盾構區間基巖起伏硬巖段爆破預處理施工技術

宋 博

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司 101100）

盾構區間基巖起伏硬巖段爆破預處理施工技術

宋 博

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司 101100）

橫琴隧道～灣仔北區間位于珠海市市區南灣大道，采用盾構法施工。其中距灣仔北站300m段為上軟下硬不良地質段，在這類地層中掘進效率低，刀盤刀具磨損嚴重，嚴重影響施工進度。利用爆破預處理施工技術提高了施工效率，縮短了施工工期。

爆破；施工效率；工期

一、工程概況

橫琴隧道～灣仔北區間位于珠海市市區南灣大道，采用盾構法施工。線路左側臨海，多為工業廠房。盾構隧道左線長1.2km，右線長1.3km，雙洞單線。隧道頂覆土厚度6.1m～16.5m。其中距灣仔北站300m段為上軟下硬不良地質段，上部為粉質黏土和全風化花崗巖（W4、硬土）、下部為中風化花崗巖（W2、次堅巖）。

二、工程地質條件對盾構掘進施工影響的分析

（一）巖石對盾構掘進的影響

在盾構法隧道施工過程中，遇到上軟下硬不良地質段，且有隨機分布的基巖和大小各異、強度不一的孤石。在此類地層中掘進效率低，刀盤磨損嚴重，易產生卡刀、掉刀、刀具偏磨等問題，此類問題處理起來速度慢，對施工進度有嚴重的影響，而且花費成本較高，經濟效益差；怎樣處理好盾構掘進過程中所遇到的孤石與硬巖段，是當前盾構法施工中一個較大的技術難題。

（二）施工方案的確定

針對本標段存在的上軟下硬不良地質段，為確保盾構掘進能滿足施工進度的要求，對于存在的全風化花崗巖、次堅巖及孤石擬采取“深孔爆破法”進行預處理。在盾構通過該地段前，通過地質鉆機對硬巖鉆孔，從地表將炸藥放置在巖石中指定的位置，利用爆炸所產生的能量，將硬巖及孤石破碎、解體。

（三）方案可行性分析

在地面場地允許的條件下，通過地面鉆孔埋設炸藥，然后利用炸藥爆炸使硬巖破碎、解體，以便盾構機能以較快的速度掘進，通過該不良地段。此施工方法在多個地鐵工程的施工中，曾被大家應用。已被驗證是一種安全、有效的施工工藝。因此，橫琴隧道～灣仔北區間上軟下硬不良地質段采用“深孔爆破法”預處理，能達到預期效果。將對提高盾構機掘進速度、節省盾構掘進成本起決定性作用。

三、爆破參數設計

本工程需要爆破處理的巖石位于地表以下位置，采用地質鉆機進行鉆孔。

1.鉆孔直徑

采用地質鉆機鉆孔，粉質黏土層鉆孔孔徑、全風化硬巖的巖鉆孔孔徑為85mm，孔內放置直徑為75mm的PVC套管，考慮到爆破需要，增加了若干120mm的輔助孔。

2.鉆孔形式

采用垂直鉆孔形式，以便于施工和準確控制鉆孔方向。鉆孔過程中用泥漿護孔，必要時下鋼套筒。成孔后下75mm的PVC套管護孔，套管底部安有堵頭，在爆破前遮蓋孔口，防止碎石雜物掉入孔中，堵塞炮孔。

3.裝藥結構及起爆網絡

由于需要爆破處理的巖石埋深較深，所以炮孔深度必須深。因此起爆藥包采用軟鋼絲或者軟繩懸吊于爆破點的位置，一端固定于孔口，標高誤差不得大于5cm。藥包固定在埋設的PVC管體內，該起爆體須具有較好的防水性能。由于PVC套管內有水壓，因此起爆體需抗浮。炮孔采用正向裝藥起爆，起爆選用非電爆破網路，采用激發針起爆，每個炮孔裝兩發雷管，且分別屬于兩個爆破網路，兩套網路并聯后起爆。網路示意圖如下所示：

5.布孔形式與裝藥結構

由于基巖突起在地下20m處，埋深較深。最厚的巖層厚度約為3.5米，其爆破破碎難度較大，為了保證爆破破碎效果，并且方便施工，首先對較薄巖層前排孔進行爆破，孔前土層因爆破擠壓出現空隙，從而為后排孔提供了作業面，然后后排孔再起爆。鉆孔超深1.0～2.0m，炮孔間排距為0.7m，鉆孔深度22～23m。裝藥深度比基巖厚度深約1.0m。

6.藥包加工

炮孔驗收合格后，對爆破區范圍內進行警戒，然后開始加工藥包。首先要準備好直徑75㎜的PVC管，根據鉆孔隊提供的鉆孔參數和驗孔的情況，計算好藥包的長度，將炸藥和雷管裝入PVC管內指定的位置。孔內可能會有水及少量泥漿，為了裝藥的順利，需對藥包進行配重。PVC管的長度可根據藥包長度和配重長度來截取。

爆破網絡示意圖

7.藥包就位和防護

藥包加工好后，在管壁上端鉆孔，用鐵絲或者繩子綁定，然后開始下藥包。根據鉆孔隊提供的鉆孔參數和驗孔情況，確定裝藥底部的深度，然后準確測量PVC管與繩索的長度之和，使底部的深度和PVC管與繩索的長度相同。將整個藥包懸吊到準確的位置上，誤差控制在 +5㎝之內。藥包就位后，用鐵絲把繩索固定在套管壁上，使藥包不能再移動。

藥包就位并固定好后，開始對套管進行堵塞。嚴禁使用鐵器沖擊炮孔內的藥包和雷管。套管內外均用碎石堵塞密實，防止泥漿噴出和套管突起。地下爆破不會有飛石但會產生高壓氣體，高壓氣體會將炮孔內的泥漿壓出孔外，為了防止爆破產生泥漿飛濺，在爆破孔頂用木板和沙包覆蓋。如果本次爆區周圍已經實施過爆破作業，則還需對其周圍的爆破殘孔用砂袋覆蓋，防止泥漿噴射。

四、施工方法

（一）施工準備

經過與交通管理部門溝通后，視場地情況對施工現場進行圍蔽，原則上圍蔽范圍為盾構隧道邊線外 1米。本工程爆破區域位于交通繁忙地段，對現場進行施工圍蔽的難度較大，因此，在做好正常作業的人員和設備準備的同時，還需要考慮設備的吊裝轉運、鉆孔出的泥漿清運、建筑材料的運輸、移動照明等各種工序的準備工作。

（二）施工測量及布孔

根據業主提供的控制點和水準點相關數據，在施工現場設立平面控制網和高程系統。并根據設計施工圖紙及測量圖，劃分爆破區域及制定布孔圖如下（孔與孔之間間距、排距均按照70cm×70cm布置）。

（3）鉆孔爆破

1.技術交底

開工前，技術人員首先對鉆孔工人進行技術交底，將布孔原則，鉆孔允許偏差等技術要求傳達給所有施工人員,使員工在思想和意識上了解和掌握本項目標準和規范，開工前編制好質量控制的方案和實施細則，施工中嚴格按方案和實施細則進行操作。

2.鉆孔定位

鉆孔定位采用GPS定位系統定位（精度：水平±2cm+2ppm、高程±5cm+5ppm）和全站儀定位，要求實測孔位與設計孔位偏差不超10cm。

3.鉆孔標高控制

根據業主提供的基準點引至施工區附近，設立水準點和觀測點，并在附近設立臨時工作點，用水準儀進行校核。鉆爆施工時，使用全站儀進行觀測，并定期校準。

4.炮孔驗收

炮孔鉆好，由技術人員驗收，偏差過大應重新鉆孔 ,偏差大的孔應廢棄，驗收合格后方可裝藥施工。同時，鉆孔隊需提交記錄詳細的鉆孔參數，包括孔距、排距、鉆孔直徑、鉆孔深度等指標，并由技術人員驗收。

5.裝藥施工警戒

為了現場機械設備及施工人員的安全，裝藥爆區范圍內必須初步警戒，做好現場人員及設備物資等清理工作。

6.炮孔裝藥

鉆孔完成后，炮工應按如下程序操作：

1）用測深繩檢查炮孔的深度，孔底標高若達不到施工設計底標高的要求，應要求重鉆；

2）按設計要求加工起爆體和裝填炸藥；

3）用測深繩檢查炸藥是否到達孔底，若未到達，應用炮棍壓送到孔底；

4）裝好炸藥后用砂筒填塞炮孔上部；

5）一次起爆的炮孔全部裝好炸藥后，聯接起爆網路。

7.起爆

以上工作全部完工后，由有持證操作人員聯網，經反復檢查后無誤后起爆。

8.封孔

爆破施工完畢后，施工場地會留有殘孔，孔內有剩余的PVC套管。需要對余孔進行密封堵塞，避免盾構通過爆破區域時發生冒漿等事故。

具體封孔措施為：

1）使用鉆孔用地質鉆機對已爆孔進行清掃，保證孔內無PVC殘留；

2)將堵塞用石子和水泥在地面進行干拌均勻；

3）人工將拌好的水泥石子裝填入清掃好的孔內，并保證填塞長度不小于孔深的2/3。

4）因孔內有水，裝入的水泥石子會遇水膨脹固結，從而達到密封孔的效果。

五、地面及建筑物監測

1.監測點布設

布點遵循選取距離爆破最近的、最薄弱的、重視程度最高的建構筑物布點，并且應等距離布點、遵循在同一直線上布點、同一監測線上布點距離遵循對數原則等原則進行布點。本次爆破影響范圍內有民房、銀海灣酒店以及灣仔中學。一個測點布置于爆破監測斷面的后方10m的機動車道上，隧道中心點布設一個監測點，另外4個點布置在中心線兩側向外各10m和20m處。

2.數據分析與處理

根據監測數據繪制時間位移曲線散點圖，根據測點的變化規律判斷建筑物的穩定狀態和施工措施的有效性。取爆破區域距離周邊建筑物最近的數據進行分析，距離爆區10m位置進行檢測，得出以下數據：

以上取值可以看出，距離爆區10m距離振速最大2.9cm/s，根據《爆破安全規程》，對于混凝土結構建筑物，允許振速值為 3cm/s。因此振速不超過允許值。預裂爆破對鄰近建筑物造成的沉降在允許范圍內。

六、效果檢測

完成爆破后，已爆區域達到一定范圍，在此范圍內在此鉆孔取芯，以監測爆破效果。本工程中選取每6～9平米爆破區域布置一組取芯孔，利用地質鉆機進行取芯工作，確認預裂爆破效果。爆破要求達到巖體破碎粒徑小于30cm。從取芯孔取出的巖心來看，粒徑均小于30cm。因此本次預裂爆破達到了預期效果。爆破完成后巖體碎石可順利通過刀盤開口進入土倉，并能通過螺旋機，提高了施工效率，縮短了施工工期。

本工程采用預爆破方法有效的減少盾構單環掘進時間，增加施工效率，最終滿足了施工計劃工期。

[1]GB6722-2014 爆破安全規程

[2]GB50299-1999 地下鐵道工程施工及驗收規范

[3]GB50201-2012 土方與爆破工程施工及驗收規范

TU75

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1007-6344（2017）02-0211-02