城市山體隧道立體交叉及下穿既有建筑物減少巖體擾動爆破施工研究

李德柱

摘要：為減少城市山體隧道爆破施工對周邊建筑物的擾動，對電子雷管控制爆破工藝流程進行研究。結(jié)合中鐵九局集團有限公司承建的大連市南部濱海大道隧道工程三標段控制爆破施工，對電子雷管控制爆破的控制標準、爆破參數(shù)、炮眼布置、鉆孔清孔、雷管注冊、裝藥填堵、組網(wǎng)檢測和振速檢測等關鍵技術進行研究。通過電子雷管控制爆破技術，大連市南部濱海大道隧道工程三標段控制爆破施工達到了降低噪音、減小擾動、縮短工期、節(jié)約成本等預期效果。

Abstract： In order to reduce the disturbance to surrounding buildings in the blasting construction of urban mountain tunnels， the process flow of electronic detonator controlled blasting is studied. Combined with the control blasting construction of the third section of the Dalian Binhai Avenue Tunnel Project undertaken by China Railway No.9 Group Co.， Ltd.， the control standard， blasting parameters， blasthole arrangement， drilling clearance， detonator registration and charge filling， network detection and vibration speed detection of the electronic detonator controlled blasting are studied. By used of the electronic detonator controlled blasting technology， the controlled blasting construction of the third section of the Binhai Avenue Tunnel Project in the south of Dalian has achieved the expected effects of reducing noise， reducing disturbances， shortening the construction period and saving costs.

關鍵詞：城市山體隧道;爆破施工;電子雷管控制爆破工藝

Key words： urban mountain tunnel;blasting construction;electronic detonator controlled blasting process

中圖分類號：U455.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0107-05

0 ?引言

隨著我國城市交通工程的快速發(fā)展，控制爆破已成為橋梁、隧道、基坑等工程的重要施工手段之一。采用爆破施工時，不但要注重結(jié)構(gòu)支撐強度，更要同時兼顧附近建筑物安全和居民的震感，這種情況下電子雷管控制爆破施工的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)[1，2]。目前，工程上廣泛使用的電雷管和非電雷管（導爆管雷管）的延期方法主要采取控制化學藥劑燃燒速度。采用化學延期藥劑實現(xiàn)延期，由于受工藝水平的影響，精度較差，延期誤差為±10ms～±150ms[3]。電子雷管延期方法是采用一個微電子芯片取代普通電雷管中的化學延期藥來實現(xiàn)延期，大大地提高了延時精度，延時誤差0.1～1ms，延期精度在±0.1%以內(nèi)，同時可以根據(jù)實際需要任意設定延期時間，最長可達16s。常規(guī)雷管由于延時誤差大，很難實現(xiàn)錯峰降振，其一般為15段位，個別為20個段位，最長延時時間一般小于1000ms，難以避免在復雜環(huán)境隧道鉆爆施工時，由于同時起爆炮孔數(shù)量較多而產(chǎn)生的大幅振動[4-8]。電子雷管延時精準（最大延時時間為16s），便于錯峰降振，復雜環(huán)境隧道鉆爆施工中能夠?qū)崿F(xiàn)單孔起爆，可以大幅降低爆破產(chǎn)生的振動[9，10]。

本文結(jié)合中鐵九局集團有限公司承建的大連市南部濱海大道隧道工程三標段控制爆破施工案例，對電子雷管控制爆破施工的工藝原理、工法特點和操作流程要點等進行研究。

1 ?工藝原理

電子雷管由瞬發(fā)雷管外掛電子電路構(gòu)成（如圖1）。參考傳統(tǒng)電子雷管供電線和通信線復合使用的連接方式，為提高電子雷管的可靠性，采用儲能電容C1和C2，提供點火藥頭所需的能量;為提高電子雷管抗射頻、靜電、雜散電流等干擾的能力和安全性，采用電子開關K3控制起爆電能的存儲，使其只有在連接、檢測、延期時間設定等起爆準備完成后方處于待起爆狀態(tài)。緊急情況需終止爆破操作時，電子開關K2可控制電容C2的儲能釋放;延期時間到達后，電子開關K1可控制電容C2，將儲能釋放到電子點火頭上，從而完成電子雷管的起爆工作。按照上述原理布設電子雷管，可保證在爆破過程中，若供電線路由于某種原因出現(xiàn)故障，雷管仍能按設定的延期時間完成爆破。

電子雷管爆破能夠有效控制爆破效果，保證開挖順利;將爆破振動控制在建（構(gòu)）筑物不損壞的范圍之內(nèi);可實現(xiàn)錯峰降振，在復雜環(huán)境隧道中能夠?qū)崿F(xiàn)單孔起爆，具有大幅降低爆破產(chǎn)生的振動等優(yōu)點。適用于大斷面隧道下穿既有建筑物、下穿既有線路等，要求控制振速在一定范圍內(nèi)的爆破施工。

2 ?工法設計

大連市南部濱海大道隧道工程三標段包含多處立體交叉、小凈距隧道群，且新建隧道下穿同香山莊居民區(qū)、防空洞及既有白云山隧道橫洞和西洞，施工條件較為復雜，最小埋深僅2m。經(jīng)過多次方案比選、論證，決定采用電子雷管控制爆破施工。

施工采用上下臺階法開挖。Ⅴ級圍巖每循環(huán)開挖進尺控制在0.8～1.0m以內(nèi)，Ⅳ級圍巖每循環(huán)開挖進尺控制在2.0～2.4m。隧道爆破方法上臺階采用電子雷管單孔連續(xù)起爆或隧道電子雷管與高段位非電雷管聯(lián)合起爆網(wǎng)路起爆。周邊眼采用光面爆破。下臺階采用非電雷管爆破。采用乳化炸藥（200g/卷，直徑32毫米）。電子雷管和非電毫秒雷管。

2.1 控制標準

隧道電子雷管單孔連續(xù)爆破技術中，由于同時爆破的是一個炮孔，爆破振動和噪聲可以降低到最低程度;同時可以任意設置炮眼之間的延時間隔，調(diào)整爆破振動和噪聲的頻率，最大限度地減少對居民的影響。采用此類爆破設計方案，應將爆破振動控制在表1所示（GB6722-2003）《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的安全允許振速范圍之內(nèi)，并且保證爆破振動和噪聲控制在表2所示（GB6722-2003）《爆破安全規(guī)程》不干擾居民的范圍內(nèi)，避免擾民引起社會不良現(xiàn)象，安全、快速、經(jīng)濟地通過下穿地段。

2.2 爆破參數(shù)

我國爆破安全規(guī)程采用薩道夫斯基公式計算爆破時產(chǎn)生的質(zhì)點峰值振動速度：

式中：V為質(zhì)點峰值振動速度，單位cm/s;Q為炸藥量，單位kg，齊發(fā)爆破時取為總藥量，延遲爆破時取為最大一段藥量;R為保護目標到爆源的距離，單位m;K和a為與爆破點到計算點間地形、地質(zhì)條件有關的系數(shù)與衰減指數(shù)，按表3選取，也可通過類似工程經(jīng)驗或現(xiàn)場試驗確定。

2.3 炮眼布設

根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)研，初步確定K值取250，a值取1.8。隧道覆蓋層厚度26-78m，根據(jù)式（1）計算，爆破振動控制應在0.5cm/s以下，最大一段藥量為0.6kg～14.9kg。電子雷管爆破在鉆孔、裝藥方式上與非電雷管完全相同。電子雷管單孔連續(xù)起爆的關鍵技術在于起爆順序及起爆延時間隔。為實現(xiàn)有效控制爆破振動，減輕地面震感，隧道開挖進尺2m，共6個段位，炮眼總數(shù)96個，電子雷管總數(shù)為79發(fā)（其中3個轉(zhuǎn)接雷管），20個導爆管，總裝藥量約56.7kg。炮眼布置如圖2所示，爆破參數(shù)如表4所示。

2.4 鉆孔、清孔、雷管注冊

鉆孔機械采用以高壓風為鉆孔動力的潛孔鉆機。鉆孔過程中，嚴格控制鉆孔的深度、角度和孔位方向，尤為需要注意的是掏槽眼的傾斜度應嚴格符合設計要求?？籽坫@進過程中需時刻留意地質(zhì)條件的變化情況，如遇夾層或與表面石質(zhì)有明顯差異的情況應做好記錄，并及時調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)及孔位。鉆孔完成后，立即清理孔口浮碴，清孔可采用高壓風管機吹孔，吹凈后檢查炮孔有無卡孔、堵孔現(xiàn)象，并量測眼深、傾斜度和炮孔間距是否滿足設計要求。鉆好的炮孔，采用編織袋塞緊孔口，防止雜物塞堵。布設電子雷管前先進行注冊編號。作用是使用起爆器對雷管身份信息進行采集;雷管編號作用是編號雷管放置于對應的孔中，一一對應。如圖3和圖4所示，雷管每注冊1發(fā)，注冊界面會提示已注冊幾發(fā)雷管，第幾發(fā)雷管待注冊;雷管每注冊1發(fā)，可按一定規(guī)律進行編號，如A001、A002……

2.5 雷管入孔裝藥與堵塞

裝藥前，應認真檢查炮孔填堵情況，及時清除孔內(nèi)雜物和積水。裝藥過程中應嚴格按設計每孔藥量炸藥分好，邊量測邊裝藥（如圖5）。裝藥按不偶合間隔裝藥法進行操作，基底增大裝藥密度，中間采用鉆屑間隔，確保線裝藥密度符合設計要求。

堵塞物采用含水量為15%～20%（以手握緊后能使之成型，松手后不散開，且手上不沾水跡為準），粒度不大于30mm的細砂和粘土拌和。藥卷安放后應立即堵塞，首先塞入可控制堵塞段長度（光爆孔口預留1m～1.5m）的紙團，然后用木炮棍分層壓緊搗實，每層10cm左右為宜，堵塞中注意保護雷管引線。

2.6 組網(wǎng)連接與快速檢測

網(wǎng)絡連接采用并聯(lián)方式，連接線采用GB標稱直徑0.5m雙絞線，米電阻小于0.09歐，最大通信距離1000米。將炮孔內(nèi)引出的導爆管分成若干束，分別捆扎在一發(fā)（或多發(fā)）導爆管傳爆雷管上，將這些導爆管傳爆雷管（或與另外一些孔內(nèi)引出的導爆管）再集束捆扎在上一級傳爆雷管上，直至用一發(fā)或一組起爆雷管激發(fā)即可以將整個網(wǎng)絡起爆（如圖6），這種連接多采用“大把抓”的方法，也稱“捆聯(lián)”。

2.7 起爆和振速檢測

設置起爆設備中設置的“延期時間”，開啟起爆控制程序，“網(wǎng)路測試”無誤后，發(fā)出起爆信號，確認設備和人員全部撤離危險區(qū)，具備安全起爆條件時，方準發(fā)出起爆信號，準許爆破員起爆。

采用UBBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀、AWA5636-0型聲級計、垂直振動速度傳感器和水平振動速度傳感器組成的監(jiān)測系統(tǒng)，對地面振速和振動噪聲進行監(jiān)測。爆破振動測試的重點在于保證建筑物的安全，故監(jiān)測點布置在離掌子面最近的建筑物附近，控制振速<0.5cm/s，爆破振動主頻遠離建筑物頻率。噪聲控制在90dB以下。本次監(jiān)測測點的掌子面豎向最大振動速度為0.47cm/s，掌子面上方附近地面震感很小，振動噪聲74.5<90dB。爆破振動測試波形如圖7所示。

2.8 通風、危石處理、爆破效果與質(zhì)量檢查

通風在響炮15分鐘后進行，洞口處設一臺主風機，為防止洞內(nèi)排出的污濁空氣被再次壓入洞內(nèi)，保證將新鮮空氣壓入洞內(nèi)，主風機安裝在洞外距洞口30m處。掘進工作面設可加強通風效果的局扇并連接管道，將新鮮空氣送到開挖工作面。指定工作人員到作業(yè)面，檢查有無危石、冒石、瞎炮和支護破壞等現(xiàn)象，如遇上述情況，應按照相關規(guī)定立即處理，處理完成后發(fā)出解除信號。若出現(xiàn)瞎炮處理，應填寫瞎炮處理記錄單。如遇危石，應采用裝載機或挖掘機等設備配合人工進行處理。爆破完成后應檢查爆破效果，并做好記錄。根據(jù)炸藥性能、爆破效果、地質(zhì)變化等情況，及時調(diào)整可滿足爆破效果能夠滿足設計和施工規(guī)范要求的爆破參數(shù)。嚴格控制開挖斷面的欠挖和超挖現(xiàn)象。當石質(zhì)堅硬且圍巖完整時，允許個別巖石突出部分侵入襯砌（1m3不大于0.1m2）不小于10cm，墻腳和拱腳以上1m范圍內(nèi)嚴禁欠挖。

根據(jù)上述施工工藝設計過程，總結(jié)出圖8所示電子雷管控制爆破施工工藝流程圖。

3 ?結(jié)論

本文針對中鐵九局集團有限公司承建的大連市南部濱海大道隧道工程三標段存在立體交叉、小凈距隧道群，且新建隧道下穿同香山莊居民區(qū)、防空洞及既有白云山隧道橫洞和西洞等特點，對擾動較小的電子雷管控制爆破施工工藝進行了研究，所得主要結(jié)論如下：

①與現(xiàn)隧道施工普通雷管爆破開挖方法相比，采用電子雷管控制爆破施工工法能防止施工噪音對居民的影響、減少對地表建筑物的震動和圍巖的擾動。從而能防止隧道下穿建筑物時的安全，不發(fā)生建筑物坍塌損毀。②因振動小，所以每次開挖進尺比新奧法施工進尺要多一倍，在縮短施工工期上起到效果。采用普通雷管爆破法開挖，每循環(huán)進尺僅為0.6～0.8m;采用電子雷管控制爆破開挖，每循環(huán)進尺加長至2m。③采用該工藝，不但加快了施工進度，比原非電雷管爆破計劃工期縮短了近一半時間，而且降低了施工成本，經(jīng)核實，共節(jié)約成本200余萬元，平均每米隧道節(jié)省3651元。④采用電子雷管爆破，將振速控制在0.5cm/s以下，成功下穿同香山莊居民區(qū)，滿足了業(yè)主和居民的要求，未出現(xiàn)一次阻工現(xiàn)象，達到了最佳的預期效果。

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