隧道控制爆破及相關問題的探討

王鐵力

（中鐵二十局集團第四工程有限公司,山東 青島 266061）

1 工程概況

位置及周邊環境。青島地鐵五浮區間位于青島市香港中路與南京路下方，毗鄰青島市著名的五四廣場和青島市政府中心。區間隧道左線長1269.637 m，右線長1298.429 m，平面曲線半徑最大為450 m，最小350 m，最大縱坡2.91%。結合工期要求，在區間中部新浦路設置一座施工豎井（豎井通道與聯絡通道結合設置），區間在線路最低點設置一聯絡通道及泵房。區間出五四廣場站，沿香港中路前行，后轉到南京路下方。區間段地面交通繁忙，人流、車流很大，穿越多個高層辦公及商住樓，區間附近建筑物密集。

2 控制爆破技術方法

1）豎井。豎井設置在新浦路，垂直開挖高度28.13 m，豎井斷面5 m×9 m，鎖口深度1.2 m，高出地面30 cm，采用錨噴支護。在全風化、強風化及中風化互層巖層中，先采用人工配合反鏟開挖全風化、強風化花崗巖并修整成臺階。

采用淺孔低臺階法開挖，臺階高度1.0～1.2 m，以控制飛石方向和增加臨空面，減少爆破振動速度，炮眼采用炮泥堵塞，并對孔口覆蓋管簾，同時采用井口加蓋防飛石措施，飛石受到控制，從未逸出井口，確保了安全施工。

2）馬頭門進洞口段。由豎井轉入橫通道，圍巖為Ⅱ～Ⅲ級，采用精細光面爆破方法，解決了最容易坍塌或成型差、超挖大的問題。馬頭門臺階開挖，采用短進尺、精細爆破方法，在超前注漿小導管的保護下，周邊鉆孔密集，孔距25 cm，裝藥量為0.10～0.15 kg/m,循環進尺1.0 m。采用此法，成形好，拱部炮眼痕跡保存率85%以上，圍巖穩定，無松石，同時由于弱裝藥，短進尺，精細爆破，R=28.6～53 m，爆破振動速度控制在20 mm/s以內。

3）橫通道。由于橫通道局部地段仍為“上軟下硬”，因此仍利用此特殊地層條件，采用超前鋼管支護（非注漿小導管），φ42 mm×3 m，@40 cm，先利用反鏟開挖全風化、強風化花崗巖，并修整齊平，增加臨空面，減少裝藥達到減振目的，以達到減振作用。下臺階仍采用短進尺弱爆破施工。采用此法仍達到了控制爆破振動速度的目的，橫通道測點 R=28.6～53 m，爆破振動速度 v≤20 mm/s,由于有了超前鋼管支護，保護了圍巖，防止了坍方與大量超挖。值得注意的是埋深較淺時，采用此法十分見效，沒有因爆破引起坍方。

3 隧道控制爆破技術

3.1 控爆標準

區間下穿香港中路及南京路及多座高層建筑物，處于鬧市區，臨近青島市政府，對爆破振動速度和噪聲控制要求高，主要監控量測控制標準見表1。

表1 主要監控量測標準

3.2 控制爆破振動速度技術

3.2.1 控制振速技術方法

1）采用分部開挖光面爆破。圍巖以中風化花崗巖為主，節理、裂隙發育，地下水成線狀出露。采用鉆爆法施工，臺階法開挖，臺階長度6～9 m，上臺階高度3.2 m，上臺階開挖面積13.9 m2，臺階法下臺階開挖面積18.1 m2。Ⅲ級圍巖臺階法鉆爆設計見圖1，鉆爆設計參數表2，并按照檢測結果調整裝藥量，鉆爆主要經濟技術指標見表3。

圖1 Ⅲ級圍巖臺階法鉆爆設計圖

2）嚴格控制最大一段裝藥量。按薩道夫斯基公式，計算區間正線下穿建筑物段最大一段裝藥量進行試爆，與實測結果對比，并在施工中調整。

3）多段雷管起爆，雷管起爆時間間隔在50 ms以上。采用2號巖石乳化炸藥，藥卷規格φ32 mm×300 g，1～15段塑料導爆管毫秒雷管，使用高能脈沖起爆器起爆。

4）光面爆破參數。上臺階周邊眼間距E=45 mm，抵抗線W=55 cm，周邊眼共23個，相對距離E/W=0.85，線裝藥集中度0.15～0.20 kg/m。

5）完整的振動監測與對保護對象的觀察，監測數據反饋于爆破設計，以調整炸藥用量和起爆順序等主要爆破參數，把爆破振動速度控制在允許范圍以內。

表2 鉆爆設計參數

表3 主要經濟技術指標

3.2.2 減振效果

通過優化鉆爆設計，現場跟班指導，嚴格控制爆破進尺、裝藥量、起爆順序，爆破振動速度均控制在允許值20 mm/s內，爆破輪廓成形較好，達到了預期的減振效果，保證了施工安全。

4 關于選用K，α值的探討

1）目前開挖的地層普通為“上軟下硬”，一是隧道穿過硬巖，建（構）筑物基礎在軟巖上，二是隧道穿過硬巖，建（構）筑物基礎在硬巖（樁等）上。根據薩道夫斯基公式：

式中：R——爆破振動安全允許距離，m；Q——炸藥量，最大一段藥量，kg；V——保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s；K，α——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，可按表4選取或通過現場試驗確定。

表4 不同巖性的K，α值

表4表述的是爆區不同巖性的K，α值，巖性分“堅硬巖石”、“中硬巖石”、“軟巖石”，是范圍非常大的分類。

對于隧道施工而言，地形因素一般不變，主要是圍巖因素。城市地鐵區間隧道需要采用礦山法鉆爆施工的地層多為“上軟下硬”，即象五浮區間隧道一樣的從地面到隧底的地層。對于區間隧道光面爆破和控制爆破振動速度，在允許值20 mm/s的初步計算與設計中，首先就遇到薩道夫斯基公式計算最大一段裝藥總量的問題，問題中就是如何根據隧道和被保護建（構）筑物及管線所處的地質條件，選取K，α值問題。針對五浮區間隧道已知爆源至被保護建（構）筑物的最近距離R與爆破振動速度允許值20 mm/s。根據洞身穿過的圍巖及其上約5～8 m厚的中風化和微風化花崗巖選取K，α，與根據建（構）筑物地基所處的地層地質條件即強、全風化、砂層與素填土，選取K，α值，計算出的結果，最大一段藥量相差很大。如果按從前的取值方法，即按洞身所處地質條件，五浮區間隧道應取巖性為中硬巖石，K=150～250，α=1.5～1.8，按照R=20 m，V=2.0 cm/s，計算結果 Q=1.422 kg。而按所需保護的建（構）筑物所處的地質條件，巖性為軟巖石，K=250～350，α=1.8～2.0，按照 K=350，α=2.0，R=20 m，V=2.0 cm/s，則 Q=3.456 kg，當取K=300，α=2.0，R=20 m，V=2.0 cm/s，則 Q=4.354 kg。測點的布置按照《爆破振動測試技術探討》建議的方法進行。

2）根據五浮區間隧道的光面爆破實施統計來看，最大一段裝藥量控制在4.5 kg內，爆破振動速度保持在10～20 mm/s之間。由此可見，采取建（構）筑物所處軟巖石地層的巖性K，α值，比較接近實際量測的爆破振動速度，這就是應該討論的問題。這一問題也就是軟弱結構面對爆破地震傳播的影響問題。當然，最好是通過50次以上的爆破循環的實際的R，Q和V，通過回歸求出K，α值，以驗證取值的范圍和取值方法。今后應不斷收集數據和積累經驗，來驗證K，α值的取值方法。

5 結語

五浮區間施工豎井、橫通道和區間隧道施工至今，爆破振動速度和噪聲得到有效控制，防止了坍方，確保了施工安全，主要經驗如下：

1）采用“一算、二試、三測、四調整、五實施、六反饋”，六步驟控制方法。

2）控制最大一段裝藥量，不超過由計算和量測決定的最大一段裝藥量。

3）采用臺階法開挖，控制一次爆破規模，配齊1～15段塑料導爆管毫秒雷管，采用多段雷管起爆，段間間隔時間50 ms以上，避免振動速度峰值重疊。

4）堅持光面爆破。加強鉆孔精度，打眼、裝藥分片區專人負責，并根據爆破效果對鉆爆參數進行修正。

5）采用鋼管超前支護，起到“減振孔”的作用。

6）堅持爆破振動量測“每炮必測”，做到隨時反饋到爆破施工中。

7）豎井施工中采用臺階法開挖，炮孔孔口覆蓋，井口加蓋，杜絕飛石逸出井口，降低噪聲。

8）呼吁城市地鐵業主、設計工程師和監理工程師，對于爆破振動允許值還是應以《爆破安全規程》的規定為準，不要一概而論，對任何建筑物、構筑物、管線路都以2 cm/s為準。一概而論是沒有出處與根據的，應實事求是，多調查多研究，確保爆破施工安全，確保爆破施工效果，確保建（構）筑物、管線路的安全。

［1］李檜祥.城市地鐵隧道控制爆破［Z］.深圳地鐵五號線施工講座，2009，4.

［2］楊年華，林世雄.爆破振動測試技術探討［J］.爆破，2000，17（3）.

［3］尚曉江，白金澤，丁木華.軟弱結構面對爆破地震波傳播的影響［J］.中國爆破新技術，2004.

［4］GB6722-2003，爆破安全規程［S］.2004.