臨近既有運(yùn)營(yíng)地鐵線明挖基坑爆破開(kāi)挖監(jiān)理安全控制措施

魯 梅（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司，上海 200032）

0 引言

隨著城市地鐵的迅速發(fā)展，涉及鄰近已運(yùn)營(yíng)地鐵線路施工的情況將普遍增多。本文基于硬巖地質(zhì)條件下鄰近既有運(yùn)營(yíng)地鐵線爆破監(jiān)理控制措施做了全面闡述，從工程風(fēng)險(xiǎn)分析、監(jiān)理控制安全、技術(shù)措施敘述等方面，呈現(xiàn)深基坑鄰近既有地鐵運(yùn)營(yíng)線路施工中能夠確保施工期間運(yùn)營(yíng)安全的爆破施工成功案例。希望能為類似工程的參建者提供參考。

1 工程概況

青島地鐵8號(hào)線青島北站站—滄口站區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱“8號(hào)線青滄區(qū)間”）明挖段位于青島北站東廣場(chǎng)東側(cè)，明挖深基坑位于既有運(yùn)營(yíng)青島地鐵3號(hào)線（以下簡(jiǎn)稱“3號(hào)線”）永平路站—青島北站區(qū)間兩側(cè)，東接本區(qū)間暗挖段，西接地鐵青島北站，為左右分建的兩條平行單線明挖區(qū)間。

該區(qū)間左線基坑全長(zhǎng)186.446 m，右線基坑全長(zhǎng)196.484 m，明挖段基坑深度18.3 m～24.4 m，爆破深度5 m～15 m，基坑寬度6.2 m，呈東西走向。采用灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)＋鋼支撐為內(nèi)支撐的支護(hù)型式，φ1000 mm旋噴樁為止水樁，圍護(hù)樁間掛網(wǎng)噴射混凝土?？辈靾?bào)告顯示，基坑巖石最大抗壓強(qiáng)度為35 MPa。左線基坑距離3號(hào)線結(jié)構(gòu)4.3 m～9.8 m，右線基坑距離3號(hào)線8.1 m～9.6 m。

2 工程風(fēng)險(xiǎn)分析

8號(hào)線明挖深基坑鄰近3號(hào)線，屬于臨近既有運(yùn)營(yíng)地鐵線在地鐵特別保護(hù)區(qū)（凈距小于5 m）內(nèi)施工，如果爆破振速過(guò)大超標(biāo)，很容易造成3號(hào)線結(jié)構(gòu)變形、道床位移、軌道位移、設(shè)施設(shè)備損壞等影響地鐵運(yùn)營(yíng)的嚴(yán)重后果，社會(huì)影響大，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)判定為I級(jí)。爆破開(kāi)挖控制是本工程重難點(diǎn)。

針對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)，8號(hào)線基坑開(kāi)挖施工前期進(jìn)行了多次試爆破，采集技術(shù)參數(shù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，適時(shí)優(yōu)化參數(shù)；嚴(yán)格管理控制爆破；對(duì)3號(hào)線實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，以確保3號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全為宗旨。

3 監(jiān)理控制措施

3.1 基坑爆破開(kāi)挖監(jiān)理控制總體要求

減小對(duì)3號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)的影響（不封鎖、不限速）；不能對(duì)3號(hào)線的結(jié)構(gòu)、道床、軌道造成任何影響及損壞；設(shè)計(jì)爆破振速為≤1.5 cm/s，內(nèi)控振速≤1.0 cm/s。

3.2 基坑爆破開(kāi)挖監(jiān)理控制技術(shù)措施

3.2.1 基坑外減震孔設(shè)置

8號(hào)線基坑距離3號(hào)線最近處4.2 m，風(fēng)險(xiǎn)最高，為降低爆破振速，最大限度降低對(duì)3號(hào)線的影響，在3號(hào)線與8號(hào)線之間打設(shè)空孔灌沙將8號(hào)線基坑與3號(hào)線分離，孔徑200 mm，孔中心間距200 mm，并設(shè)置8 m長(zhǎng)鋼護(hù)筒，深度14 m。

3.2.2 基坑內(nèi)減震槽設(shè)置

為進(jìn)一步降低8號(hào)線基坑爆破開(kāi)挖施工對(duì)3號(hào)線的影響，在8號(hào)線左、右線基坑靠近3號(hào)線一側(cè)采用靜態(tài)爆破技術(shù)，預(yù)先形成一條2 m寬的減震槽，與基坑外減震孔雙管齊下。具體如下。

（1）鉆孔設(shè)置?？拙?.6 m～1.1 m，排距0.5 m～1 m，孔深2 m，采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)垂直打眼，與炮眼一同打設(shè)。

（2）膨脹炸藥安裝。鉆孔完成后，靠3號(hào)線側(cè)4排炮孔裝膨脹炸藥，灌滿至孔口。

（3）灌水膨脹。灌水使膨脹炸藥發(fā)揮作用，作用時(shí)間為12 h～16 h，主要目的為預(yù)裂巖石。

（4）脹炸藥發(fā)揮作用預(yù)裂巖石完成后，與基坑內(nèi)其余炮孔同時(shí)安裝乳化炸藥，實(shí)施起爆。

3.2.3 微差預(yù)裂控制爆破技術(shù)控制

8號(hào)線青滄區(qū)間明挖基坑爆破采用微差預(yù)裂控制爆破，以淺孔松動(dòng)爆破為主，運(yùn)用逐孔起爆方式，進(jìn)一步降低爆破影響。爆破參數(shù)選取如下。

（1）孔網(wǎng)參數(shù)：孔徑（d）為40 mm；臺(tái)階高度（H）為1.0 m～2.0 m；底盤(pán)抵抗線（W1）為（0.4～0.5）H；孔距（a）為0.6 m～1.1 m；排距（b）為0.5 m～1.0 m；超深（h）為0.2 m～0.3 m；孔深（L）由H＋h得出，為1.0 m ～2.3 m；填塞長(zhǎng)度（L2）為20 d～30 d，單耗（q）為0.25 kg/m3～0.35 kg/m3，鉆孔角度為90°。

布孔：中部區(qū)域采用梅花形布孔，靠近邊緣一排加密布孔（如圖1所示）。

（2）單孔裝藥量計(jì)算控制。依照計(jì)算公式：前排Q1＝qaW1H，后排Q2＝kqabH（k取1.1）計(jì)算單孔藥量。不同臺(tái)階高度單孔藥量計(jì)算參考值，如表1所示。具體參數(shù)可以視試爆破情況作修整。

表1 裝藥參數(shù)參考值

頂部采用1.5 m臺(tái)階高度，一次最大爆破長(zhǎng)度25 m，爆破炮孔不超過(guò)6排，每排不超過(guò)30孔，合計(jì)不超過(guò)190孔，總藥量54 kg以內(nèi)，起爆藥量計(jì)算，如表2所示。

表2 一次最大爆破規(guī)模裝藥結(jié)構(gòu)及臺(tái)階要素

（3）起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)控制。根據(jù)該工程周邊環(huán)境特點(diǎn)，采用孔內(nèi)孔外相結(jié)合的非電毫秒延時(shí)爆破網(wǎng)路，按不同距離及相應(yīng)允許安全藥量分段，控制最大一段爆破藥量?？變?nèi)使用大段別雷管，孔外使用非電雷管傳爆接力，根據(jù)允許起爆的安全藥量、孔數(shù)，采用串聯(lián)方式聯(lián)接。爆破距離3號(hào)線較近時(shí)（4.2 m）采取小臺(tái)階（1 m），單孔起爆，小規(guī)模爆破。

3.2.4 3號(hào)線內(nèi)采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

（1）3號(hào)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。8號(hào)線青滄區(qū)間（明挖段）主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目除采用常規(guī)監(jiān)測(cè)外，在3號(hào)線內(nèi)引入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)3號(hào)線情況，信息化指導(dǎo)施工。

明挖基坑常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：樁頂水平位移，樁頂沉降，樁體位移，支撐軸力，地表沉降，地下水位等。

3號(hào)線內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：結(jié)構(gòu)沉降，結(jié)構(gòu)水平位移，凈空收斂，道床沉降監(jiān)測(cè)，爆破振速等。其中3號(hào)線爆破振速自動(dòng)化監(jiān)測(cè)布置10 m1組，實(shí)時(shí)記錄爆破振動(dòng)速度。

（2）爆破振速自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)施。根據(jù)地鐵方面的相關(guān)規(guī)定，為避免影響列車運(yùn)營(yíng)要求，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，爆破振速監(jiān)測(cè)也采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方式，運(yùn)用光纖光柵傳感技術(shù)。

（3）光纖光柵爆破振速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于光纖光柵傳感技術(shù)在某一頻率區(qū)間內(nèi)，其振速與波長(zhǎng)變化量成線性關(guān)系，所以也可用于測(cè)試振速，如土木工程中的橋梁、隧道、建筑的施工及長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)。

三維加速度計(jì)就是用于測(cè)試三個(gè)方向（垂直方向、水平方向、縱向）的加速度、振動(dòng)頻率或振速，由三個(gè)單向加速度計(jì)組成。

本系統(tǒng)主要由監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)（前端光纖光柵傳感器及智能視頻監(jiān)控設(shè)備子系統(tǒng)）、光纖通訊傳輸線路和監(jiān)控中心（光纖傳感分析儀主機(jī)設(shè)備、工控機(jī)、顯示設(shè)備及聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)）三部分組成，具有能耗低、低碳、高速、容量大、距離遠(yuǎn)、范圍大等特點(diǎn)。

本工程布設(shè)爆破振速監(jiān)測(cè)點(diǎn)23個(gè)。爆破振速儀采用4×40的塑料膨脹管＋螺絲釘鉆孔安裝在主體結(jié)構(gòu)上。每臺(tái)使用6套，務(wù)必安裝牢固，采用膠體黏結(jié)儀器與墻體的接觸面，以保證振速波的采集。光線終端盒采用同樣的方法固定。

3.3 基坑爆破開(kāi)挖監(jiān)理控制管理措施

3.3.1 爆破防護(hù)監(jiān)理管理措施

為有效地控制飛石，采用松動(dòng)爆破的方式，監(jiān)理要求設(shè)置專職監(jiān)控員監(jiān)控裝藥量及設(shè)置起爆網(wǎng)絡(luò)。裝藥時(shí)，嚴(yán)控單孔藥量并確保證堵塞長(zhǎng)度。爆破作業(yè)時(shí)，在炮孔上覆蓋橡膠炮被。在基坑冠梁擋土墻上設(shè)置30 m×7 m的鋼蓋板防護(hù)，防止飛石飛出基坑外，引發(fā)安全事故；鋼蓋板骨架由I18工字鋼和I16工字鋼縱、橫向交叉焊接，形成平面骨架；骨架上鋪設(shè)3 mm～6 mm厚鋼板封閉。

3.3.2 爆破安全監(jiān)理管理措施

（1）3號(hào)線上下行車站內(nèi)設(shè)置駐站聯(lián)絡(luò)人員，利用列車運(yùn)營(yíng)間隔實(shí)施爆破。

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置起爆警戒防護(hù)，防護(hù)距離60 m。

（3）在雷管、炸藥臨時(shí)存放點(diǎn)三側(cè)各砌筑240厚磚墻一道，高度2.5 m，加設(shè)10 mm厚鋼板做頂棚防護(hù)，防范意外爆破。每天按照當(dāng)?shù)毓膊块T要求及時(shí)把剩余爆破物退庫(kù)。

（4）為保證3號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全及確定爆破參數(shù)的合理性，在距離需保護(hù)建筑物最近爆破區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)藥量試驗(yàn)爆破，根據(jù)試驗(yàn)爆破的實(shí)際爆破效果及爆破振動(dòng)檢測(cè)數(shù)值反推以上爆破設(shè)計(jì)是否合理，為后續(xù)爆破提供可靠依據(jù)。分別在左線、右線基坑中部試爆。

（5）安全保證措施。爆破施工流程控制：測(cè)量放線和布孔→鉆孔→炮孔檢查與廢碴清除→裝藥并安裝引爆器材→鋪設(shè)炮被→設(shè)置警戒，撤出施爆區(qū)人、機(jī)→起爆→清除瞎炮→解除警戒→出碴→進(jìn)入下道工序。

爆破時(shí)，應(yīng)采取下列措施以保證安全：嚴(yán)格監(jiān)控專項(xiàng)方案落地，開(kāi)工前，監(jiān)理應(yīng)要求并監(jiān)督技術(shù)人員和所有作業(yè)人員對(duì)爆破方案了如指掌，如單孔裝藥量、填塞質(zhì)量等，應(yīng)準(zhǔn)確控制微差聯(lián)網(wǎng)繼起爆最大藥量、起爆順序、炮眼參數(shù)等，監(jiān)理應(yīng)抽查考核施工技術(shù)人員和作業(yè)人員對(duì)專項(xiàng)方案及爆破技術(shù)參數(shù)掌握熟練情況，考核不合格的人員不得上崗，直到考核合格方可上崗；監(jiān)理應(yīng)要求并監(jiān)督落實(shí)對(duì)爆破底標(biāo)高的嚴(yán)格控制，最后一遍炮的炮眼超深應(yīng)控制在0.3 m～0.5 m；利用沙袋及炮被控制飛濺石頭，即在爆破區(qū)域邊附近采用沙袋加炮被全覆蓋方式；監(jiān)理應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控執(zhí)行爆炸物品登記、管理、發(fā)放、清退及警戒制度；控制爆破時(shí)間，與運(yùn)營(yíng)公司實(shí)時(shí)對(duì)接，安排在列車行車間隔進(jìn)行起爆，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)組應(yīng)在每次爆破后讀取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷3號(hào)線結(jié)構(gòu)是否安全。

（6）質(zhì)量保證措施：每次打炮眼之前，必須進(jìn)行測(cè)量放線和交底，確定范圍、爆破厚度及采用的參數(shù)，并嚴(yán)格按交底進(jìn)行施工；嚴(yán)格按交底間距排距、孔深進(jìn)行鉆孔，裝藥前必須檢查孔位、深度、傾角是否符合要求，孔內(nèi)有無(wú)堵塞；嚴(yán)格按規(guī)定約量進(jìn)行裝藥，網(wǎng)絡(luò)布設(shè)符合爆破設(shè)計(jì)要求，確保起爆順序正確；做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)炮工作。

4 效果驗(yàn)證

8號(hào)線青滄區(qū)間明挖段于2018年8月7日試爆，于2018年12月6日完成爆破；爆破參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。3號(hào)線自動(dòng)化爆破振速監(jiān)測(cè)儀記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下：起爆藥量控制24 kg，爆破振速最小為0.445 cm/s、最大0.787 cm/s、起爆長(zhǎng)度16 m～25 m不等。

明挖段整個(gè)爆破施工期間，3號(hào)線內(nèi)結(jié)構(gòu)變形、位移和收斂均在控制值 ±5 mm 的允許范圍內(nèi)，施工期間無(wú)預(yù)警。自動(dòng)化爆破振速儀記錄的數(shù)據(jù)均小于內(nèi)控目標(biāo)值≤1.0 cm/s。施工期間未發(fā)生3號(hào)線設(shè)施設(shè)備因爆破震動(dòng)松動(dòng)脫落導(dǎo)致列車限速、列車停運(yùn)等事件，安全平穩(wěn)順利地完成了8號(hào)線青滄區(qū)間明挖段深基坑爆破開(kāi)挖工程。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市地鐵軌道交通的快速發(fā)展，涉及鄰近已運(yùn)營(yíng)地鐵線路施工的工況越來(lái)越普遍，針對(duì)極大工程風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)理必須發(fā)揮關(guān)鍵作用，采用科學(xué)合理的技術(shù)措施，落實(shí)嚴(yán)格細(xì)致的管理措施，使工程風(fēng)險(xiǎn)始終處于嚴(yán)控狀態(tài)及可控狀態(tài)，確保施工過(guò)程中運(yùn)營(yíng)線路安全，該案例解決了本工程一大難題，獲得了業(yè)主和當(dāng)?shù)匦姓鞴懿块T的高度認(rèn)可，希望本案例能夠?yàn)槠渌鎸?duì)類似工程的監(jiān)理人員提供可靠參考。