大直徑螺旋掏槽爆破施工技術(shù)應(yīng)用

張艷濤，金焰

(1中國(guó)建筑第五工程局重慶4000602中國(guó)建筑第五工程局重慶400060)

大直徑螺旋掏槽爆破施工技術(shù)應(yīng)用

張艷濤1，金焰2

(1中國(guó)建筑第五工程局重慶4000602中國(guó)建筑第五工程局重慶400060)

本文以重慶市軌道交通三號(hào)線工貿(mào)站及相鄰區(qū)間工程為例，針對(duì)隧道頂部距工貿(mào)大樓基礎(chǔ)最近3m，埋深最大18m情況，通過(guò)大直徑水平機(jī)械掏槽形成一個(gè)大的爆破臨空面，即第二自由面，在爆炸時(shí)圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動(dòng)，有效減弱爆破沖擊峰值、減低爆破震動(dòng)，有效保護(hù)隧道圍巖，達(dá)到精細(xì)控制爆破的目的。

大直徑螺旋掏槽；毫秒延時(shí)雷管；監(jiān)控；超大斷面

1 前言

城市淺埋暗挖硬巖大斷面隧道，在我國(guó)隧道建設(shè)史上并不多見，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地面空間已不能滿足城市功能的要求，地下空間的開發(fā)利用已越來(lái)越顯示出它的優(yōu)越性。重慶市軌道交通三號(hào)線工貿(mào)站位于重慶市南岸區(qū)工貿(mào)大廈及裙樓下部，埋深10～18m，開挖高度為19.6m，開挖寬度為22m，開挖斷面積為370m2。具有典型的城市淺埋硬巖大斷面隧道的特點(diǎn)及施工難度。

因隧道頂部工貿(mào)大樓建設(shè)年代早，年久失修，內(nèi)部多處裂縫，且基礎(chǔ)最近距隧頂僅只有3m，設(shè)計(jì)要求爆破震速必須小于1.5cm/s。本工程通過(guò)實(shí)踐，探索出一種既保證開挖安全，又實(shí)現(xiàn)開挖速度及效益的改進(jìn)措施，供以后類似工程參考。

2 工程地質(zhì)及設(shè)計(jì)概述

該工程在區(qū)域構(gòu)造上隸屬于重慶向斜西翼，巖層產(chǎn)狀115O∠9O，區(qū)內(nèi)無(wú)斷層，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。場(chǎng)區(qū)主要發(fā)育兩組節(jié)理，其產(chǎn)狀大致為：Jl:345O∠75O～80O，裂隙面平直，無(wú)充填，間距1～2m，一般呈閉合狀，鄰近斜坡邊緣卸荷張開，可達(dá)5～10 mm；J2: 290O∠80O，裂隙而平直，無(wú)充填，間距1～4m，一般呈閉合狀，節(jié)理屬硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合一般～良好。頂板為砂巖，最大埋深18m，側(cè)壁上部為砂巖，下部為砂質(zhì)泥巖，巖體完整，圍巖自穩(wěn)性好。砂巖主要巖土參數(shù)：重度25.1kN/m3，飽和抗壓強(qiáng)度30.2MPa，c= 1122kPa，f=44.1°，彈性模量2487MPa，摩擦系數(shù)0.5，地基承載力2040kPa(按砂質(zhì)泥巖考慮)，砂質(zhì)泥巖彈性抗力系數(shù)400MPa/m。

整個(gè)車站隧道施工采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑分臺(tái)階施工方法，分部開挖閉合，通過(guò)合理轉(zhuǎn)換工序，將小洞擴(kuò)為大洞。隧道開挖采用大直徑螺旋掏槽技術(shù)，在隧道的周邊增加減震孔隔孔裝藥，減輕爆破震動(dòng)的危害，并保持圍巖的穩(wěn)定。雙側(cè)壁導(dǎo)坑分臺(tái)階施工的兩側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開15m以上。

3 大直徑螺旋掏槽的原理及優(yōu)點(diǎn)

3.1 大直徑螺旋掏槽的原理

通過(guò)大直徑水平機(jī)械掏槽（65cm水平掏芯）形成一個(gè)大的爆破臨空面，即第二自由面，在爆炸時(shí)圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動(dòng)。在爆破過(guò)程中的減振作用原理主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

開創(chuàng)“第二自由面”，供巖石破碎、膨脹和移動(dòng)的空間。在爆炸時(shí)圍巖沿著“第二自由面”破碎、開裂、移動(dòng)，減小破碎、移動(dòng)圍巖的阻力，單段藥量爆破范圍擴(kuò)大（即破巖應(yīng)力范圍擴(kuò)大），單段藥量對(duì)周邊巖體的峰值振動(dòng)范圍大，爆破振動(dòng)影響就減小，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度也就越小，從而提高爆破效果，并能很好地控制爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。具體見圖1大直徑螺旋掏槽。

圖1 大直徑螺旋掏槽

隔開大直徑兩側(cè)爆破地震波和沖擊波的疊加。大直徑水平掏槽孔左右兩側(cè)炮孔爆炸時(shí)，由于掏槽孔的存在，彼此之間的地震波和沖擊疊加機(jī)率減小或者疊加被錯(cuò)開，減小了地震波和沖擊波對(duì)隧道圍巖破壞，減小對(duì)地表周邊建筑物的影響。剩余部分的大直徑掏槽孔還可以減弱爆破沖擊波。

3.2 大直徑螺旋掏槽與傳統(tǒng)爆破的區(qū)別及優(yōu)點(diǎn)

本工法與常規(guī)爆破相比，在高層建筑物、文物建筑按規(guī)范和設(shè)計(jì)限制只能采用機(jī)械開挖的隧道可以實(shí)現(xiàn)爆破開挖，不僅避免了施工對(duì)高層、文物建筑的不利影響，而且極大地縮短了工期，降低了施工成本。

本工法結(jié)合光面爆破、減振爆破技術(shù)，減少了超欠挖，減少材料浪費(fèi)，提高立架效率、減少噴射時(shí)間，不僅提高施工作業(yè)效率，而且提高經(jīng)濟(jì)效益。

本工法較好地解決了城市高商業(yè)繁華地段中淺埋隧道爆破開挖控制振動(dòng)速度的難題，實(shí)現(xiàn)開挖工藝規(guī)范、安全、高效和高質(zhì)量的綜合目標(biāo)，推動(dòng)了城市控制爆破施工的精細(xì)化，解決了鬧市區(qū)爆破“擾民”的問(wèn)題。

4 爆破鉆爆設(shè)計(jì)及參數(shù)選定

根據(jù)隧道巖質(zhì)情況及本隧道周圍環(huán)境特殊性，本工程依據(jù)《爆破安全規(guī)程》，擬采取大直徑螺旋掏槽的爆破方法，施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果并結(jié)合爆破效果檢查、地質(zhì)變化情況，適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)，以求達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和最佳爆破效果的目標(biāo)。

4.1 單段藥量的確定

本工程采取經(jīng)驗(yàn)公式Qm=R3(VKp/K)3/a，并以設(shè)計(jì)要求的爆破垂直震速控制在1.5cm/s以下，反推處埋深18m時(shí)的最大藥量，為降低爆破震速，開挖循環(huán)控制在0.8m～1m。

4.2 炸藥品種及裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼和輔助炮孔：采用乳化炸藥，Φ32mm直徑藥卷連續(xù)裝藥，非電毫秒雷管起爆。

周邊眼：光爆眼用Φ25mm直徑藥卷間隔裝藥，非電毫秒雷管起爆。

4.3 炮眼數(shù)目及單面體積藥量確定

根據(jù)工程地質(zhì)條件，因該處隧道頂板為砂巖、中部為泥巖，根據(jù)爆破安全規(guī)程，單位耗藥量為0.7kg/m3，每平方米炮眼數(shù)量為2.1個(gè)。

4.4 掏槽的方式

為解決中心掏槽藥量過(guò)程造成震動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，該工程采取大直徑螺旋掏槽的方式

4.5 單眼藥量的確定

炮眼裝藥均可按照公式計(jì)算：

q=K·a·ω·L·λ（1）

q——單眼裝藥藥量（kg）；

k——炸藥單耗（kg/m3）;

a——炮眼間距（m）；

ω——炮眼爆破方向的抵抗線（m）

λ——炮眼部位系數(shù)

4.6 雷管類型及起爆網(wǎng)路

采用導(dǎo)爆管網(wǎng)路與導(dǎo)爆索混合網(wǎng)路。首先起爆掏槽眼，其次起爆輔助眼，再次起爆周邊眼，最后起爆底眼：最大段起爆炸藥量控制在安全震動(dòng)允許的范周內(nèi)。選用非電毫秒雷管為起爆器材，段別為1～20段奇數(shù)段；低段位雷管跳段使用，塑料導(dǎo)爆管(腳線)長(zhǎng)6.0m，網(wǎng)路采用并簇聯(lián)方式。

表1 爆破參數(shù)表

5 監(jiān)控量測(cè)

由于圍巖的復(fù)雜性，目前還不能找到一個(gè)計(jì)算公式準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際情況，因此在爆破施工過(guò)程中必須采取現(xiàn)場(chǎng)爆破監(jiān)控的手段，收集爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)，再根據(jù)收集到的爆破參數(shù)，調(diào)整爆破參數(shù)，指導(dǎo)下一步施工。

爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響的監(jiān)控：根據(jù)多次檢測(cè)震動(dòng)波形分析，該爆破設(shè)計(jì)沒有出現(xiàn)波峰疊加的現(xiàn)象，微差爆破起到了良好的減震作用，并通過(guò)波形圖分析，大直徑螺旋掏槽很好地解決了中心掏槽時(shí)引起的爆破震動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題；并根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)整理得出：在整個(gè)爆破期間除個(gè)別因人為操作不當(dāng)造成個(gè)別爆速達(dá)到2.0cm/s外，基本控制在1.5cm/s以下，對(duì)該隧道頂部建筑物未產(chǎn)生大的影響。從爆破的檢測(cè)結(jié)果看，爆破震速基本符合設(shè)計(jì)要求。

爆破效果的檢查：從整體爆破效果檢查上看，大直徑螺旋掏槽及減震爆破的實(shí)施，加大了炮眼利用率，實(shí)現(xiàn)了很好的光面爆破效果，超前、欠挖基本滿足《鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)范》要求。

6 結(jié)論

在城市超大淺埋隧道且上部分布有大量的樓層時(shí)，通過(guò)大直徑螺旋掏槽及光面爆破，少裝藥、短進(jìn)尺、分區(qū)啟爆破，可以很好地控制爆破震速，保障上部建筑物的安全，同時(shí)通過(guò)過(guò)程的監(jiān)控適時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，既可以滿足施工進(jìn)度要求，又可以實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]唐果良，黃倫海.城區(qū)淺埋大斷面隧道減震爆破技術(shù)[J].建筑與工程學(xué)報(bào).2009，(5).

[2]張滿帆.城市淺埋小徑距地鐵隧道減震爆破技術(shù)[J].低溫建筑技術(shù).2010，(2).

責(zé)任編輯：余詠梅

Application of Large Diameter Screw Cut Technology in Construction Blasting

This paper refers to the case project of the Gongmao Station of Rail Transit Line 3 and neighbouring construction in Chongqing.The roof of the tunnel is 3 metres(min)from the building foundation.We buried explosives 18 metres(max)deep,using Large Diameter Horizontal machine to cut so as to form a big blasting exposed slope phase---the second exposed slope phase.During the explosion rock mass break,crack,move along the second exposed slope phase,which effectively reduced the blasting surging peak and vibration and achieved the goals of vibration reduction and improvement of blasting effects.Meanwhile,rock mass are effectively protected by applying smooth wall and vibration reduction blasting technology to control blasting precisely.Through process control and timely blasting parameters adjustment,good effect are achieved.

burn screw cut;millisecond delay detonators;supervisory control;super section

U455.6

A

1671-9107（2010）09-0064-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.9.064

2010-7-28

張艷濤（1983-），男，助理工程師，主要從事工程管理工作。