盾構(gòu)區(qū)間基巖起伏硬巖段爆破預(yù)處理施工技術(shù)

宋 博

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 101100）

盾構(gòu)區(qū)間基巖起伏硬巖段爆破預(yù)處理施工技術(shù)

宋 博

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 101100）

橫琴隧道～灣仔北區(qū)間位于珠海市市區(qū)南灣大道，采用盾構(gòu)法施工。其中距灣仔北站300m段為上軟下硬不良地質(zhì)段，在這類地層中掘進(jìn)效率低，刀盤刀具磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。利用爆破預(yù)處理施工技術(shù)提高了施工效率，縮短了施工工期。

爆破；施工效率；工期

一、工程概況

橫琴隧道～灣仔北區(qū)間位于珠海市市區(qū)南灣大道，采用盾構(gòu)法施工。線路左側(cè)臨海，多為工業(yè)廠房。盾構(gòu)隧道左線長1.2km，右線長1.3km，雙洞單線。隧道頂覆土厚度6.1m～16.5m。其中距灣仔北站300m段為上軟下硬不良地質(zhì)段，上部為粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化花崗巖（W4、硬土）、下部為中風(fēng)化花崗巖（W2、次堅巖）。

二、工程地質(zhì)條件對盾構(gòu)掘進(jìn)施工影響的分析

（一）巖石對盾構(gòu)掘進(jìn)的影響

在盾構(gòu)法隧道施工過程中，遇到上軟下硬不良地質(zhì)段，且有隨機分布的基巖和大小各異、強度不一的孤石。在此類地層中掘進(jìn)效率低，刀盤磨損嚴(yán)重，易產(chǎn)生卡刀、掉刀、刀具偏磨等問題，此類問題處理起來速度慢，對施工進(jìn)度有嚴(yán)重的影響，而且花費成本較高，經(jīng)濟效益差；怎樣處理好盾構(gòu)掘進(jìn)過程中所遇到的孤石與硬巖段，是當(dāng)前盾構(gòu)法施工中一個較大的技術(shù)難題。

（二）施工方案的確定

針對本標(biāo)段存在的上軟下硬不良地質(zhì)段，為確保盾構(gòu)掘進(jìn)能滿足施工進(jìn)度的要求，對于存在的全風(fēng)化花崗巖、次堅巖及孤石擬采取“深孔爆破法”進(jìn)行預(yù)處理。在盾構(gòu)通過該地段前，通過地質(zhì)鉆機對硬巖鉆孔，從地表將炸藥放置在巖石中指定的位置，利用爆炸所產(chǎn)生的能量，將硬巖及孤石破碎、解體。

（三）方案可行性分析

在地面場地允許的條件下，通過地面鉆孔埋設(shè)炸藥，然后利用炸藥爆炸使硬巖破碎、解體，以便盾構(gòu)機能以較快的速度掘進(jìn)，通過該不良地段。此施工方法在多個地鐵工程的施工中，曾被大家應(yīng)用。已被驗證是一種安全、有效的施工工藝。因此，橫琴隧道～灣仔北區(qū)間上軟下硬不良地質(zhì)段采用“深孔爆破法”預(yù)處理，能達(dá)到預(yù)期效果。將對提高盾構(gòu)機掘進(jìn)速度、節(jié)省盾構(gòu)掘進(jìn)成本起決定性作用。

三、爆破參數(shù)設(shè)計

本工程需要爆破處理的巖石位于地表以下位置，采用地質(zhì)鉆機進(jìn)行鉆孔。

1.鉆孔直徑

采用地質(zhì)鉆機鉆孔，粉質(zhì)黏土層鉆孔孔徑、全風(fēng)化硬巖的巖鉆孔孔徑為85mm，孔內(nèi)放置直徑為75mm的PVC套管，考慮到爆破需要，增加了若干120mm的輔助孔。

2.鉆孔形式

采用垂直鉆孔形式，以便于施工和準(zhǔn)確控制鉆孔方向。鉆孔過程中用泥漿護(hù)孔，必要時下鋼套筒。成孔后下75mm的PVC套管護(hù)孔，套管底部安有堵頭，在爆破前遮蓋孔口，防止碎石雜物掉入孔中，堵塞炮孔。

3.裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)

由于需要爆破處理的巖石埋深較深，所以炮孔深度必須深。因此起爆藥包采用軟鋼絲或者軟繩懸吊于爆破點的位置，一端固定于孔口，標(biāo)高誤差不得大于5cm。藥包固定在埋設(shè)的PVC管體內(nèi)，該起爆體須具有較好的防水性能。由于PVC套管內(nèi)有水壓，因此起爆體需抗浮。炮孔采用正向裝藥起爆，起爆選用非電爆破網(wǎng)路，采用激發(fā)針起爆，每個炮孔裝兩發(fā)雷管，且分別屬于兩個爆破網(wǎng)路，兩套網(wǎng)路并聯(lián)后起爆。網(wǎng)路示意圖如下所示：

5.布孔形式與裝藥結(jié)構(gòu)

由于基巖突起在地下20m處，埋深較深。最厚的巖層厚度約為3.5米，其爆破破碎難度較大，為了保證爆破破碎效果，并且方便施工，首先對較薄巖層前排孔進(jìn)行爆破，孔前土層因爆破擠壓出現(xiàn)空隙，從而為后排孔提供了作業(yè)面，然后后排孔再起爆。鉆孔超深1.0～2.0m，炮孔間排距為0.7m，鉆孔深度22～23m。裝藥深度比基巖厚度深約1.0m。

6.藥包加工

炮孔驗收合格后，對爆破區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行警戒，然后開始加工藥包。首先要準(zhǔn)備好直徑75㎜的PVC管，根據(jù)鉆孔隊提供的鉆孔參數(shù)和驗孔的情況，計算好藥包的長度，將炸藥和雷管裝入PVC管內(nèi)指定的位置。孔內(nèi)可能會有水及少量泥漿，為了裝藥的順利，需對藥包進(jìn)行配重。PVC管的長度可根據(jù)藥包長度和配重長度來截取。

爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖

7.藥包就位和防護(hù)

藥包加工好后，在管壁上端鉆孔，用鐵絲或者繩子綁定，然后開始下藥包。根據(jù)鉆孔隊提供的鉆孔參數(shù)和驗孔情況，確定裝藥底部的深度，然后準(zhǔn)確測量PVC管與繩索的長度之和，使底部的深度和PVC管與繩索的長度相同。將整個藥包懸吊到準(zhǔn)確的位置上，誤差控制在 +5㎝之內(nèi)。藥包就位后，用鐵絲把繩索固定在套管壁上，使藥包不能再移動。

藥包就位并固定好后，開始對套管進(jìn)行堵塞。嚴(yán)禁使用鐵器沖擊炮孔內(nèi)的藥包和雷管。套管內(nèi)外均用碎石堵塞密實，防止泥漿噴出和套管突起。地下爆破不會有飛石但會產(chǎn)生高壓氣體，高壓氣體會將炮孔內(nèi)的泥漿壓出孔外，為了防止爆破產(chǎn)生泥漿飛濺，在爆破孔頂用木板和沙包覆蓋。如果本次爆區(qū)周圍已經(jīng)實施過爆破作業(yè)，則還需對其周圍的爆破殘孔用砂袋覆蓋，防止泥漿噴射。

四、施工方法

（一）施工準(zhǔn)備

經(jīng)過與交通管理部門溝通后，視場地情況對施工現(xiàn)場進(jìn)行圍蔽，原則上圍蔽范圍為盾構(gòu)隧道邊線外 1米。本工程爆破區(qū)域位于交通繁忙地段，對現(xiàn)場進(jìn)行施工圍蔽的難度較大，因此，在做好正常作業(yè)的人員和設(shè)備準(zhǔn)備的同時，還需要考慮設(shè)備的吊裝轉(zhuǎn)運、鉆孔出的泥漿清運、建筑材料的運輸、移動照明等各種工序的準(zhǔn)備工作。

（二）施工測量及布孔

根據(jù)業(yè)主提供的控制點和水準(zhǔn)點相關(guān)數(shù)據(jù)，在施工現(xiàn)場設(shè)立平面控制網(wǎng)和高程系統(tǒng)。并根據(jù)設(shè)計施工圖紙及測量圖，劃分爆破區(qū)域及制定布孔圖如下（孔與孔之間間距、排距均按照70cm×70cm布置）。

（3）鉆孔爆破

1.技術(shù)交底

開工前，技術(shù)人員首先對鉆孔工人進(jìn)行技術(shù)交底，將布孔原則，鉆孔允許偏差等技術(shù)要求傳達(dá)給所有施工人員,使員工在思想和意識上了解和掌握本項目標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，開工前編制好質(zhì)量控制的方案和實施細(xì)則，施工中嚴(yán)格按方案和實施細(xì)則進(jìn)行操作。

2.鉆孔定位

鉆孔定位采用GPS定位系統(tǒng)定位（精度：水平±2cm+2ppm、高程±5cm+5ppm）和全站儀定位，要求實測孔位與設(shè)計孔位偏差不超10cm。

3.鉆孔標(biāo)高控制

根據(jù)業(yè)主提供的基準(zhǔn)點引至施工區(qū)附近，設(shè)立水準(zhǔn)點和觀測點，并在附近設(shè)立臨時工作點，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行校核。鉆爆施工時，使用全站儀進(jìn)行觀測，并定期校準(zhǔn)。

4.炮孔驗收

炮孔鉆好，由技術(shù)人員驗收，偏差過大應(yīng)重新鉆孔 ,偏差大的孔應(yīng)廢棄，驗收合格后方可裝藥施工。同時，鉆孔隊需提交記錄詳細(xì)的鉆孔參數(shù)，包括孔距、排距、鉆孔直徑、鉆孔深度等指標(biāo)，并由技術(shù)人員驗收。

5.裝藥施工警戒

為了現(xiàn)場機械設(shè)備及施工人員的安全，裝藥爆區(qū)范圍內(nèi)必須初步警戒，做好現(xiàn)場人員及設(shè)備物資等清理工作。

6.炮孔裝藥

鉆孔完成后，炮工應(yīng)按如下程序操作：

1）用測深繩檢查炮孔的深度，孔底標(biāo)高若達(dá)不到施工設(shè)計底標(biāo)高的要求，應(yīng)要求重鉆；

2）按設(shè)計要求加工起爆體和裝填炸藥；

3）用測深繩檢查炸藥是否到達(dá)孔底，若未到達(dá)，應(yīng)用炮棍壓送到孔底；

4）裝好炸藥后用砂筒填塞炮孔上部；

5）一次起爆的炮孔全部裝好炸藥后，聯(lián)接起爆網(wǎng)路。

7.起爆

以上工作全部完工后，由有持證操作人員聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)反復(fù)檢查后無誤后起爆。

8.封孔

爆破施工完畢后，施工場地會留有殘孔，孔內(nèi)有剩余的PVC套管。需要對余孔進(jìn)行密封堵塞，避免盾構(gòu)通過爆破區(qū)域時發(fā)生冒漿等事故。

具體封孔措施為：

1）使用鉆孔用地質(zhì)鉆機對已爆孔進(jìn)行清掃，保證孔內(nèi)無PVC殘留；

2)將堵塞用石子和水泥在地面進(jìn)行干拌均勻；

3）人工將拌好的水泥石子裝填入清掃好的孔內(nèi)，并保證填塞長度不小于孔深的2/3。

4）因孔內(nèi)有水，裝入的水泥石子會遇水膨脹固結(jié)，從而達(dá)到密封孔的效果。

五、地面及建筑物監(jiān)測

1.監(jiān)測點布設(shè)

布點遵循選取距離爆破最近的、最薄弱的、重視程度最高的建構(gòu)筑物布點，并且應(yīng)等距離布點、遵循在同一直線上布點、同一監(jiān)測線上布點距離遵循對數(shù)原則等原則進(jìn)行布點。本次爆破影響范圍內(nèi)有民房、銀海灣酒店以及灣仔中學(xué)。一個測點布置于爆破監(jiān)測斷面的后方10m的機動車道上，隧道中心點布設(shè)一個監(jiān)測點，另外4個點布置在中心線兩側(cè)向外各10m和20m處。

2.數(shù)據(jù)分析與處理

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制時間位移曲線散點圖，根據(jù)測點的變化規(guī)律判斷建筑物的穩(wěn)定狀態(tài)和施工措施的有效性。取爆破區(qū)域距離周邊建筑物最近的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，距離爆區(qū)10m位置進(jìn)行檢測，得出以下數(shù)據(jù)：

以上取值可以看出，距離爆區(qū)10m距離振速最大2.9cm/s，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，對于混凝土結(jié)構(gòu)建筑物，允許振速值為 3cm/s。因此振速不超過允許值。預(yù)裂爆破對鄰近建筑物造成的沉降在允許范圍內(nèi)。

六、效果檢測

完成爆破后，已爆區(qū)域達(dá)到一定范圍，在此范圍內(nèi)在此鉆孔取芯，以監(jiān)測爆破效果。本工程中選取每6～9平米爆破區(qū)域布置一組取芯孔，利用地質(zhì)鉆機進(jìn)行取芯工作，確認(rèn)預(yù)裂爆破效果。爆破要求達(dá)到巖體破碎粒徑小于30cm。從取芯孔取出的巖心來看，粒徑均小于30cm。因此本次預(yù)裂爆破達(dá)到了預(yù)期效果。爆破完成后巖體碎石可順利通過刀盤開口進(jìn)入土倉，并能通過螺旋機，提高了施工效率，縮短了施工工期。

本工程采用預(yù)爆破方法有效的減少盾構(gòu)單環(huán)掘進(jìn)時間，增加施工效率，最終滿足了施工計劃工期。

[1]GB6722-2014 爆破安全規(guī)程

[2]GB50299-1999 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范

[3]GB50201-2012 土方與爆破工程施工及驗收規(guī)范

TU75

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1007-6344（2017）02-0211-02