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地铁暗挖隧道下穿建筑物群爆破控制施工技术分析

范文

雷庚洋

摘要：地铁暗挖隧道施工很容易影响附近的地表建筑物，为了保障隧道施工的顺利开展，施工单位必须对爆破施工进行有效控制，同时采取一定的加固措施，确保地表建筑物的安全。因此，本文首先介绍了爆破产生破坏的机理，然后分析了地铁暗挖隧道下穿建筑物群时爆破开挖过程的控制方法，最后探讨了具体的爆破效果，总体达到预期目标。

关键词：地铁暗挖隧道;下穿建筑物群;爆破控制

中图分类号：U231.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）29-0096-03

Abstract： The construction of underground tunnels for subways easily affects nearby surface buildings， in order to ensure the smooth development of tunnel construction， the construction unit must effectively control the blasting construction and take certain reinforcement measures to ensure the safety of the surface buildings. Therefore， this paper first introduced the mechanism of blasting damage， and then analyzed the control method of the blasting excavation process when the subway tunnel was undercut under the building group， finally discussed the specific blasting effect， and the expected goal was achieved overall.

Keywords： underground excavated tunnel;underpassing building group;blasting control

徐州市轨道交通3号线铜山副中心站～铜山新区站区间为矿山法暗挖区间，起点里程为左DK19+117.500（右DK19+117.500），终点里程为左DK20+641.077（右DK20+640.465），区间总长为1 522.965双线米。该线路出铜山副中心站后向南行进，依次穿过军用铁路、玉泉河、师大人才公寓15#办公楼、铜山区新汇热电有限公司办公楼及居民楼后向西拐至长江西路，依次下穿石榴园小区，侧穿南洋国际住宅小区、竹园小区、康乐园小区，下穿无名山公园后向南拐至黄山路，继续向南行进到达铜山新区站。区间隧道采用矿山法开挖，正线隧道断面采用单洞单线标准断面，区间隧道主要穿越（11）2-3中风化灰岩。

1 爆破产生破坏的机理

通常，人们采用柱状装药爆破的方式进行隧道爆破，在进行爆破的过程中，被破坏的围岩可以分为受振动区、受拉破坏区、受剪破坏区以及压碎区。其中，出现直接破坏和扰动破坏的围岩主要是受拉破坏区、受剪破坏区以及压碎区，围岩的松动范围主要涉及这三个部分。与爆破噪声和冲击波超压相比，振动区有更广的影响范围，也就是说，在城市隧道施工过程中，爆破产生的振动会影响附近的地下管道和建筑物。为了在隧道施工中有效保护附近建筑物和地下管道，爆破時要对振频和振速进行严格控制。其中，振速控制尤为重要，在确定具体振速时要对爆炸应力场和岩石爆破损伤场进行准确计算。另外，在实际的施工过程中，要制定施工安全规范，确保其科学性和合理性，工作人员必须充分考虑施工隧道周围的岩石特性和具体环境[1]。

2 爆破开挖过程的控制

2.1 合理选择爆破参数

在确定振速时，施工人员需要充分考虑爆眼设计和装药量。通常，浅埋隧道爆破使用三种技术，即毫秒延时爆破减振技术、预裂爆破隔振技术以及减振掏槽爆破技术。为了达到良好的减振效果，本研究项目综合应用毫秒延时爆破减振技术和减振掏槽爆破技术，并采用斜眼楔形掏槽，这主要是因为该隧道的岩石为震旦系中、微风化混合花岗岩，比较坚硬，具有良好的整体性。另外，工作人员需要利用每循环计算公式计算相应的爆破参数。

式中，Q为隧道爆破需要的总炸药量，kg;q为爆破1 m3岩石所需要的炸药量，kg，具体大小需要结合实际施工情况和相关资料加以确定;S为需要开挖爆破的面积，m2;L为炮眼深度，m，其主要参考掏槽眼深度来确定。

通常，爆破用炸药总量的30%～35%都用于掏槽眼，还有40%～70%应用于周边和辅助眼，并且隧道断面的大小、炮眼利用率、岩性以及装药方式等都会直接影响单位用药量。炮眼数目的计算公式为：

式中，N为炮眼数目，个;q为1 m3消耗的炸药量，kg;s为开挖断面面积，m2;r为每米炮眼长度装药量，kg/m。

为了充分保证下一循环过程中残留炮眼痕迹的爆破效果，应将每循环进尺的1.1～1.2倍确定为隧道施工的炮眼深度[2]。

2.2 过建筑物段钻爆设计

在设计和研究隧道爆破方案的过程中，要充分考虑隧道周围环境、围岩情况以及控振要求等。经过综合考虑，本研究项目最终决定采用上、下台阶法分别进行起爆。在爆破施工过程中，为了充分保障特殊地段建筑物的安全，要充分考虑一些具体建筑物的结构特性，一般主要采用短进尺光面微差爆破技术进行特殊地段的爆破施工，充分保障地层的稳定性，同时要根据相关规定和设计要求确定振速。目前，通常采用“三多一少”的方法进行爆破作业，即多段、多次、多空以及微量。每次齐发爆破药量需要逐次减少，最大限度地减轻周围岩体受到的爆破扰动，进而降低地震波强度，同时要严格控制爆破振速，有效降低附近建筑物受到的影响[3]。

另外，为了使光面爆破达到最好的效果，施工人员要严格控制周边炮眼的钻孔效果。在开挖轮廓线的过程中，炮眼间距的误差应控制在50 mm以内，并以隔孔装药的形式设置周边眼，以集中装药的形式设置辅助眼。同时，炮眼的外偏斜率应控制50 mm之内，深度误差应控制在100 mm以内。如果内圈眼的孔深超过2.5 m，那么应以周边眼的斜率为标准使内圈眼斜率保持一致。从光面爆破的具体质量要求来看，硬岩的眼痕率应超过80%，中硬岩的眼痕率应超过50%。本研究项目中，由于隧道主要穿过震旦系中、微风化混合花岗岩，因此钻孔直接采用YT28风钻钻孔，深度为42 mm。然后，采用非电毫秒雷管、2号岩石乳化炸药等爆破器材进行微差爆破。

2.3 建筑物安全控制策略

在爆破施工过程中，为了充分保障附近建筑物的安全，除了合理设计过建筑物段的钻爆之外，还需要采取注浆加固等方式对建筑物进行保护。

首先，合理制定加固方案。目前，应用比较广泛的加固方案主要有三种，即部分超前注浆加固、地面注浆加固与超前注浆加固相结合、超前注浆加固。在进行注浆加固施工的过程中，工作人员要充分考虑隧道与建筑物的相对位置关系、建筑物桩基深度等影响因素。

其次，结合工程实际情况，开展地层超前预注浆加固施工，主要采用超前预注浆加固方案配合超前小导管。

再次，确定掘进参数[4]。工程施工采用台阶法，完成上台阶的爆破施工后，要及时将混凝土喷射到开挖面，厚度要保持在2～5 cm，之后将土体及时封閉。为了最大限度地降低隧道水平收敛和沉降，要将锁脚锚杆设置在墙角和每榀钢架的上下部拱角处。

之后，开展隧道初支背后回填注浆施工。现场工作人员要将[Φ]32 mm的焊接钢管预埋在初支拱部，每环3 m设置3根焊接钢管，每根长为250 mm。初支闭合长度达到相关规定和要求后，将水泥浆压注其中，使围岩能够与初衬紧密结合。

然后，开始进行建筑物变形补偿注浆施工。采用[Φ]50 mm硬质PVC管作为袖阀管，在钻凿注浆孔的过程中，注浆孔之间保持330 mm的间距。采用[Φ]22 mm焊接钢管作为花管，长度应保持在0.6～1.0 m，并在其四周钻凿一定数量的泄浆孔，一般为12～18个，布设要均匀。采用[Φ]22 mm焊接钢管加工制造注浆心管，每节长度根据实际需要而定，在本研究项目中，每节长度均为2 m。注浆心管与注浆花管采取丝扣连接方式，主要用来输送浆液。

最后，进行隧道堵水注浆。在注浆过程中，人们应严格遵循从下到上、由四周向中间的原则，充分保障注浆施工的顺利开展。

2.4 爆破振速的检测

爆破前，工作人员要在离爆源最近的建筑物地表附近安装好爆破测振仪。

2.5 有效控制爆破飞石

2.5.1 控制飞石的产生。在爆破作业中，要想有效控制飞石的产生，就必须做好两个方面的工作：一是有效控制单孔药量;二是严格把控炮眼填塞的质量。具体来说，在开始装药之前，工作人员要核实炮孔的深度和抵抗线，并以此判断单孔药量的标准。如果单孔装药量出现较大误差，则很容易引发孔口冲炮、飞石等现象。另外，工作人员要充分考虑开挖面的实际地质情况，断层带或者软弱带可以不装炸药或者减少炸药用量，而硬岩段应适当增加炸药用量。除此之外，炮眼填塞的密实度和长度必须严格执行相关规定，使爆破能量尽可能地作用在围岩上[5]。

2.5.2 防护飞石的措施。爆破前，现场施工人员要及时撤出爆破范围内的所有机械设备，同时所有现场工作人员要及时撤出到安全距离以外的区域。在进行基坑爆破的过程中，工作人员可以采取相应的软防护措施，比如将沙袋、橡胶垫等设置在炮眼位置，同时要采取一定的硬防护措施，比如将钢板覆盖在井口位置，通过综合运用软防护措施和硬防护措施，将爆破飞散物的扩散有效隔断。

3 爆破的效果

本研究项目所处地区地质情况相对复杂，变化较大，部分岩层过于坚硬，而部分岩层又非常破碎。针对这种情况，为了充分保障光面爆破效果，并有效控制爆破振动速率，使其保持在1 cm/s，硬岩和中硬岩应将周边眼的装药集中度分别控制在0.3～0.4 kg/m和0.15～0.25 kg/m，与此同时周边眼的最小抵抗线应设置为50 cm。若采取以上控制措施并在爆破施工中根据实际情况不断改进，则在爆破能量通过建筑物时，通常能够将爆破振动速率控制在0.8～0.9 cm/s。如果各个方面都能够进行有效的控制，人们甚至可以将爆破振动速率控制在0.5 cm/s，但是就目前的施工技术来看这种理想状态的实现难度较大，再加上其他各个方面因素的影响，所以现阶段只有7%左右的工程施工能够达到这个标准。另外，若某一方面的参数设置不够精准或者某些方面的辅助工作存在缺陷，则偶尔会使爆破振动速率超过1 cm/s，极少数情况下会使其超过1.2 cm/s，这大概占工程施工总数的3%。该工程整体上取得良好的控制效果，并且光爆平面比较平顺[6]。

4 结语

在设计城市地铁爆破开挖方案的过程中，人们需要全面考虑断面搭设、围岩条件等各个方面的影响因素。特别是在建筑物下穿施工的过程中，振动爆破要求较高，因此爆破设计、爆破眼布置、装药量确定等工作一定要严格遵守振速控制标准。在进行爆破作业的过程中，要严格控制关键环节和细节，同时要切实做好安全防护工作和监控测量工作，并以检测信息为依据对爆破参数进行及时调整，从而确保振动控制与爆破开挖工作的顺利开展，最终充分保障周边环境与爆破施工的安全。

参考文献：

[1]朱明申.浅埋地铁大断面隧道下穿铁路的暗挖施工控制与加固防护技术研究[J].工程技术，2016（3）：21-22.

[2]吴昊.复杂地层浅埋暗挖地铁区间隧道近距离下穿地下商业街设计及施工关键技术[J].隧道建设，2016（8）：988-996.

[3]赵瑜，熊健.暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制分析[J].工程技术，2016（12）：113.

[4]易志伟，张志强，王鸣冠.城市环境下浅埋隧道爆破振动对下穿建筑物影响分析[J].四川建筑，2018（2）：134-136.

[5]雷江松.上下重叠地铁盾构隧道施工对邻近建筑物影响及控制措施研究[J].铁道标准设计，2018（7）：119-123.

[6]刘会林，王东星.暗挖地铁隧道下穿既有建筑物沉降变化规律研究[J].城市轨道交通研究，2019（6）：47-51.

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