)家論證。

1.3 爆破技術(shù)方案

考慮本工程巖石產(chǎn)狀及周邊環(huán)境的影響，爆破開(kāi)挖需人工和機(jī)械開(kāi)挖相結(jié)合進(jìn)行，采用非電毫秒導(dǎo)爆系統(tǒng)，孔內(nèi)外微差順序起爆方案，進(jìn)行松動(dòng)爆破施工。

以爆破振動(dòng)為主要控制指標(biāo)，設(shè)計(jì)單次循環(huán)進(jìn)尺均為0.8m（掏槽孔除外），循環(huán)進(jìn)尺為38 次，起爆順序?yàn)樘筒劭住o助孔→周邊孔，裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 爆破技術(shù)參數(shù)

1.4.1 確定單次循環(huán)進(jìn)尺斷面孔數(shù)

式中：f—巖石堅(jiān)固性系數(shù)，取8-10。

S—橫通道截面積約6.25 m2。

1.4.2 參數(shù)確定

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

1.5 布孔方式及起爆網(wǎng)路

單次循環(huán)進(jìn)尺，斷面中心設(shè)置直徑為90mm 的空孔不裝藥，空孔周邊設(shè)置6 個(gè)掏槽孔，掏槽孔間距450mm，輔助孔排距550mm，周邊孔距開(kāi)挖輪廓邊線(xiàn)150mm，布孔方式示意圖如圖4 所示。

圖4 布孔方式示意圖

起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)，掏槽孔單孔起爆，其它孔兩孔一響，孔內(nèi)、外微差簇連法起爆（掏槽孔內(nèi)分別使用MS1 至MS6，第1 至3 排輔助孔內(nèi)各使用MS1 至MS3，第4 至5 排周邊孔內(nèi)各使用MS1 至MS3 導(dǎo)爆管雷管；孔外排間連線(xiàn)，從第1 排至第5 排分別使用MS1 至MS6 導(dǎo)爆管雷管）。最大單段起爆藥量（掏槽孔）為0.3kg，最大單次起爆藥量（整個(gè)單次循環(huán)進(jìn)尺斷面）為4.95kg。

1.6 爆破規(guī)模

基于工期的控制和人工機(jī)械排渣清運(yùn)能力，單日循環(huán)進(jìn)尺0.8m，單日循環(huán)進(jìn)尺的爆破孔數(shù)為27孔，其中掏槽孔6個(gè)，使用炸藥1.8kg，其它孔21 個(gè)，使用炸藥3.15kg，單日循環(huán)進(jìn)尺使用炸藥量為4.95kg，總循環(huán)次數(shù)38 次，本工程使用炸藥總量189kg。

2、爆破施工控制措施

2.1 質(zhì)量控制措施

嚴(yán)格規(guī)范爆破施工設(shè)計(jì)、爆破安全評(píng)估、爆破安全監(jiān)理等各個(gè)施工環(huán)節(jié)，相關(guān)作業(yè)人員持證上崗。每次鉆爆作業(yè)前進(jìn)行安全交底，明確各鉆爆參數(shù)，并經(jīng)工程師檢查后方可開(kāi)始施工，根據(jù)每次爆破后效果，不斷改進(jìn)爆破設(shè)計(jì)，優(yōu)化參數(shù)。

2.2 安全技術(shù)措施

爆破作業(yè)周邊環(huán)境復(fù)雜，除臨近民用建筑物外還有高壓變電站，施工時(shí)要嚴(yán)格控制鉆孔、起爆等各個(gè)環(huán)節(jié)的振動(dòng)影響，通過(guò)試爆等方式不斷優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)。

2.3 爆破飛石的控制

由于爆破工作面處于地下，爆破可能產(chǎn)生的飛石會(huì)由掌子面向頂管施工端口方向飛散，因此，在爆破之前采取了相應(yīng)措施。首先，對(duì)施工區(qū)域所有人員進(jìn)行疏散，保證頂管內(nèi)無(wú)作業(yè)人員，并在頂管施工端口使用長(zhǎng)、寬不小于2.5 米的較厚鋼板進(jìn)行鋪蓋，最后，按照爆破安全規(guī)程[1]的規(guī)定執(zhí)行警戒距離為300 米的區(qū)域設(shè)置警戒，各警戒點(diǎn)安排專(zhuān)業(yè)警戒人員執(zhí)勤。

2.4 爆破振動(dòng)的控制

通過(guò)爆破安全規(guī)程[1]計(jì)算了爆破對(duì)周邊建筑物結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度，獲得質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度可以評(píng)估周邊建筑物所受爆破的影響。振動(dòng)速度的計(jì)算根據(jù)以下公式：

式中：R—爆破孔中心點(diǎn)距離周邊建筑物距離，m；

V—周邊建筑物振動(dòng)速度；

K、α—分別為爆破圍巖質(zhì)量系數(shù)與爆破振動(dòng)衰減系數(shù)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[1]（GB6722-2014）規(guī)定取值，這里取180 和1.7，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

依據(jù)爆破安全規(guī)程[1]（GB6722-2014）表2 規(guī)定，選取被保護(hù)物的安全允許振動(dòng)速度，對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)臨建參考“一般民用建筑”一欄，允許振動(dòng)速度為2.5 ～3.0cm/s；對(duì)于青云變電站設(shè)備參考“運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備”一欄，允許振動(dòng)速度為0.7 ～0.9cm/s。通過(guò)控制，本工程爆破產(chǎn)生的振動(dòng)速度遠(yuǎn)小于規(guī)程的規(guī)定值，爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)危害不會(huì)對(duì)周邊被保護(hù)建筑物造成影響。

表2 爆破振動(dòng)速度計(jì)算表

2.5 爆破沖擊波的控制

根據(jù)霍普金遜相似率公式

K—與爆破場(chǎng)地條件相關(guān)系數(shù)因毫秒起爆取1.48

R—距被保護(hù)物最近直線(xiàn)距離為20 米

Q—最大單段起爆藥量為0.3kg

α—空氣沖擊波衰減系數(shù)，因毫秒起爆取1.55

經(jīng)計(jì)算得出本工程單次循環(huán)進(jìn)尺所產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓值為36Pa，遠(yuǎn)小于爆破安全規(guī)程[1]表4 要求的“基本無(wú)破壞”超壓值2×103Pa。

3、爆破效果及總結(jié)

3.1 爆破效果

本工程共進(jìn)行38 次爆破作業(yè)，總工期50日歷天，爆破效果達(dá)到設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，周邊建筑物及精密儀器設(shè)備安好無(wú)損，在保證施工安全的前提下實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)施工記錄統(tǒng)計(jì)和儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，爆破所產(chǎn)生的各項(xiàng)危害均控制在安全允許的范圍內(nèi)。

3.2 總結(jié)

（1）在地下暗挖頂管作業(yè)的施工中，如遇難以開(kāi)挖的堅(jiān)硬巖石，采用控制爆破技術(shù)的輔助手段可以有效的幫助頂管作業(yè)順利推進(jìn)，減少施工成本，縮短工期。

（2）針對(duì)環(huán)境較為復(fù)雜的地下暗挖爆破作業(yè)，應(yīng)遵循短進(jìn)尺、多循環(huán)，堅(jiān)持多打孔少裝藥的施工原則，盡量避免多孔多排起爆，加快施工進(jìn)度的同時(shí)，更加嚴(yán)格控制了爆破產(chǎn)生的振動(dòng)，確保安全施工。

（3）應(yīng)用孔內(nèi)外微差起爆，控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊被保護(hù)建（構(gòu)）筑物的影響，合理的設(shè)計(jì)單段藥量和起爆段別能有效的提高爆破破碎質(zhì)量，滿(mǎn)足空間狹小的頂管內(nèi)爆后人員清渣的需求。