暗挖隧道側(cè)穿橋樁的初期支護(hù)措施及爆破控制

張 輝

(運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西運(yùn)城 044000)

0 引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，為滿(mǎn)足城市交通需要，解決城市交通、停車(chē)、貿(mào)易、通訊、供水以及供電等工程項(xiàng)目占地的重大難題，人們將大力開(kāi)發(fā)利用地下空間［1］。其中，地鐵隧道逐步成為城市發(fā)展的推進(jìn)器，也成為城市發(fā)展水平的體現(xiàn)，在城市交通中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。地鐵隧道多位于城市中心，地鐵施工對(duì)周?chē)徑?構(gòu))筑物的影響不可避免，采取措施不當(dāng)，極易引起周邊建(構(gòu))筑物沉降、傾斜，甚至坍塌［2］。因此，地鐵隧道穿越建(構(gòu))筑物時(shí)的控制措施成為了地鐵施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 工程概況

南關(guān)嶺站至華北路站區(qū)間設(shè)計(jì)范圍里程為DK3+114.101～DK4+072.076，線長(zhǎng)約957 m。

1)本區(qū)段地貌為剝蝕低丘陵，地形起伏較小，地面高程21.61 m～24.14 m，地面為華北路，南側(cè)為加油站、房屋和修理廠，沿線建筑物密集，管線、管道眾多;

2)地下水水量中等～豐富，為基巖裂隙水。隧道開(kāi)挖在溶洞發(fā)育處，該處裂隙發(fā)育，地下水滲流通道發(fā)育，水量較豐富;

3)巖溶中等發(fā)育，鉆孔巖溶遇洞率為54%，巖溶裂隙水較發(fā)育，溶洞充填粘土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r碎屑，對(duì)隧道施工影響較大。

區(qū)間暗挖隧道自華北路站向小里程方向施工，甘南路立交橋“主⑥”兩個(gè)既有橋樁位置處于正線里程DK3+964.964及DK3+946.946處，其直徑為2.5 m，橋樁邊緣距右線水平凈距為2.14 m，距左線水平凈距為2.06 m，左線和右線拱頂埋深分別為9.67 m，9.97 m，距橋樁樁底為 6.85 m。

區(qū)間暗挖隧道采用淺埋暗挖法(臺(tái)階法)施工，隧道為單拱馬蹄形斷面，采用鉆爆法開(kāi)挖。區(qū)間隧道側(cè)穿橋樁段開(kāi)挖地層圍巖為Ⅴ級(jí)和Ⅵ級(jí)，隧道圍巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，局部夾強(qiáng)風(fēng)化，巖體裂隙發(fā)育，溶洞發(fā)育，若暗挖隧道施工采取措施不當(dāng)，易產(chǎn)生局部坍塌、橋樁沉降等風(fēng)險(xiǎn)。另外，該段區(qū)間隧道下穿繁華的華北路，路面車(chē)流量較大，且重型車(chē)輛居多，對(duì)暗挖隧道施工也有一定的影響。

2 初期支護(hù)措施

2.1 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)

斷面支護(hù)參數(shù)為:拱部打設(shè)120°超前小導(dǎo)管支護(hù)，每?jī)砷蛟O(shè)一道，環(huán)向間距300 mm，φ42，t=3.25，L=2 500 mm，雙層 φ6 鋼筋網(wǎng)片(150 mm×150 mm)，格柵鋼架間距500 mm，300 mm厚C25噴射混凝土封閉。

2.2 初期支護(hù)背后注漿

為確保施工安全，在該淺埋地段初支施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)臺(tái)階法步長(zhǎng)進(jìn)行下臺(tái)階施工，及時(shí)封閉成環(huán)。并在下臺(tái)階封閉后距掌子面5 m范圍內(nèi)及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿。初期支護(hù)背后采用二次壓漿，注漿材料采用水泥漿液，注漿孔沿拱部及邊墻布設(shè)，環(huán)向間距:拱部2 m，邊墻3 m，縱向間距3 m，梅花形布置，注漿深度為初支背后 0.5 m，注漿終壓 0.5 MPa。

3 區(qū)間隧道鉆爆法施工設(shè)計(jì)

針對(duì)本區(qū)段暗挖隧道的環(huán)境特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工方法等，并綜合考慮鉆爆施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及橋墩的影響，在保證施工安全的前提下，本著“短進(jìn)尺，弱爆破，早封閉，勤量測(cè)”的原則［3］，決定采用微差、分部、多段、多次弱爆破技術(shù)施工的減振措施。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計(jì)變更及聯(lián)系單相關(guān)要求，甘南路立交橋橋墩振速限制在2.5 cm/s。

3.1 爆破減振措施控制

3.1.1 控制爆破原理

控制爆破主要是通過(guò)在拱部周邊布設(shè)減震孔形成減震隔離帶和小導(dǎo)坑超前開(kāi)挖所創(chuàng)造爆破凌空面達(dá)到減震之目的，其原理就是利用爆破凌空面和減震隔離帶在爆破時(shí)對(duì)爆破震動(dòng)能力的大量吸收及消耗，使隔離帶后面的區(qū)域受到的震動(dòng)大大減小;同時(shí)減少了斷面的裝藥量，在爆破時(shí)也大大減少了對(duì)洞頂附近建筑物的擾動(dòng)，從而確保了爆破安全。

3.1.2 爆破地震效應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)

炸藥在巖石中爆炸時(shí)強(qiáng)烈的沖擊波和應(yīng)力波，隨著傳播距離的增加，逐漸衰減為地震波。地震波雖然不能使巖石破壞，但它會(huì)引起巖石的強(qiáng)烈彈性振動(dòng)，從而使爆區(qū)周?chē)ㄖ锍霈F(xiàn)破壞甚至倒塌現(xiàn)象，根據(jù)中國(guó)GB 6722-2003爆破安全規(guī)程［4］提出了爆破對(duì)建筑物和構(gòu)筑物的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)判斷可采用保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以主振頻率的頻段確定相應(yīng)的振動(dòng)速度，并考慮了延時(shí)間隔的影響。

3.2 爆破設(shè)計(jì)方案

3.2.1 爆破設(shè)計(jì)

1)選擇合理的炸藥品種。

炸藥品種與炸藥的爆破震動(dòng)速度有直接影響，根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，本工程施工中選用防水效果好的乳化炸藥，每卷重量200 g。

2)選擇合理的雷管起爆時(shí)差。

設(shè)計(jì)爆破網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差和孔外同段的非電微差起爆技術(shù)。非電導(dǎo)爆管雷管跳段使用，間隔時(shí)間大于50 ms。

3)選擇合理的掏槽形式。

掏槽是隧道爆破成敗的關(guān)鍵，也是產(chǎn)生最大爆破震動(dòng)速度的主要震源。為了達(dá)到減震的目的，選用楔形掏槽，充分利用楔形掏槽的易拋擲和減震作用與貫通掏槽的臨空面來(lái)最大限度地減輕震動(dòng)。

4)選擇合理的鉆爆參數(shù)。

根據(jù)開(kāi)挖的大小、部位、工程地質(zhì)情況、周邊環(huán)境條件等，選擇合理的炮眼深度、間距、裝藥量、起爆順序等鉆爆參數(shù)，炮眼采用線性布孔、線形起爆，注意提高裝藥質(zhì)量和炮口堵塞質(zhì)量，達(dá)到減震、提效的目的。本工程鉆爆參數(shù)如下:a.掏槽眼。孔深:考慮到掏槽眼只有一個(gè)臨空面，爆破條件較差，炮眼利用率低，故掏槽眼比其他炮孔加深20 cm。炮孔間距:根據(jù)巖性及工作面的大小、炮孔深度，孔間距取a=0.5 m。b.輔助眼。孔間距:輔助眼間距與巖石軟硬、掌子面大小、炮孔深度密切相關(guān)，水平隧道爆破一般取a=0.6 m～0.8 m。為保護(hù)橋墩不受破壞，本次取0.6 m。排距取0.5 m。c.周邊眼。孔間距:孔間距取 a=0.30 m，排距取b=0.45 m。每延米藥量:根據(jù)巖性，每延米裝藥量q=0.15 kg/m～0.25 kg/m。

5)裝藥結(jié)構(gòu)和填塞。

掏槽眼和輔助眼采用反向不耦合連續(xù)裝藥，周邊眼采用反向不耦合底部空氣間隔裝藥，為了確保爆破效果，炮孔的填塞長(zhǎng)度一般不得小于炮孔長(zhǎng)度的1/3。

6)起爆方式及順序。

由于此段對(duì)震動(dòng)控制要求嚴(yán)格，且距橋墩距離較近，為避免爆破產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的破環(huán)，本次設(shè)計(jì)方案在橋墩前后10 m初步進(jìn)尺0.5 m，采用雙楔形掏槽方式，起爆采用非電導(dǎo)爆管。臺(tái)階分部開(kāi)挖施工，采用多孔、多次、多段和微差爆破，進(jìn)尺0.5 m。

把上臺(tái)階分為左右兩部分，并在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，利用孔內(nèi)和孔外相結(jié)合延時(shí)爆破，最大限度的減少單段起爆藥量，起爆順序?yàn)?掏槽孔→輔助孔→周邊孔;下臺(tái)階在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，采用多段微差弱爆破(松動(dòng))一次完成，嚴(yán)格控制住最大段的藥量。

3.2.2 爆破地震波控制驗(yàn)算

根據(jù)本區(qū)間已經(jīng)實(shí)施的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，爆破開(kāi)挖的最大震動(dòng)速度值不取決于一次起爆的總藥量，而取決于某最大段裝藥量及炮孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)。

打設(shè)隔振孔時(shí)，測(cè)點(diǎn)振速大小主要取決于分段裝藥量的大小，在橋墩處振速控制原則為V≤5 cm/s，隧道開(kāi)挖爆破中，振速主要跟單段起爆的藥量有關(guān)，本設(shè)計(jì)方案加設(shè)隔振孔，對(duì)減少爆破震動(dòng)起到一定作用。

降雨和徑流可以在裸露的分散性土邊坡引起嚴(yán)重侵蝕。侵蝕在邊坡上導(dǎo)致嚴(yán)重的斜向滑移和沖溝，進(jìn)而造成堤防內(nèi)部缺陷[18]。主要破壞型式如圖1所示。

根據(jù)巖石性質(zhì)、爆破方式，爆破地震動(dòng)速度計(jì)算公式為:

其中，V為地震波波速，cm/s;K=150;α=1.8;Q為單段最大裝藥量，kg;R=8 m。這里V取1.5 cm/s，經(jīng)計(jì)算單段最大裝藥量:Q=0.586 kg;爆破設(shè)計(jì)中在周邊打設(shè)加密隔震孔，單段最大裝藥量:Q=0.6 kg滿(mǎn)足要求。

3.2.3 爆破安全距離驗(yàn)算

在隧道開(kāi)挖爆破中，會(huì)有個(gè)別巖塊飛散距離較遠(yuǎn)，易對(duì)人員、設(shè)備或隧道結(jié)構(gòu)成品產(chǎn)生危害，必須予以重視和控制。個(gè)別飛石的飛散距離跟爆破參數(shù)、孔口堵塞質(zhì)量等因素有關(guān)。隧道開(kāi)挖爆破中，掏槽孔最有可能產(chǎn)生危害性飛石，應(yīng)特別注意其填塞質(zhì)量，并作飛石距離驗(yàn)算。

飛石距離驗(yàn)算公式:

其中，R為飛石安全距離，m;K為飛石安全系數(shù)，一般取K=1.0～1.5;W為最大一個(gè)藥包的最小抵抗線，m;n為最大一個(gè)藥包的爆破作用指數(shù);經(jīng)驗(yàn)算，設(shè)計(jì)中可能產(chǎn)生的最大飛石距離R=35 m。

3.2.4 爆破減震措施

1)采用分部、分臺(tái)階開(kāi)挖，孔內(nèi)和孔外相結(jié)合微差爆破技術(shù);2)采用多段位非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，選擇科學(xué)合理的雷管起爆時(shí)差，增加起爆段數(shù)，降低同段起爆藥量;3)采用低密度、低爆速、低猛度、高爆炸力的乳化炸藥，嚴(yán)格控制裝藥量;4)從傳播途徑上隔震、減震。在主炮孔與開(kāi)挖邊界之間打設(shè)加密隔震孔，從傳播途徑上減震和消震;5)采用混合掏槽形式，利用空眼減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，提高炮孔炮眼利用率;6)利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，不斷調(diào)整、優(yōu)化爆破參數(shù);7)加強(qiáng)特殊地段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)基于甘南立交橋現(xiàn)狀、隧道施工影響范圍及華北路交通情況，地鐵隧道側(cè)穿橋樁時(shí)，采取加強(qiáng)洞內(nèi)初期支護(hù)、控制爆破震動(dòng)等措施，以減少隧道施工對(duì)橋樁的影響。工程實(shí)踐表明:在隧道側(cè)穿立交橋橋樁期間，對(duì)橋樁采取上述處理措施是合理的，地層沉降和橋樁變形指標(biāo)都在控制范圍內(nèi)，保證了工程的順利進(jìn)行，也為今后類(lèi)似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2)為了使工程措施的選擇更加理性和更具有針對(duì)性，應(yīng)結(jié)合具體工程，在滿(mǎn)足影響控制標(biāo)準(zhǔn)的前提下選擇爆破控制方案，以及初期支護(hù)措施。地鐵隧道對(duì)鄰近既有橋樁的影響應(yīng)引起高度重視，從監(jiān)測(cè)、施工和投資等多方面綜合權(quán)衡，因地制宜制定科學(xué)的施工方案。同時(shí)應(yīng)加大協(xié)調(diào)、監(jiān)督和管理力度，確保施工方案得以貫徹實(shí)施，達(dá)到地鐵建設(shè)與橋梁安全的目的。

［1］王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.

［2］邊亦海，黃宏偉.深基坑開(kāi)挖引起的建筑物破壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2006(28):1892-1986.

［3］熊興國(guó).北京地鐵區(qū)間隧道淺埋暗挖法穿越河流橋樁綜合施工技術(shù)［J］.隧道/地下工程，2008(5):37-38.

［4］GB 6722-2003，爆破安全規(guī)程［S］.