復(fù)雜環(huán)境下盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)道爆破開挖

鄭文富，張文龍

(1.廣東中人爆破工程有限公司， 廣東 廣州 510640；2.湛江市礦大爆破有限公司， 廣東 湛江市 524000)

1 概況

廣州市軌道交通某盾構(gòu)區(qū)間PQ2盾構(gòu)井至PQ1盾構(gòu)井區(qū)間結(jié)構(gòu)型式為單線單洞結(jié)構(gòu)，軌面埋深約為31.4～41.6 m，線路地面地形起伏較大，地面高程為7.6～22.4 m。軌道區(qū)間主要下穿地面建（構(gòu)）筑物，部分下穿市政道路，盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)設(shè)有長度為6.5 m的2#聯(lián)絡(luò)通道，位于網(wǎng)球場正下方，水平間距11.78 m處為10號、12號民房，通道拱頂埋深37.7 m，與民房最近直線距離為39.5 m，無地下建（構(gòu)）筑物及管線，其周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 區(qū)間2#聯(lián)絡(luò)道周邊環(huán)境示意

2#聯(lián)絡(luò)通道拱頂開挖范圍處于中風(fēng)化花崗巖，洞身部分處于微風(fēng)化花崗巖中，所處區(qū)域地表水不發(fā)育，未見河流，地下水埋藏相對較深，一般水位埋深3～10 m。其所在位置的隧道管片均為2環(huán)加強(qiáng)混凝土預(yù)制管片，外徑為8.5 m，管片內(nèi)徑為7.7 m，拱頂埋深約37.7 m，現(xiàn)根據(jù)需要對2#聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行爆破開挖。

2 重難點分析及應(yīng)對措施

（1）爆破開挖對成型盾構(gòu)區(qū)間隧道產(chǎn)生的擾動。利用管片預(yù)留注漿孔先對前后各6環(huán)以內(nèi)的管片進(jìn)行二次注水泥漿，待漿液凝固后再進(jìn)行管片水鉆取孔、開洞口。同時，通過“密布孔、少裝藥、多循環(huán)”等技術(shù)措施，降低爆破振動對既有成型管片強(qiáng)度的影響。

（2）聯(lián)絡(luò)道與盾構(gòu)隧道接口部位的施工。聯(lián)絡(luò)道與盾構(gòu)隧道接口部位作為初期安全施工的重點，也是后期隧道防水的薄弱點。洞門較聯(lián)絡(luò)通道施工空間要小，洞內(nèi)施工應(yīng)嚴(yán)格控制超挖、欠挖，做好爆破振動檢測，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋對爆破參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，指導(dǎo)爆破施工作業(yè)[1]。

（3）測量與監(jiān)測。聯(lián)絡(luò)通道的測量與監(jiān)控在一段施工流程后要及時跟進(jìn)，對施工部位進(jìn)行放樣和復(fù)測。同時了解圍巖變化情況，對危險進(jìn)行預(yù)警。了解施工過程中因地表隆陷而引起的建筑物下沉及傾斜情況，確保建（構(gòu)）筑物的安全。

3 方案選擇及參數(shù)設(shè)計

3.1 總體方案確定

（1）在聯(lián)絡(luò)通道開口處前后架設(shè)管片臨時支撐架，在開挖之前完成水平探孔，探明管片背后地質(zhì)情況，并對通道處前后各6環(huán)管片背后的土體進(jìn)行二次注水泥漿，以達(dá)到封閉水流及加固土體的目的。

（2）根據(jù)對洞門放樣的標(biāo)線通過水鉆取孔，開洞門。

（3）采用上下短臺階法進(jìn)行爆破施工，遵循“密布孔、少裝藥、多循環(huán)”的原則，進(jìn)洞爆破進(jìn)尺2.25 m后開始擴(kuò)挖，開挖過程中及時支護(hù)。在早期支護(hù)全部封閉成環(huán)后進(jìn)行背后注漿，待圍巖及初支基本穩(wěn)定后再分段施工防水工程和二次襯砌。

3.2 管片注漿及管片切割

對開口前后各6環(huán)（洞口位置不在此6環(huán)范圍內(nèi)）進(jìn)行二次注漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.3～0.5 MPa，采用逐步增加壓力的注漿方式[2]。根據(jù)測量，放樣定位，通過水鉆進(jìn)行管片切割，如圖2所示。

3.3 超前小導(dǎo)管注漿加固

在初期支護(hù)全部封閉成環(huán)后，利用超前小導(dǎo)管注漿加固，采用外徑為42 mm、壁厚3.5 mm、長3 m的鋼管，鋼管前端呈錐狀，尾部焊上Φ6加勁箍，管壁四周鉆10 mm壓漿孔，尾部有0.5 m不設(shè)注漿孔[3]。

3.4 爆破開挖參數(shù)設(shè)計

鉆孔直徑：42 mm。

鉆孔形式：掏槽孔與周邊孔采用傾斜鉆孔形式，輔助孔采用垂直鉆孔形式。

炸藥選型：選用Φ32 mm的乳化炸藥卷。

起爆網(wǎng)路：采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路。

布孔方式：首先選擇掏槽方式和掏槽孔的位置，然后布置周邊孔，最后根據(jù)斷面大小布置輔助孔[4]。

掏槽孔一般布置在開挖面中央偏下，并比其他炮孔深200 mm左右；周邊孔和頂孔一般布置在掘進(jìn)斷面輪廓線上，孔底應(yīng)超出設(shè)計輪廓線100 mm左右；底孔孔口高出底板設(shè)計水平150～200 mm左右，孔底應(yīng)達(dá)到底板水平以下100～200 mm[5]。

根據(jù)能量均勻分布的觀點和本工程的實際要求，周邊孔間距取 400～500 mm；輔助孔間距取600～700 mm；掏槽孔間距取1000 mm。

3.4.1 進(jìn)洞爆破

聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)洞開口尺寸為1.8 m×2.8 m，斷面開挖進(jìn)尺為2.25 m，共布置兩排掏槽孔，剩余周邊孔根據(jù)斷面尺均勻布置。上臺階開挖炮孔布置圖如圖3所示。

圖3 進(jìn)洞爆破上臺階炮孔布置（單位：mm）

上臺階炮孔藥量按下式進(jìn)行計算：

式中，η為裝藥系數(shù)，η掏=0.35，η周=0.1，η底=0.2；L為孔深，m；r為延米裝藥量，r=1.0 kg/m。

進(jìn)洞上臺階爆破參數(shù)見表1。其中，循環(huán)進(jìn)尺為0.4 m，炮孔利用率為80.0%，總裝藥量為1.75 kg，總炮眼數(shù)為18個，設(shè)計炸藥單耗為1.73 kg/m3。

表1 進(jìn)洞上臺階爆破參數(shù)

上臺階開挖炮孔起爆順序為：先掏槽孔，再周邊孔，再底孔。進(jìn)洞爆破上臺階開挖網(wǎng)路延時如圖4所示。

圖4 進(jìn)洞爆破上臺階炮孔延時設(shè)計（單位：m）

上臺階開挖后，在拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定且噴射混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%以上時，對下部臺階開挖。下臺階開挖炮孔布置如圖5所示。

圖5 進(jìn)洞爆破下臺階炮孔布置（單位：m）

下臺階輔助孔藥量按下式進(jìn)行計算：

式中，q為炸藥單耗，取0.79 kg/m3；a為孔距，取0.52～0.55 m；b為排距，取0.45 m；l為循環(huán)進(jìn)尺，取0.6 m；周邊孔及底板孔裝藥量按照式（1）進(jìn)行計算，取η周=0.07、η底=0.2。

進(jìn)洞下臺階爆破參數(shù)見表2。其中，循環(huán)進(jìn)尺為0.60 m，炮孔利用率為80.0%，總裝藥量為1.2 kg，總炮眼數(shù)為12個，設(shè)計炸藥單耗為0.79 kg/m3。

表2 進(jìn)洞下臺階爆破參數(shù)

進(jìn)洞爆破下臺階開挖網(wǎng)路采用Ⅴ型起爆網(wǎng)路，延時設(shè)計如圖6所示。

圖6 進(jìn)洞爆破下臺階炮孔延時設(shè)計

3.4.2 聯(lián)絡(luò)通道爆破

進(jìn)洞開挖完畢后，對聯(lián)絡(luò)通道按輪廓尺寸擴(kuò)挖，擴(kuò)挖尺寸為4.1 m×4.55 m，上臺階開挖炮孔掏槽布置形式參照進(jìn)洞爆破炮孔布置，其炮孔布置如圖7所示。

圖7 聯(lián)絡(luò)通道爆破上臺階炮孔布置（單位：m）

根據(jù)式（1），取η掏=0.50、η周=0.1、η底=0.45、r= 1.0 kg/m，計算聯(lián)絡(luò)通道上臺階開挖爆破參數(shù)，見表3。其中，循環(huán)進(jìn)尺為 0.8 m，炮孔利用率為80%，總裝藥量為9.45 kg，總炮眼數(shù)為29個，設(shè)計炸藥單耗為1.78 kg/m3。

表3 聯(lián)絡(luò)通道上臺階爆破參數(shù)

聯(lián)絡(luò)通道上臺階開挖起爆網(wǎng)路布置及其延時設(shè)計如圖8所示。

圖8 聯(lián)絡(luò)通道爆破上臺階炮孔延時設(shè)計（單位：mm）

聯(lián)絡(luò)通道上臺階開挖拱部初期支護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時，對下臺階進(jìn)行開挖，其炮孔布置如圖9所示。

圖9 聯(lián)絡(luò)通道爆破下臺階炮孔布置

根據(jù)式（2）對聯(lián)絡(luò)道下臺階開挖爆破參數(shù)進(jìn)行計算，見表4。其中，循環(huán)進(jìn)尺為1.2 m，炮孔利用率為 80%，總裝藥量為 8.8 kg，總炮眼數(shù)為 18個，設(shè)計炸藥單耗為0.71 kg/m3。

表4 聯(lián)絡(luò)通道爆破下臺階爆破參數(shù)

聯(lián)絡(luò)通道下臺階開挖起爆網(wǎng)路設(shè)計參照進(jìn)洞爆破下臺階起爆網(wǎng)路布置，其延時設(shè)計如圖10所示。

圖10 聯(lián)絡(luò)通道爆破下臺階炮孔延時設(shè)計（單位：mm）

3.4.3 裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

掏槽孔和輔助孔采用反向耦合連續(xù)裝藥，周邊孔采用正向不耦合間隔裝藥[4]。起爆網(wǎng)路采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路，精準(zhǔn)延時，利用數(shù)碼電子雷管專用起爆器進(jìn)行充電起爆，數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路如圖11所示。

圖11 數(shù)碼電子起爆網(wǎng)路

4 安全防護(hù)設(shè)施

由于聯(lián)絡(luò)通道爆破工作面位于盾構(gòu)區(qū)間隧道側(cè)面，與區(qū)間線路方向垂直，爆破產(chǎn)生的飛石可能會對通道洞口附近的管片內(nèi)支撐及洞口附近的設(shè)備器具造成損害。

根據(jù)以往隧道爆破施工經(jīng)驗，隧道開口時，通過電葫蘆進(jìn)行牽引，懸掛編織膠簾進(jìn)行洞口飛石防護(hù)，可以起到很好的飛石防護(hù)作用。對于本次聯(lián)絡(luò)道的飛石安全防護(hù)，由于入口斷面小，利用人工懸掛膠皮簾進(jìn)行安全防護(hù)即可。同時在爆破作業(yè)實施時，對洞口附近已布設(shè)的電氣設(shè)備等應(yīng)及時停機(jī)，放置于洞口左右側(cè)，以避開飛石拋擲方向，達(dá)到保護(hù)周邊設(shè)備設(shè)施的目的。

5 爆破效果

（1）由于受巖石性質(zhì)、斷面尺寸大小的影響，聯(lián)絡(luò)通道底部及拐角處的夾制作用大，使得爆破開挖的總體炸藥單耗偏大，爆破效果一般，底部及拐角處存在欠挖的情況。

（2）基于開口處臨時支架搭設(shè)緊貼洞口，進(jìn)洞爆破時，由于巖石破碎體積膨脹，對洞口處個別橫向支架擠壓使之變形，往里進(jìn)尺后，有巖石破碎補(bǔ)償空間，對臨時支架的影響變小。

（3）洞口管片及設(shè)施設(shè)備沒有受到損壞，未對進(jìn)口處成型的盾構(gòu)管片造成影響。周邊管片無滲水、涌水等情況，爆破危害得到了有效控制。進(jìn)洞爆破開挖效果如圖12所示。

圖12 進(jìn)洞爆破開挖效果

6 結(jié)語

（1）采用爆礦法開挖已成型盾構(gòu)隧道區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道時，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破危害，并做好開口處的飛石防護(hù)措施，以降低爆破對開口處周邊管片的影響。

（2）由于聯(lián)絡(luò)道斷面大小限制，鉆爆施工時應(yīng)采用“短進(jìn)尺、密布孔”的方式，以使得炸藥均勻地分布，能量得到均勻地釋放，對破巖效率的提高有極大的影響。但由于隧道底部及拐角處的巖石夾制作用增大，因此存在欠挖現(xiàn)象。

（3）現(xiàn)階段數(shù)碼電子雷管已全面推廣，在小尺寸斷面的爆破開挖應(yīng)用時，由于尺寸斷面的影響，炮孔之間延期時間過大時容易出現(xiàn)盲炮。縮短炮孔間的延期時間，盲炮情況可以得到一定的改善。