地鐵隧道小凈距疊落區間爆破實踐

李壯清 孫俊鵬 王傳良 馬玉罄

(1.大連市政工程有限公司,遼寧大連 116012;2.大連經濟技術開發區金源爆破工程有限公司,遼寧大連 116600)

地鐵隧道小凈距疊落區間爆破實踐

李壯清1孫俊鵬2王傳良1馬玉罄2

(1.大連市政工程有限公司,遼寧大連 116012;2.大連經濟技術開發區金源爆破工程有限公司,遼寧大連 116600)

大連地鐵203標段興工街至西安路區間采用鉆爆法施工。當地鐵隧道與下部既有盾構主體結構疊落距離達到0.7m～2.0m時,普通的鉆爆法會帶來一系列不良的影響。為此將鉆爆法改為人工機械開挖。但經過5天實踐表明,人工機械開挖工效低,成本高以至于工程停滯。因此,采取新的弱爆破處理方式,在確保既有盾構主體結構完整的前提下,大幅度地降低了成本、縮短了工期,為同類工程施工提供指導性建議。

地鐵隧道 盾構管片 小凈距 弱爆破

1 工程概況

大連地鐵興西區間與聯西區間在進入車站時漸近疊落,設計疊落長度為88.221m,垂直距離在0.7m～2.0m范圍內,屬于小凈距隧道施工段(圖1)。爆區下方聯西區間已貫通,結構為組裝式盾構管片(圖2)。地下圍巖為弱風化輝綠巖,巖體較堅硬,節理裂隙不發育等級為V及IV,為堅硬巖,地下水以裂隙水為主,較豐富,巖石力學性質見(表1)。

設計要求質點振動速度＜1.5cm/s,依據薩道夫斯基計算公式[1]

得出不同凈距下的單段最大起爆炸藥量:

圖1 疊落平面圖Fig.1 Plane view of the stack interval

通過計算可知,單段最大起爆炸藥量過小,遠小于炸藥爆炸的臨界直徑,因此炸藥不可能有效傳爆,甚至導致拒爆,不具備可操作性。如按地下工程可操作的最小段藥量100g計算V值,得到的最小振速值為16.8cm/s,該值遠超過了設計要求,因此原定的下臺階爆破開挖方案不得不改為人工機械開挖。5天后,進尺僅為1.65m,平均日進尺0.33m。按此法施工,需267天才可完工。并且根據施工反饋,機械人工開挖不僅大幅度增加了成本,更重要的是效率太低,勢必造成工期的延誤。為此,我們提出新的弱爆破方案(圖1、2）。

2 施工方案

2.1 孔位布置

圖2 疊落斷面圖Fig.2 Sectional view of the stack interval

表1 巖石力學性質表[2]Table1 Properties of rock mechanics

表2 綜合對比表Table2 Diagram of comprehensive comparison

圖3 分層弱爆破區域示意圖Fig.3 Sketch map of layered weak blasting area

圖4 爆破炮孔布置圖Fig.4 Sketch map of blasting hole arrangement

圖5 裝藥結構示意圖Fig.5 Sketch map of charge structure

新方案將下臺階剩余高1.5m的爆破巖體分為三層,每層爆深均為0.5m,分層弱爆破(見圖3),炮孔方向改為向下傾斜30°的斜孔,孔深為1m(見圖4),并且在各排炮孔中間穿插豎直空孔,做為減振孔,孔深1.7m,超深0.2m,形成梅花形布置。

2.2 裝藥情況

豎直孔不裝藥,斜孔裝藥,裝藥量為每孔100g,用非電毫秒導爆管雷管送至孔底部,炮孔用瓜子石填實。第二、三層爆破裝藥前,必須清除凈減振孔內的碎石碴直至孔底(見圖5)。

從炮孔平面布置圖可以看出,垂直減振孔與裝藥孔距離為250mm(兩孔孔壁間距),為裝藥孔直徑的6倍,且深于裝藥孔。當炸藥爆炸后的壓縮應力波到達減振孔(減振孔可做為自由面)時,便從減振孔反射回來,形成方向相反的反射拉伸波,即霍普金遜效應[3],即減振孔除減振作用外,還可促使巖石二次破碎,這也符合質量、能量、動量三個守恒定律的原則[4]。

炮孔上方250mm處為前排炮孔的填塞段,在爆破術語中稱為軟弱區或破碎區,由于炮孔填塞段尺寸小于既有盾構管片厚度,所以炸藥爆炸的相當部分的氣體能量將向250mm處破碎帶的自由面泄出,從而弱化了藥包下方700mm以遠的既有盾構管片的振動能量。

圖6 起爆網路圖Fig 6 Sketch map of detonating network

2.3 起爆網路

裝藥完畢,實行單孔起爆,每次起爆16～28個炮孔。具體起爆網路需依據現場分層情況而定(見圖6)。

3 效果分析

采取這種弱爆破方式直至開挖結束的施工過程中,盾構的管片整體結構沒有不良變化,管體沒有出現裂隙或崩落塊。

經過17天的緊張施工,疊落區間88m,經清理后,僅在部分垂直孔處有＜100mm超挖,最大欠挖處為140mm,經簡單機械處理后,質量符合設計要求。出現超欠挖現象,一是因為操作誤差導致;二是因為地層介質不對稱、不均勻,地層的力學性質的連續變化。而地層的變化會引起波的反射、透射及轉換等產生一系列新的波[5,6]。采用該法施工大大提高了區間下臺階的開挖效率,既縮短了工期,又節省大量成本(見表2)。

4 結語

把爆破振動設計值,理論計算值,實際監測值做到完整統一是一件非常復雜,此次爆破實測振動值是設計值的十幾倍(見表3)與理論計算值差距也很大,但盾構管片沒有受到破壞,究其原因有以下幾點:(1)盾構管片隧道體積大,質量重,是一圓體,且管片間設有橡膠墊,使隧道具備一定的抗震能力。(2)炸藥當量小(每孔100g),震源距離管片近,地震波頻率自然很高,波長也小于盾構隧道整體。(3)減震孔和前排炮孔的填塞段形成的軟弱帶分散了一部份地震波的能量。(4)相臨炮孔在合理的毫秒間隔時間起爆時會使地震波能量在時間上和空間上發生分散,并且通過地震波的相互干擾和主震相位的彼此錯開,減弱地震效應,從而達到降震效果。

[1]中華人民共和國標準.爆破安全規程(GB6722-2003)[S].北京:中國標準出版社,2004.

[2]王旭光,鄭炳旭,張正忠.爆破手冊[M].北京:冶金工業出版社,2010.

[3]中國力學學會工程爆破專業委員會.爆破工程[M].北京:冶金工業出版社,1996.

[4]劉殿中,楊仕春.工程爆破[M].北京:冶金工業出版社,2003.

[5]陳寶新,楊勤榮.爆破動力學基礎[M].武漢:湖北科學技術出版社,2005.

[6]張智宇,欒龍發,殷志強等.起爆方式對臺階爆破振頻能量分布的影響[J].爆破,2005.

Drilling Blasting was used in the interval of Xinggong Street to Xi’an Road of Dalian subway line 2. The subway is in the above of a completed-Shield segments, the distance is 0.7 meters to 2.0 meters, ordinary drilling blasting method will bring a series of adverse effects. To change the drilling blasting method to artificial-mechanical excavation. But after five days practice shows that low efficiency and high cost lead to the stagnation of the project.Therefore, a new weak blasting approach arises spontaneously, and breaking the routine of blasting particle vibration velocity as a single main reference data, based on the feedback of the actual construction site, ensure the structural integrity of completed-shield body, reduce the cost and shorten the construction period.

Subway tunnel Shield segment Small clear distance Weak blasting.

李壯清,(1986-),工程碩士在讀,研究方向:巖土、地下工程方向。