控制爆破技術(shù)在地下暗挖頂管作業(yè)中的應(yīng)用

王敏 陳新

【摘要】大連東港商務(wù)區(qū)220千伏供電隧道主體施工二標(biāo)段7段地下頂管控制爆破工程，屬復(fù)雜環(huán)境下的地下石方控制爆破，通過控制爆破方案的確定，爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)，起爆網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)控制等，取得了良好的爆破效果，在保證施工安全的前提下加快了頂管的施工進(jìn)度，節(jié)省了項(xiàng)目投資。

【關(guān)鍵詞】隧道;暗挖;頂管施工;爆破技術(shù);設(shè)計(jì)參數(shù)

Application of controlled blasting technology in underground pipe jacking operation

【Abstract】Dalian Donggang Business District 220 kV Power Supply Tunnel body construction bid 2 7 section of controlled blasting of underground pipe jacking engineering， underground stone controlled blasting under complicated environment， through the control of the determination of blasting scheme， the design of blasting parameters， blasting network， the corresponding control and so on， has obtained the good blasting effect， on the premise of ensure the safety of construction speed up the construction progress of pipe jacking， Saving project investment。

【Key words】 The tunnel;underground;Pipe jacking construction;Blasting technology;Design parameters

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.09.057

引言：

伴隨國家經(jīng)濟(jì)的逐步增長，城市化的加快，加之全民對環(huán)保意識的加強(qiáng)，地下工程建設(shè)的需求量在逐步增加，其中，頂管技術(shù)因施工速度快、控制精度高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在地下管線的建設(shè)中起到了舉足輕重的作用。但由于地質(zhì)情況復(fù)雜，頂管施工中頻繁出現(xiàn)人工機(jī)械等難以頂進(jìn)的地質(zhì)，從而使管道不能正常頂進(jìn)，造成施工進(jìn)度減緩、施工效果的降低。控制爆破能有效的控制爆破作業(yè)引起的振動，從而在地下頂管作業(yè)被廣泛采用，提高安全性的同時(shí)也能有效地縮短施工工期。本文通過工程實(shí)例，介紹了控制爆破技術(shù)在地下頂管作業(yè)中的應(yīng)用，為同類工程提供借鑒。

1、工程概況及周邊環(huán)境

1.1設(shè)計(jì)概況

大連東港商務(wù)區(qū)220千伏供電隧道主體施工二標(biāo)段7段地下頂管控制爆破工程位于大連市中山區(qū)青云林海小區(qū)220KV變電站東側(cè)，頂管施工段為東西向布置全長36米，頂管為外徑2.4米×內(nèi)徑2米×長2米（一節(jié)）的預(yù)制鋼筋混凝土管，埋深2.5米，使用千斤頂逐節(jié)頂入爆破空間內(nèi)，爆破開挖自然方量約187.5m3。依據(jù)地勘報(bào)告，爆破巖體為中風(fēng)化石英巖夾板巖，無巖體裂隙水滲出現(xiàn)象。爆破施工區(qū)域南側(cè)有兩處地面建筑物，一處為兩層磚混結(jié)構(gòu)臨建，距爆區(qū)邊緣直線距離約20m遠(yuǎn);另一處為220kv青云變電站，距爆區(qū)邊緣直線距離約50m遠(yuǎn)，地下爆區(qū)上空有兩條約8-10米高，高架輸電線路。頂管爆破施工區(qū)域環(huán)境示意圖如圖1所示，爆破斷面尺寸如圖2所示。

1.2工程難點(diǎn)

大連地區(qū)基巖埋深較淺，臨近海邊，地下水影響因素大，且臨近高壓變電站，根據(jù)周邊環(huán)境要求采取控制爆破，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行爆破振動速度的量測和控制，調(diào)查周邊影響范圍內(nèi)的建筑物、地下管線現(xiàn)狀，進(jìn)行爆破安全評估，必要時(shí)進(jìn)行專家論證。

1.3爆破技術(shù)方案

考慮本工程巖石產(chǎn)狀及周邊環(huán)境的影響，爆破開挖需人工和機(jī)械開挖相結(jié)合進(jìn)行，采用非電毫秒導(dǎo)爆系統(tǒng)，孔內(nèi)外微差順序起爆方案，進(jìn)行松動爆破施工。

以爆破振動為主要控制指標(biāo)，設(shè)計(jì)單次循環(huán)進(jìn)尺均為0.8m（掏槽孔除外），循環(huán)進(jìn)尺為38次，起爆順序?yàn)樘筒劭住o助孔→周邊孔，裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

1.4爆破技術(shù)參數(shù)

1.4.1確定單次循環(huán)進(jìn)尺斷面孔數(shù)

確定斷面孔數(shù)孔，考慮巖性情況，取27孔。

式中：f—巖石堅(jiān)固性系數(shù)，取8-10。

S—橫通道截面積約6.25㎡。

1.4.2參數(shù)確定

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.5布孔方式及起爆網(wǎng)路

單次循環(huán)進(jìn)尺，斷面中心設(shè)置直徑為90mm的空孔不裝藥，空孔周邊設(shè)置6個(gè)掏槽孔，掏槽孔間距450mm，輔助孔排距550mm，周邊孔距開挖輪廓邊線150mm，布孔方式示意圖如圖4所示。

起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)，掏槽孔單孔起爆，其它孔兩孔一響，孔內(nèi)、外微差簇連法起爆（掏槽孔內(nèi)分別使用MS1至MS6，第1至3排輔助孔內(nèi)各使用MS1至MS3，第4至5排周邊孔內(nèi)各使用MS1至MS3導(dǎo)爆管雷管;孔外排間連線，從第1排至第5排分別使用MS1至MS6導(dǎo)爆管雷管）。最大單段起爆藥量（掏槽孔）為0.3kg，最大單次起爆藥量（整個(gè)單次循環(huán)進(jìn)尺斷面）為4.95kg。

1.6爆破規(guī)模

基于工期的控制和人工機(jī)械排渣清運(yùn)能力，單日循環(huán)進(jìn)尺0.8m，單日循環(huán)進(jìn)尺的爆破孔數(shù)為27孔，其中掏槽孔6個(gè)，使用炸藥1.8kg，其它孔21個(gè)，使用炸藥3.15kg，單日循環(huán)進(jìn)尺使用炸藥量為4.95kg，總循環(huán)次數(shù)38次，本工程使用炸藥總量189kg。

2、爆破施工控制措施

2.1質(zhì)量控制措施

嚴(yán)格規(guī)范爆破施工設(shè)計(jì)、爆破安全評估、爆破安全監(jiān)理等各個(gè)施工環(huán)節(jié)，相關(guān)作業(yè)人員持證上崗。每次鉆爆作業(yè)前進(jìn)行安全交底，明確各鉆爆參數(shù)，并經(jīng)工程師檢查后方可開始施工，根據(jù)每次爆破后效果，不斷改進(jìn)爆破設(shè)計(jì)，優(yōu)化參數(shù)。

2.2安全技術(shù)措施

爆破作業(yè)周邊環(huán)境復(fù)雜，除臨近民用建筑物外還有高壓變電站，施工時(shí)要嚴(yán)格控制鉆孔、起爆等各個(gè)環(huán)節(jié)的振動影響，通過試爆等方式不斷優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)。

2.3爆破飛石的控制

由于爆破工作面處于地下，爆破可能產(chǎn)生的飛石會由掌子面向頂管施工端口方向飛散，因此，在爆破之前采取了相應(yīng)措施。首先，對施工區(qū)域所有人員進(jìn)行疏散，保證頂管內(nèi)無作業(yè)人員，并在頂管施工端口使用長、寬不小于2.5米的較厚鋼板進(jìn)行鋪蓋，最后，按照爆破安全規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行警戒距離為300米的區(qū)域設(shè)置警戒，各警戒點(diǎn)安排專業(yè)警戒人員執(zhí)勤。

2.4爆破振動的控制

通過爆破安全規(guī)程計(jì)算了爆破對周邊建筑物結(jié)構(gòu)振動速度，獲得質(zhì)點(diǎn)振動速度可以評估周邊建筑物所受爆破的影響。振動速度的計(jì)算根據(jù)以下公式：

式中：R—爆破孔中心點(diǎn)距離周邊建筑物距離，m;

V—周邊建筑物振動速度;

K、α—分別為爆破圍巖質(zhì)量系數(shù)與爆破振動衰減系數(shù)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定取值，這里取180和1.7，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

依據(jù)爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）表2規(guī)定，選取被保護(hù)物的安全允許振動速度，對于磚混結(jié)構(gòu)臨建參考“一般民用建筑”一欄，允許振動速度為2.5～3.0cm/s;對于青云變電站設(shè)備參考“運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備”一欄，允許振動速度為0.7～0.9cm/s。通過控制，本工程爆破產(chǎn)生的振動速度遠(yuǎn)小于規(guī)程的規(guī)定值，爆破所產(chǎn)生的震動危害不會對周邊被保護(hù)建筑物造成影響。

2.5爆破沖擊波的控制

根據(jù)霍普金遜相似率公式

式中：△P—為沖擊波超壓值。

K—與爆破場地條件相關(guān)系數(shù)因毫秒起爆取1.48

R—距被保護(hù)物最近直線距離為20米

Q—最大單段起爆藥量為0.3kg

α—空氣沖擊波衰減系數(shù)，因毫秒起爆取1.55

經(jīng)計(jì)算得出本工程單次循環(huán)進(jìn)尺所產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓值為36Pa，遠(yuǎn)小于爆破安全規(guī)程表4要求的“基本無破壞”超壓值2×103Pa。

3、爆破效果及總結(jié)

3.1爆破效果

本工程共進(jìn)行38次爆破作業(yè)，總工期50日歷天，爆破效果達(dá)到設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，周邊建筑物及精密儀器設(shè)備安好無損，在保證施工安全的前提下實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)施工記錄統(tǒng)計(jì)和儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)，爆破所產(chǎn)生的各項(xiàng)危害均控制在安全允許的范圍內(nèi)。

3.2總結(jié)

（1）在地下暗挖頂管作業(yè)的施工中，如遇難以開挖的堅(jiān)硬巖石，采用控制爆破技術(shù)的輔助手段可以有效的幫助頂管作業(yè)順利推進(jìn)，減少施工成本，縮短工期。

（2）針對環(huán)境較為復(fù)雜的地下暗挖爆破作業(yè)，應(yīng)遵循短進(jìn)尺、多循環(huán)，堅(jiān)持多打孔少裝藥的施工原則，盡量避免多孔多排起爆，加快施工進(jìn)度的同時(shí)，更加嚴(yán)格控制了爆破產(chǎn)生的振動，確保安全施工。

（3）應(yīng)用孔內(nèi)外微差起爆，控制爆破振動對周邊被保護(hù)建（構(gòu)）筑物的影響，合理的設(shè)計(jì)單段藥量和起爆段別能有效的提高爆破破碎質(zhì)量，滿足空間狹小的頂管內(nèi)爆后人員清渣的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國工程爆破協(xié)會.《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）[S].北京：國家安全生產(chǎn)管理局，2014.

[2]熊焰.北京市的頂管施工技術(shù)發(fā)展回顧與展望[J].市政技術(shù)，1994.

[3]鮑新海，郭厚軍.爆破掘進(jìn)頂管施工[J].西部探礦工程，2008，20（9）.

[4]馬保松，蔣國盛等.頂管和微型隧道技術(shù)[M].人民交通出版社，2004.

[5]汪旭光，于亞倫，劉殿中.爆破安全規(guī)程實(shí)用手冊[S].人民交通出版社，2004.