城市環境中地鐵豎井爆破施工及監測分析

邵 飛

(中鐵十局集團建筑工程有限公司,山東 濟南 250101)

1 工程概況

1.1 設計概況

廈門火車站城市軌道交通預留工程是廈門火車站綜合交通樞紐的重要組成部分，在完善城市綜合交通體系、提升旅客服務水平等方面具有重要意義。預留工程折返線隧道位于廈門火車站旅客地道正下方，軌道交通軸線與旅客地道軸線投影重合；全長350 m，采用雙線單洞斷面，線間距5 m，埋置深度15.4 m～15.7 m。折返線隧道端頭2個豎井，其中北豎井位于火車站廣場，南豎井位于金榜山北側火車站南廣場施工工地附近，金榜山和既有道路中間，且既有道路靠火車站側有深基坑正在施工，施工場地狹窄。

南豎井軸線與區間右線交點里程為AK0+177.273，斷面形狀及內凈空尺寸為9 m×12 m的矩形斷面，井深36.91 m。豎井周圍無重要建筑物，豎井支護結構為地面下3 m，井口設置C35鋼筋混凝土鎖口圈梁，地下3 m～10 m段采用格柵鋼架、C25網噴混凝土加φ32×3.5 m錨管的聯合支護，地下10 m至井底段采用格柵鋼架、C25網噴混凝土加φ25×3.5 m砂漿錨桿的聯合支護；初期支護厚度為35 cm，保護層厚度內外均為4 cm，施工豎井除地表下3 m井口段范圍內一次開挖并襯砌外，其余以下部分隨挖隨支護。豎井后期兼做風井，作為永久結構。

1.2 地形地貌及地層特性

1.3 周圍環境情況及安全要求

爆區周邊環境較為復雜。南豎井東側為活動房，距離為40 m；西側為金榜南路，距離為10 m；南側為金榜山，距離為20 m；北側火車站南廣場在建候車樓，距離為180 m。要求爆破對附近建筑物不得造成損傷，同時避免爆破個別飛散物，不得對人員和車輛造成傷害。在文明施工方面，要求爆破噪聲不得影響周邊居民正常的生活和工作。

2 爆破設計

2.1 爆破設計原則及方案選擇

為確保工程工期、保證質量，根據規范[1]，結合工程現場的實際情況，確定該工程為大斷面豎井掘進爆破，爆破設計原則為[2，3]：

1)在豎井地面不平整的地段，利用巖石的斜面部分做自由面，分臺階進行垂直淺孔松動爆破。

2)為減少爆破的不利影響，在豎井中巖面平整的地段，先在豎井中爆破開挖小豎井，然后以小豎井為自由面，分臺階爆破。

3)起爆順序的原則為先起爆的炮眼應為后爆炮眼創造自由面。采用毫秒微差導爆管雷管控制段起爆藥量，一段起爆藥量根據薩道夫斯基爆破振動速度公式確定。

4)周邊眼采用光面爆破，以減小爆破對圍巖的擾動，且使爆后周邊圍巖圓順。

綜合考慮工期進度要求以及周邊環境的安全，同時考慮到爆破作業區域的實際條件、巖石的構造、施工隊伍裝備等方面的要求，豎井掘進中軟弱圍巖段采用鎬鏟作輔助開挖，巖石采用鉆爆法開挖，出碴采用卷揚機垂直運輸方式，鋼模板配合混凝土泵灌注襯砌。爆破中采用“分步開挖、先開挖小豎井部分，后分臺階開挖剩余部分”的開挖方案；小豎井采用“楔形掏槽，非光面爆破”，其他部位“分臺階松動爆破，周邊孔光面爆破”爆破方案。

2.2 爆破器材及參數選擇與裝藥量計算

2.2.1選用爆破器材

炸藥選用φ32 mm的2號巖石乳化炸藥，光面爆破用φ25 mm的2號巖石乳化炸藥，雷管采用毫秒延期導爆管雷管(1段～20段)，起爆系統選用CHA-1000型起爆器及激發針。

2.2.2中央小豎井掘進爆破參數計算

1)豎井的循環進尺選1.5 m。

2)平均炸藥單耗。中間小豎井的藥量按式(1)計算：

(1)

其中，q為巖石爆破單位體積下炸藥消耗量，kg/m3；f為巖石堅固性系數；S為隧道斷面積，m2。爆破區域的圍巖基本為花崗巖，巖石堅固性系數f取5～12。故qmin取1.2 kg/m3，qmax取1.6 kg/m3。輔助垂直炮孔和光面爆破周邊孔按照經驗分別取0.3 kg/m～0.5 kg/m和0.1 kg/m3～0.2 kg/m3。

3)輔助孔抵抗線，按式(2)計算：

W=(15～25)d

(2)

其中，W為最小抵抗線；d為炮孔直徑，mm，取40 mm；Wmin=15×40=600 mm=0.6 m；Wmax=25×40=1 000 mm=1.0 m；W取0.8 m。

4)孔距a、排距b的確定。孔距可按式(3)確定。

a=m·W

(3)

其中，m為炮孔密集系數，m=0.8～1.2；排距b=(0.8～1.0)a小豎井輔助孔：a，b均取0.8 m；臺階爆破：a取1.0 m，b取0.8 m。

5)孔深與超深：豎井的循環進尺選1.5 m，臺階爆破臺階高度也為1.5 m。確定h′可按下式計算：h′=(0.08～0.35)W=0.06 m～0.28 m。取0.2 m。實際超深可根據爆破效果調整。實際鉆孔深度L=H+h′=1.5+0.2=1.7 m。

6)掏槽孔。豎井掘進先在豎井中央開挖一個3.2 m×3.2 m的小豎井，采用二級復式楔形掏槽，各對斜孔頂端的距離不得小于20 cm，掏槽孔的深度，應比輔助孔、周邊孔深20 cm。

綜上可得，小豎井爆破炮孔布置及裝藥參數見表1。同理，計算出豎井其他部位臺階爆破參數見表2。

表1 豎井爆破開挖裝藥參數表

2.2.3裝藥、填塞設計

采用連續裝藥正向起爆結構、連續堵塞結構；起爆網路形式、起爆網路圖，中央小豎井采用簇聯起爆網路豎井其他部分爆破起爆網路，采用孔內延期四通網狀起爆網路。

表2 其他部位爆破參數

3 深基坑爆破振動速度的規律

3.1 振速測試結果

爆破施工過程中對爆破分別進行了測試。測試采用拓普UBOX20016便攜式數據采集設備和該儀器配套的垂直傳感器和水平傳感器。測點位于豎井四周，距離井壁水平邊緣分別為5 m，10 m，20 m，40 m。爆破中按照最大振速2.5 cm/s進行控制，測試得到的最大振速為1.45 cm/s。表3為豎井開挖深度分別為5 m，10 m，20 m，30 m時的不同測點的振動速度測試結果。

表3 不同測點的振動速度測試結果

3.2 振速分布特點

通過分析，可以得出以下結論：

1)豎井爆破振動速度存在一定的高程放大效應，相對高差越大，放大系數越大，高程對爆破振動波的放大效應明顯。

2)巖石爆破的振動持續時間較短，一般在1 s以內，水平向和豎向的持續時間比較接近，且隨距離的增加振動持續時間有所增長。

3)振動速度隨水平距離增加而迅速地衰減，而且振動速度的衰減呈非線性，初始衰減速率較大，隨后衰減速率變小。

4 結語

實踐證明，廈門火車站城市軌道預留工程豎井爆破施工選取的參數滿足了施工進度需求，振動速度監測數據也表明了爆破滿足了周邊環境影響控制的要求。隨著城市軌道工程的發展，類似的項目會進一步增多，本文的相關參數及結論可為今后該領域的類似工程提供一定參考。