隧道矿山法施工的减震爆破技术

【摘要】城市隧道大多处于闹市，具有埋深偏浅、地表建筑物密集等特点，施工爆破受制因素颇多，因此多采用非爆破手段来开挖完成。本文结合实例对隧道矿山法施工的减震爆破技术进行了分析。

【关键词】隧道 减震 爆破

中图分类号：U45 文献标识码：A

一、前言

工程概况

广州市轨道交通五号线珠江新城站一猎德站区间左右线全长1 466．769 m，全部为暗挖隧道，采用矿山法施工。隧道线路结构形式从单孔双线大断面隧道经喇叭口断面过渡到单孔单线正线区间小断面隧道。各类断面共有14种，施工方法分别采用台阶法、中洞法和CRD法。隧道最大开挖跨度为14．1 m，埋深15 m左右，属于超浅埋隧道。线路穿越地区为广州市新城区，道路两侧陆续已经完成商业开发，属繁华地带。区间隧道主要穿越风化残积层、砾岩强风化带和泥质粉砂岩强风化带、红色陆相沉积的碎岩石中等风化带、部分岩石微风化带等地层，隧道开挖土体上软下硬，需要采用钻爆法施工。

二、减震开挖方案

1、钻爆技术要点

( 1) 钻爆开挖时, 要防止爆破震动引起上方软弱土层的坍塌, 危及施工安全和地面安全。

（2) 由于暗挖隧道左、右线间距较小, 在开挖过程中先行开挖的隧道易受后开挖隧道爆破震动的影响, 甚至破坏。

( 3) 隧道埋深浅, 距离建筑物过近, 钻爆施工易对地面建筑物及地下建、构筑物产生震动影响, 甚至破坏。为避免震动对地面建筑物的危害, 采用减震、光面爆破。爆破作业遵循浅孔密布的原则, 少装药, 短进尺, 多循环、分台阶开挖。左右线隧道同时施工时, 严格控制光爆层的厚度、炮眼间距和装药量, 尽可能减少对地表建筑和周边地层的扰动, 后行隧道爆破开挖时, 尽可能减少对先行隧道已成结构的扰动。

2、减震开挖方案

( 1) 台阶法开挖爆破。当围岩结构为上断面松软下断面坚硬时, 上断面采用人工开挖, 开挖出上台阶临空面, 下断面采用松动爆破开挖。每次爆破进尺不超过1. 00 m, 台阶法施工每次爆破进尺在0. 75 m左右。掏槽区炮眼深度控制在0. 70m~ 1. 20m左右, 每炮循环进尺控制在0. 50 m~ 1. 00 m左右。控制单段药量和爆破规模以达到控制质点振速的目的。围岩较好的地段, 在地面安全有保障的前提下, 可以将隧道下断面每炮循环进尺稍微加大, 基本控制在1. 00 m~ 1. 50 m, 以确保施工工期。

( 2) 预留光面层的光面爆破。在对爆破振速有严格要求的地段, 为了控制振速并且保证成型质量的前提下, 均要采用预留光爆层实现光面爆破技术。

三、具体施工工艺分析

1、爆破器材的选择

为便于装药和防水，珠一猎区间采用了专门用于光面爆破的小直径、低爆速的乳化炸药，为实现不耦合装药，药卷直径选用32 mm和20mm两种，每节长200 mm。为提高爆破效果，保证爆破安全，珠一猎区间隧道全部采用非电毫秒雷管起爆系统，这是目前隧道普遍采用的新的、先进的起爆方法。非电毫秒延期雷管采用国产的15段延期雷管，其延期时间在880 ms+60 ms，起爆顺序的控制通过导爆延期雷管来实现，导爆管传递冲击波激发非电毫秒雷管。

2、爆破参数的确定

爆破参数主要需要确定：周边孔间距E和最小抵抗线w，周边孔密集系数m，装药量Q，不耦合系数丁，光面炮孔的布置，光面爆破炮孔数目的计算等。确定合理的光爆参数是获得良好光面爆破效果的重要保障。由于工程地质条件和施工条件的千变万化，光爆参数的选择应根据经验初选参数，再通过现场试验来确定。

3、大断面台阶法隧道爆破设计

大断面爆破方法以光面爆破为主，辅之以预裂爆破技术。按开挖顺序进行爆破，上台阶高度为2．8 m，阶高度为3．0 m。根据开挖方案，大断面爆破顺序如下，上台阶采用光面爆破，每次循环进尺0．7 m，预留核心土，为了减小震动，分左右两部分别爆破。中拱及下拱每次进尺2 m～3 m，视具体地质情况而定。中拱也预留核心土，待中拱左右两侧爆破完成且初支完成后，做下拱时再将核心土用普通爆破方法破除，下台阶由于有临空面，采用预裂爆破方法，以减小爆破震动。

4、软弱围岩隧道爆破

具体方法是：在设计轮廓线上布置一排直径40 mm、间距300 mm的密孔，孔内不装药，靠近密孔的一排为减弱加密炮孔，装药量为正常周边孔装药量的1／2，间距400 mm，其内侧的辅助孔及掏槽孔为正常装药孔并同时起爆。软弱围岩的爆破，仍分上下台阶分别爆破，仍采用上台阶短进尺，下台阶长进尺的指导思想进行爆破施工。

5、小间距隧道爆破

首先要采用小导管注浆加固，增加围岩的强度与稳定性。其次，采用微差爆破控制技术，分段起爆，控制分段装药量，使用国产的15段雷管，不仅成本低，而且可控性好。小段数对爆破地震强度影响大，当段数多时，控制效果不佳爆破总药量对微爆破影响小，而分段炸药量才是控制爆破地震强度的主要因素。此外，在爆破体与保护体之间钻凿不装药的单排、双排减震孔降震率可达30％～50％，并控制一次爆破的炸药量，采用分次打孔、分次装药、分次起爆，增加临空面。

6、临近建筑物、管线减震控制爆破

为将隧道施工对周围环境的影响程度降至最低，实际隧道施工中，首先从总的装药量控制人手，运用微差爆破技术，实施分台阶爆破施工，并对裂隙特别发育、岩石强度低的地层进行小导管超前注浆加固，取得了良好的效果。本区间建筑物及构筑物，要求震速不超过2 cm／s-3 cm／s，根据公式反算一次最大装药量，见表l。

减震控制爆破措施：本次对于浅覆地层，掏槽中心孔选用20 mm药卷，分6段起爆，单孔单段位，雷管延时差为100ms。开挖方法上，则选择半断面正台阶法施工，上半断面高度为3．0 m，底宽5．9 m，台阶长度控制在5 m左右。采用化整为零的施工方法，围岩一次暴露的面积小，时间短，爆炸用药量亦小。

四、爆破条件及测试方案

现场爆破振动测试选取庙垭分岔隧道浅埋大跨段，最大开挖跨度为26 m，开挖高度为13 m，其中洞口段埋深仅3 m。浅埋大跨段隧道围岩大部分属III、Ⅳ级，多分布微晶灰岩夹薄层页岩，薄～中层厚层状，局部夹泥。岩层为单斜构造，岩层倾角为10～30，可爆性较好。考虑到洞口支井河特大桥施工通道的需要， 以及上断面爆破时地表震害较为严重，隧道开挖采用先行贯通中导坑的台阶法施工，上断面采用矩形直眼掏槽的掘进爆破方法，而下断面则采用水平孔拉槽爆破以降低爆破对上断面混凝土衬砌及地表的危害。现场爆破震动测试以采集掘进爆破时的地表振速为主，辅助以洞内衬砌振速监测综合分析地震波衰减规律。中导坑的开挖虽然避免了大断面爆破的震害，但其余部开挖爆破时地表的地震效应仍大于下断面水平孔的拉槽爆破。下断面开挖爆破的震害多集中在混凝土衬砌上，通过其不同部位的振速实测来调整拉槽爆破参数。对于地表，已有的研究结果表明，浅埋隧道成形后岩体的整体结构发生改变，成洞区的地表振速进一步放大，即所谓的“空洞效应”，但对于洞口高边坡的大跨隧道仍需进一步研究，因此现场测试以爆破掌子面为交叉中心，在地表沿隧道轴线及其垂直方向布置测点，共布置9个，间距为3 m，测点布置如图1所示。

图1 振速测点布置示意图(单位：m)

考虑到地表测点位于爆破点上方，掌子面掘进爆破时，地表质点的垂向振速较大，地表振速主要采集隧道轴向测点的垂向振速波形，局部进行三维振速测试以比较其大小。而洞内混凝土衬砌振速则全部进行三维振速波形的采集， 以全面了解隧道爆破时不同段别爆破孔地震效应的强弱。

结论

随着爆破技术的广泛应用于交通基础设施建设，城市地下工程施工爆破己成为城市建设中一个突出问题，故加强地下工程的安全施工技术具有重要的现实意义。

【参考文献】

[1] 申佃友;隧道工程控制爆破技术探讨与应用[D];西南交通大学;2004年

[2] 崔天麟,巩建军;城市地铁的微振动爆破施工[J];隧道建设;2000年03期