密閉條件下洞口爆破安全防護措施

袁旭東

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

1 工程概況

廈門2號線2標一工區包括一站兩區間，其中東建區間左線長987 m，右線長1 002m，采用礦山法施工，共設4個豎井工作面，其中東渡路站工作面位于既有車站內，隧道洞身范圍位于全斷面17-5微風化花崗巖層內，如圖1所示，巖石抗壓強度在120MPa以上，需實施爆破進洞，洞口位于東渡路站站臺層端墻。

由于隧道洞口與車站結構為零距離，如圖2所示，此暗挖工作面需要在車站內實施洞口爆破進洞，屬于在既有車站結構內密閉條件下進行爆破施工，要求爆破振速小、聲響小、外界影響小、爆破效果好，且必須做到爆破對車站結構無損傷，因此在合理的爆破設計和爆破控制下，對安全防護要求極高，必須全方位考慮爆破防護措施［1］。

圖1 地質縱斷面示意

2 爆破對結構物的影響分析

爆破對車站結構造成的影響主要為爆破振動、爆破產生的飛石、爆破沖擊波沖擊破壞［2］。

圖2 東渡路站暗挖工作面

2.1 爆破振動

當藥包在巖石中爆破時，臨近藥包周圍的巖石會產生壓碎圈和破裂圈，爆破地震波可能引起結構物的破壞［3］。

2.2 爆破飛石

爆破飛石是指在爆破作業過程中從爆破點拋擲到空中或沿地面拋擲的雜物、泥土、砂石等物質，爆破飛石會對站內結構以及車站內部固定設備造成破壞［4］。

2.3 爆破沖擊波

爆破空氣沖擊波是爆破產生的空氣內的一種壓縮波。炸藥在空氣中爆炸，具有高溫高壓的爆炸產物直接作用在空氣介質上［5］，爆破空氣沖擊波帶來較大的危害，可以造成建筑物、設備等不同程度的破壞和損傷。

3 爆破控制

3.1 爆破振動控制

在車站主體結構與隧道之間增設隔震槽，使爆破作用面與車站結構隔開，防止隧道爆破對車站主體結構造成擠壓和剪切破壞。

采用風槍鉆沿上臺階開挖輪廓線打設直徑50 mm小孔，間距5～10 cm，沿輪廓線打設三排，第一排為減震空孔，第二、三排分區段預裂，最終形成5～15 cm寬的隔振槽。鉆孔完成后采用聚能管水壓爆破技術［6］（藥量小，體積均勻，振動小，定向爆破），形成隔震槽，以緩沖、反射開挖爆破產生的振動波，控制其對保留巖體的破壞，最大程度減小爆破振動對周邊結構的影響，再實施爆破進洞施工。

3.2 爆破飛石控制

隧道掘進采用臺階法爆破施工，距離隧道洞口約25 m范圍內的爆破飛石均可能會對站內結構物造成破壞。大股飛石主要來源于上臺階中心掏槽部位，尤其采用大夾角楔形掏槽時沿軸向飛出的大塊飛石，可以通過改進掏槽技術減小飛石塊度，進而減小飛石對保護對象的沖擊力。為減小爆破飛石塊度，擬增加掏槽眼中間分布眼，采用段位介于掏槽眼段位與掏槽輔助眼段位之間，既不影響掏槽效果，又能減小石塊體積。下臺階有少量飛石，但可以通過改變最小抵抗線方向來控制爆破飛石拋擲方向［7-9］。

3.3 爆破沖擊波控制

加強炮泥堵塞，無藥部分全部采用炮泥堵塞，減小對炮孔前方的沖擊力，進而減小沖擊波對結構物的破壞力［10］。

4 爆破防護措施

目前在隧道采用爆破開挖過程中，隧道洞口防護方面主要采用洞口處垂直線路方向搭設雙層鋼管排架防護、臨時交通管制、掌子面采用橡膠被、鐵絲網、竹片等措施［11］。因本工程的洞口爆破是在既有車站內進行，且洞口與車站結構距離為零，爆破防護效果要確保爆破對車站結構無損傷，通過多次比選討論，采取自制鋼管竹排架的防沖擊防護和對內部結構柔性包裹的全方位防護措施。

4.1 對車站結構內部的防沖擊防護

（1）防護措施及防護材料

采用竹排和φ50鋼管在洞門端頭搭設鋼管排架，鋼管排架阻擋飛石進入結構內部，以免飛石對結構內部造成損壞，且能對爆破沖擊波起到消聲效果，竹排之間留有3 cm的間隙，既能阻止飛石，又能讓一部分沖擊波氣流通過，降低對鋼管排架的損壞風險；上部為加密區，因為飛石主要為上臺階掏槽飛石。

（2）防護排架安裝

采用φ50鋼管，先安裝水平鋼管，再安裝豎向鋼管，鋼管交叉點用扣件連接，上部為加密區，加密鋼管設置，鋼管間距及布置如圖3所示。

圖3 防護排架布置

鋪設竹排，將竹排水平鋪設在豎向鋼管上，用3 mm鐵絲固定，相鄰竹排預留3 cm寬縫隙。上部加密區鋪設雙層竹排，其他部位鋪設單層竹排。鋼管排架底部100 cm高度范圍可將竹排設置到內側，便于拆卸，以免爆破后渣土將下部竹排卡死。

（3）防護排架設置

每道防護排架的寬度大于爆破洞口的寬度，上部高出爆破洞口的上邊緣；共需設置5道防護排架，鄰近爆破洞口的第一道防護排架距離洞口3～5 m，通過電動葫蘆和起吊鋼絲繩安裝在車站主體的中板下方，并在電動葫蘆的作用下垂直升降，其他防護排架按照5～10 m的間距分布，分別通過起吊鋼絲繩和吊鉤固定安裝在車站主體的中板下方，每道防護排架是由單排鋼管架和防護竹排組成，防護竹排平面鋪設在單排鋼管架的其中一側，并與單排鋼管架固定，如圖4所示。

采用單排鋼管架與竹排組合，配合起吊鋼絲繩，因地制宜組合防護裝置解決爆破安全防護問題，可有效防護隧道洞口爆破飛石，保護車站結構，同時可實現防護裝置的快速布設和撤離、防護裝置的多次重復利用等目的，確保防護效果、提高防護設備的重復利用性、縮短防護工序的作業時間，顯著提升爆破作業施工技術的安全性和經濟性。

圖4 防護排架安裝完成

4.2 對洞門、立柱、側墻等結構柔性防護

爆破作業前采用塑料泡沫、土工布、聚乙烯板等緩沖材料對洞門結構、立柱等進行包裹，如圖5、圖6所示，能對小股飛石沖擊起到緩沖、保護的作用，以免飛石對外伸結構角造成損壞。

圖5 土工布對立柱包裹防護

圖6 聚乙烯板對側墻包裹防護

4.3 注意事項［12］

（1）按警戒距離劃定警戒區，設置防護人員，疏散施工人員，撤離施工機具到安全地點，并由專人負責檢查，當符合安全要求并在防護工作一切就緒后，方可發出點炮信號。

（2）首次組裝和后期吊裝時必須有專職安全員現場指導，嚴格遵守吊裝程序。

（3）每次爆破前檢查包裹緩沖材料以及竹排與鋼管鏈接狀況，發現問題及時解決，對于損壞的組件及時更換。

5 爆破防護效果

試爆完成后，爆破飛石及空氣沖擊波沖擊使前三排鋼護排架傾倒，但排架鋼管骨架無損壞，僅局部竹排有些許破損，第四排防護排架完好無損，且無任何飛石穿過第四、五排防護架；經檢查，立柱、側墻等柔性防護材料基本完好無損，結構無任何損傷，如圖7所示。因此結合合理的爆破參數，在達到爆破效果的同時，采用的爆破防護措施切實可行、有效。

圖7 爆破后防護效果

6 結束語

通過爆破對結構物影響分析，采取了爆破控制，加強了爆破防護措施，對車站內部結構進行全面防護，對爆破影響范圍內站內結構表面采用柔性緩沖材料包裹，增加防爆簾布、鋼管竹排架等有效措施后，在保證爆破進洞效果的前提下實現了站內結構完全無損，確保了安全進洞。