城市地鐵施工降低爆破震動的探討

鄧宏偉

(中鐵六局集團有限公司 北京100036)

城市地鐵施工降低爆破震動的探討

鄧宏偉

(中鐵六局集團有限公司 北京100036)

隧道施工嚴格按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的 18字原則組織施工。為確保工期，紅土地站下穿段采用機械開挖結合控制(弱)爆破施工，施工影響范圍內標準斷面設計為雙側壁導坑法施工，采用機械開挖結合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖。論述了工程概況、施工要求及相關施工工藝與方法。

城市 爆破控制 減低震動

1 工程概況

1.1 新建10號線紅土地站下穿段工程簡介(見圖1)

重慶軌道交通 10號線(建新東路至王家莊段)工程全部位于兩江新區(qū)內，連接了江北區(qū)、北部新區(qū)、渝北區(qū) 3個行政區(qū)，線路長度 32.15,km，其中地下段長度為24.85,km，高架線長度為7.3,km。本段工程共涉及車站19座，其中地下站18座，高架站1座，設朱家灣車輛段和王家莊停車場。

紅土地站位于五紅路下方，呈南北向布置，采用15,m島式站臺，單拱雙層(局部3層)結構，車站起點里程為 K12＋192.711，車站終點里程為 K12＋414.711，總長度 222,m。車站埋深為 65.1～72.9,m。車站主體采用暗挖法施工，為復合式襯砌結構，二次襯砌結構寬為 25.2,m，高為 20.81,m，開挖斷面面積為475.8,m2。

新建10號線紅土地站與既有6號線紅土地站換乘，與之呈十字相交，共設置6個換乘通道，其中1、4號換乘通道預留，2、5號換乘通道與預留接口相接。十號線紅土地站下穿段及影響范圍：上臺階全長65,m，里程段落為 K12＋254.245～K12＋319.245；中臺階全長 55,m，里程段落為 K12＋259.245～K12＋314.245；下臺階全長 45,m，里程段落為 K12＋264.245～K12＋309.245。6號線紅土地站位于本站上方，凈距5.06,m，下穿6號線段采用兩個分離的單洞雙層拱形結構，單洞間凈距 1.66,m，為復合式襯砌結構，二次襯砌結構為600,mm厚C40鋼筋混凝土，開挖寬為 11.54,m，高為 15.02,m，單洞開挖斷面面積為149,m2(見圖1)。

圖1 下穿段工程示意圖Fig.1 Sketch map of the underneath pass project

1.2 地質概況

車站下穿段穿越地質圍巖主要為砂質泥巖與砂巖Ⅳ級。

2 施工技術要求

本站下穿段影響范圍標準斷面設計為雙側壁導坑法施工，采用機械開挖結合控制爆破(松動弱爆破)方式，爆破震動控制速率不大于 2.0,cm/s，下穿既有6號線段設計為 CRD法施工，采用機械開挖結合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，震動控制速率不大于1.0,cm/s。

暗挖車站弱爆破開挖時，采用光面爆破，毫秒起爆方式；選用微差毫秒雷管，跳段使用相隔間距大于50,ms，避免震波疊加影響，必要時采用數碼電子雷管；采用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸藥，并采用毫秒雷管或導爆索同時起爆，嚴格控制周邊眼裝藥量，借助導爆索裝藥使藥量沿炮眼分布均勻；根據爆破效果及振速監(jiān)測值及時調整優(yōu)化爆破參數。

在隧道開挖方面：①要加強對開挖工作面地質的觀察和記錄，判斷其穩(wěn)定性并預報開挖面前方的地質情況以指導施工；②確定結構開挖輪廓時，按圖紙要求預留圍巖變形量，施工過程中通過施工監(jiān)測及時加以調整；③控制爆破開挖時，嚴格按照相關規(guī)范規(guī)定進行光面爆破，光面爆破采用毫秒起爆方式；④爆破作業(yè)遵循淺孔密布的原則，少裝藥，短進尺，多循環(huán)、分臺階開挖，穩(wěn)扎穩(wěn)打，確保安全；⑤爆破質量符合下列要求，中硬巖眼痕率不小于 50%,，軟巖中隧道周邊成型應符合設計輪廓，巖面不應有明顯爆震裂縫，隧道周邊不應欠挖；⑥施工循環(huán)進尺車站標準段不得大于1.6,m/次，下穿段不得大于0.5,m/次。

3 編制依據

①《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》GB 50299—1999(2003年版)；②《土方與爆破工程施工及驗收規(guī)范》GB 50201—2012；③《爆破安全規(guī)程》GB 6722—2003；④2015年3月27日，召開重慶軌道交通10號線土建10101標紅土地站下穿段施工方案專家論證會形成的《重慶軌道交通10號線土建 10101標紅土地站下穿段機械開挖結合控制弱爆破施工方案專家論證會意見》及《重慶軌道交通10號線土建10101標紅土地站下穿段機械開挖結合控制弱爆破施工方案專家論證會會議紀要》(編號：CQ＋－1－01－QTJY-2015-012)。

4 施工工藝及方法

4.1 總體施工方案

隧道施工嚴格按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的18字原則組織施工。為確保工期，紅土地站下穿段采用機械開挖結合控制(弱)爆破施工，施工影響范圍內標準斷面設計為雙側壁導坑法施工，采用機械開挖結合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，爆破振動控制速率不大于 2.0,cm/s。下穿既有6號線段設計為CRD法施工，采用機械開挖結合控制爆破(松動弱爆破)方式開挖，振動控制速率不大于1.0,cm/s。6號線振速控制在1.0,cm/s以內，考慮影響范圍施工爆源較下穿段爆源距離6號線遠，且影響范圍和下穿段施工方法及進尺、爆破參數均一致，故本方案以下穿段為主予以說明。

總體施工方案如圖2所示：

圖2 總體施工方案圖Fig.2 Schematic of the overall construction scheme

總體施工順序嚴格按設計要求進行，采用 CRD法施工，中隔壁兩側導洞錯開 20,m以上，同一側導洞上下臺階步距控制在 10,m。為確保 6號線運營安全，先開挖一側隧道，待先行洞初期支護及二次襯砌施工完成后再開挖另一側隧道。開挖支護順序嚴格按圖 2所示進行，先采用機械開挖①部，然后采用控制弱爆破開挖②部，最后采用控制弱爆破開挖③部，④⑤⑥部開挖順序同①②③部，初期支護緊跟開挖掌子面施工。先行洞開挖支護施工完成后立即組織施工二次襯砌，二次襯砌施工完成后組織后行洞施工，后行洞先開挖遠離先行洞一側，后開挖靠近先行洞一側，施工順序同先行洞。

4.2 機械開挖

銑挖機施工在國內尚不多見，國外(德國)銑挖機產品從 ER100型到 ER5500型各型號齊全，可銑挖從黃土到花崗巖不同硬度的巖石，也可銑挖鋼筋混凝土。

考慮既有6號線運營絕對安全，并結合下穿段地質條件和開挖機械特點、效率的比選，選用型號為ER1500的銑挖機，同時考慮下穿段作業(yè)空間和與銑挖機配套功率因素，選用小松 200-8型(或同級別其他類型品牌)挖掘機進行下穿段掘進施工，銑挖最大挖掘半徑為 10.18,m，最大挖掘高度為 10,m，單次銑挖進尺為50～80,cm，滿足下穿段開挖施工要求。

5 爆破設計

下穿段施工影響范圍內標準段爆破參數詳見已審批的《紅土地站爆破設計專項方案》，考慮其上臺階已完成機械開挖，車站存在大面積臨空面，且為確保6號線運營安全，在原爆破設計參數基礎上減少藥量并縮短開挖進尺，并根據監(jiān)測數據適時優(yōu)化調整爆破參數，確保振速不超標即可。

5.1 開挖方法、爆破進尺及斷面確定

該段采用CRD法3臺階施工，上臺階采用機械開挖，高度為 3.4,m，中下臺階采用控制爆破(松動弱爆破)開挖，中臺階高度為 4.3,m，下臺階高度為7.5,m，為確保臨空面起到減振作用，上臺階比下臺階多開挖1,m以上，中下臺階步距控制在10,m。根據設計要求，爆破振動安全允許標準為 1.0,cm/s，為確保既有線運營安全，采用數碼電子雷管錯相減振技術，爆破振速嚴格控制在1.0,cm/s范圍內，并根據量測及監(jiān)測數據及時調整爆破參數，確保將爆破振動控制在設計要求范圍內。

開挖采用多功能作業(yè)臺架配合氣腿式風鉆(孔徑42,mm)鉆孔，炸藥采用低猛度、低爆速炸藥，數碼電子雷管微差逐孔起爆，周邊眼采用不耦合空氣柱裝藥結構。堅持以“弱爆破、短進尺”保證施工及運營安全，設計爆破進尺為0.5,m。

根據監(jiān)測數據，可適當調整爆破參數及爆破進尺，但爆破振速限值不得超過設計要求。同時根據監(jiān)測數據并結合現場實際情況，當振速指標滿足要求時，為節(jié)約施工成本采用微差毫秒雷管進行爆破施工，微差毫秒雷管跳段使用，微差相隔間距大于50,ms，避免振波疊加影響。

5.2 爆破參數設計

5.2.1 孔徑

選用風鉆鉆眼，孔徑為42,mm。

5.2.2 孔深L

L＝0.8,m。

5.2.3 抵抗線W0

考慮存在臨空面并根據圍巖巖性及斷面尺寸，②部排眼取值為475,mm，③部排眼取值為485,mm，周邊眼取值為45,cm。

5.2.4 間距a

考慮臨空面及斷面尺寸，根據 a＝(0.8～1.2)W0并根據圍巖巖性，取值為 50,cm，周邊眼取值為40,cm和45,cm。

5.2.5 堵塞長度L2

L2≥20,cm。

5.2.6 裝藥集中度q

取0.10～0.20,kg/m。

5.2.7 數碼電子雷管逐孔起爆微差

取4～8,ms，根據工法及現場試驗確定。

②部炮眼布置圖(見圖 3)及詳細參數如下：下穿段 CRD法施工②部開挖斷面為 25,m2，爆破進尺為0.5,m，開挖方量為12.5,m3，炮孔個數為121孔，比鉆孔個數為 4.84 個/m2，單孔裝藥量為 50,g，總裝藥量為6.05,kg，單耗為0.484,kg/m3。

圖3 下穿段CRD法施工②部炮眼布置圖Fig.3 Arrangement plan of blast holes in ② section during CRD construction in underneath pass

③部炮眼布置圖(見圖 4)及詳細參數如下：開挖斷面為46,m2，爆破進尺為0.5,m，開挖方量為23,m3，炮孔個數為210孔，比鉆孔個數為4.565,2 個/m2，單孔裝藥量為 50,g，總裝藥量為 10.5,kg，單耗為0.456,5,kg/m3。

鑒于⑤⑥部斷面形式、地質條件及臨空面條件與②③部基本一致，且⑤⑥部斷面面積分別為23.6,m2、37.2,m2，均小于②③部斷面面積，因此⑤⑥部爆破施工可參照②③部爆破參數進行爆破施工。

5.3 振速計算

爆破時地震波對既有線的影響主要取決于震源大小、距離及介質的條件，而震源大小則與一次起爆的藥量有關。根據《爆破安全規(guī)程》中爆破振動速度計算公式為：

V＝K(Q1/3/R)α

式中：V——爆破振動速度；R——爆破地震波危險半徑；K——與地震波傳播地段的介質性質及距離有關的系數，參照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定并結合隧道圍巖巖性條件取值；α ——衰減指數，參照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定并結合隧道圍巖巖性條件取值；Q——最大單響裝藥量，根據爆破參數設計取值。

《爆破安全規(guī)程》爆區(qū)不同巖性的 K、α取值見表1。

圖4 下穿段CRD法施工③部炮眼布置圖Fig.4 Arrangement plan of blast holes in ③ section during CRD construction in underneath pass

表1 K、α 取值表Tab.1 Valuing of K and α

根據以上爆破設計及分析，結合數碼電子雷管逐孔起爆原理，爆破振速只需計算中臺階第1排眼單孔爆破時的對應振速即可，該振速計算結果滿足要求則其他值亦滿足要求，6號線結構底部(即仰拱底部)振速計算值以 V1表示，6號線道床結構頂部(即仰拱填充面，該結構面與爆源距離未計入道床厚度)振速計算值以 V2表示，先行洞二次襯砌結構外側振速計算值以V3表示，則計算過程及結果如下：

5.3.1 6號線結構底部振速計算

結論：V1＝0.48,cm/s＜1.0,cm/s，滿足設計要求。

其中：K取值為150；α取值為1.8；Q＝0.05,kg；R1＝5.06＋3.4＋0.475＝8.935,m。

5.3.2 6號線道床結構頂部振速計算

從一開始，康提尼·巴黎塔就種植了黑瑪爾維薩來給阿方斯萊弗寧增加酒液顏色和果味。意大利釀酒師賈科莫·安塞米和助手阿貢·威利斯則與農民密切合作，執(zhí)行嚴格的葡萄園管理規(guī)則，比如進行綠色采摘和控制采收至一年兩次，以此來提高葡萄成熟度。他們還計劃用其他意大利葡萄品種進行試驗，包括歌蕾拉、黑珍珠和普里米蒂沃等葡萄品種來提高葡萄酒的品質。

結論：V2＝0.33,cm/s＜1.0,cm/s，滿足設計要求。

其中：K取值為150；α 取值為1.8；Q＝0.05,kg；R2＝R1＋0.75＋1.31＝10.995,m。

5.3.3 先行洞2次襯砌結構外側振速計算

結論：V3＝0.68,cm/s＜2.0,cm/s(根據爆破安全規(guī)程，結合現場實際情況取振速安全控制值為2.0,cm/s)，滿足設計要求。

其中：K取值為150；α 取值為1.8；Q＝0.05,kg；R2＝5.346＋1.66＋0.35＝7.356,m。

經過以上分析計算，按爆破參數設計值進行爆破施工時振速滿足設計安全要求，要求現場操作時安排專人盯控，嚴格按設計的爆破參數實施爆破施工，不得私自變更爆破參數。為確保 6號線運營絕對安全，根據振速監(jiān)測結果適時優(yōu)化爆破參數，監(jiān)測數據及時反饋并指導施工現場。

5.4 控制爆破實施

必須依照設計指定的位置，分區(qū)按順序鉆孔。刷幫壓頂鉆孔時，由技術熟練的工人鉆手施鉆，提高鉆孔的速度和準確性。開口時慢慢推進，特別要控制好周邊炮眼的鉆孔精度和外插角，達到定位準確、開挖輪廓平順、炮孔末端齊整的要求。鉆眼時掘進眼保持與隧道軸線平行，周邊眼外插角控制在3～4,°以內。

輔助眼眼口間距允許誤差為±10,cm；周邊眼眼口位置允許誤差為±5,cm，眼底不得超出開挖斷面輪廓線 10,cm。當開挖面凹凸較大時，按實際調整炮眼深度及裝藥量，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。

5.4.2 清孔驗孔

鉆完 1孔后及時清孔驗孔，炮眼檢查的標準為：“準、直、平、齊”。炮眼深度符合設計要求，各炮眼相互平行，孔底要落在同一面上，炮眼驗收合格后，清除孔內的碴粉，準備裝藥。對不合格的炮孔要堅持重鉆。

5.4.3 裝藥連線

選用低爆速、低猛度、傳爆性好的炸藥，并與巖石的波阻抗相匹配。裝藥時專人負責按爆破設計參數裝藥，裝藥作業(yè)分組、分片進行，定人定位，確保裝藥作業(yè)有序。每眼裝藥后用炮泥堵塞。各類炮眼采用合理的裝藥系數，周邊眼選用小直徑藥卷不耦合裝藥，利用導爆索起爆；掘進炮眼連續(xù)裝藥。炮孔采用炮泥堵塞，炮孔最小堵塞長度不得小于 200,mm。裝藥聯線完成后對整個爆破網絡進行全面檢查，確認整個網絡無誤后方可起爆。

5.4.4 起爆

雷管聯接好后，由專人檢查雷管的連接質量及是否有漏聯的雷管，檢查無誤后起爆。

5.4.5 檢驗

每次鉆爆完成后，技術人員與爆破人員一起檢驗爆破效果，主要檢驗振速是否滿足安全要求、石碴塊度是否均勻、周邊眼炮痕保留情況、炮眼利用率等參數，根據爆破效果及圍巖實際情況，適當調整爆破參數，以求取得更好的爆破效果。

5.5 裝藥結構

炮眼采用反向裝藥起爆，采用低猛度、低爆速炸藥和實現不耦合裝藥，以減小爆破振速。裝藥前必須清孔，用小直徑高壓風管輸入高壓風將炮眼石屑(粉)刮出吹凈，光面爆破裝藥技術采用空氣柱不耦合裝藥技術，裝藥時把藥卷捆綁在導爆索上并用竹片固定，這樣既能保證光爆藥卷正確定位于光爆孔內(保證間隔裝藥精度)，又能將竹片靠近要保護的圍巖一側，顯著改善爆破效果，有效減小爆破振動。所有炮眼按要求用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20,cm。

5.6 起爆順序

爆破材料采用數碼電子雷管，按輔助眼→周邊眼→底板眼順序逐孔自左向右、自上而下起爆。

5.7 起爆網路

選用數碼電子雷管，為減小爆破振動，相鄰炮孔之間需要保證足夠合適的微差時間，根據爆破器材，結合現場試驗情況，選用最合理的微差時間按先后順序逐孔起爆。

5.8 爆破時間

避開上下班高峰期，并與車站負責人及相關工作人員保持良好的溝通，爆破前 10,min專人電話通知車站工作人員，車站工作人員完全告知站內乘客并確認車站及兩端區(qū)間無列車時進行爆破，以免引起旅客恐慌，同時確保行車安全。

5.9 6號線紅土地站保護措施

下穿段采用機械開挖結合控制弱爆破開挖措施，每次爆破嚴格進行振速監(jiān)測(下穿段振速不得超過1.0,cm/s)，且爆破振速監(jiān)測點隨爆破點不斷移動使其保持在同一豎向斷面上，監(jiān)測數據及時上報并分析，以爆破振速監(jiān)測數據指導施工，及時調整爆破參數，確保 6號線運營及結構安全。提前做好與既有 6號線紅土地站工作人員的溝通，摸清既有設備設施及相關要求，安排專人在每次爆破前后進入既有車站進行安全巡視，并做好記錄。嚴格按設計要求的斷面布置及監(jiān)測頻率做好既有紅土地站的監(jiān)測，發(fā)現異常立即啟動應急預案，確保6號線運營安全。

經每日監(jiān)測所得數據分析：6號線紅土地車站上下行區(qū)間各測項均無異常，無預警情況。■

［1］ GB 50299—1999. 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范(2003年版)[S].

［2］ GB 50201—2012. 土方與爆破工程施工及驗收規(guī)范[S].

［3］ GB 6722—2003. 爆破安全規(guī)程[S].

On Blasting Vibration Reduction in Urban Subway Constructions

DENG Hongwei
(China Railway Sixth Group Co.，Ltd.，Beijing 100036，China)

Tunnel constructions should strictly follow the principles of Setting Steel Pipes At First，Strict Grouting，Strict Blast-hole Drilling，Strong Support，Early Closing and Frequent Measurement．To ensure the construction schedule，a subway station passing through red earth used a method combining excavating earthwork with machine and controlled blasting(for loosening rock)．This paper introduces project overview，construction requirements and relative construction processes and techniques.

urban；controlled blasting construction methods；vibration reduction

U25

A

1006-8945(2016)02-0029-05

2016-01-11