地鐵盾構區間預爆破工程中的裝藥與布孔方式

黃 楠，顧陽光

(江蘇省礦業工程集團有限公司，江蘇 徐州221000)

1 工程概況

1.1 工程簡介

因設計調整原地下2 層站變更為地下3 層站,導致鳳美盾構區間盾構埋深加大,掘進范圍內侵入大量凸起基巖,區間沿線零星分布的孤石強度高達133.8 MPa,盾構機在這種情況下掘進時容易導致盾構機卡住、刀盤刀具損壞、軸線偏差及地面塌陷等情況。

1.2 工程地質

1)地層巖性

隧道上部為含礫粉質黏土、強風化灰巖、全風化灰巖,下部為中風化灰巖。 中風化灰巖室內天然單軸抗壓強度為29.2 ～99.1 MPa,抗壓強度標準值為63.81 MPa;室內飽和單軸抗壓強度為20.20 ～95.00 MPa,抗壓強度標準值為56. 17 MPa,屬較硬巖。

2)地基土

地基土主要為第四系地層,由雜填土、素填土和各類黏土構成,土層對鉆孔有一定影響,對爆破作用影響相對較小。

2 爆破施工技術設計

2.1 火工品的選擇

雷管選用澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司生產的高精度毫秒導爆管雷管,炸藥選用2#巖石乳化炸藥,藥卷規格為?32 mm 或?60 mm。

2.2 基巖爆破參數的確定

1)鉆孔直徑

采用地質鉆機鉆孔,孔徑為?115 mm,然后內置PVC 管防塌孔,管徑為?90 mm。

2)布孔形式

平面布孔形式采用方形布孔,布孔如圖1所示。

圖1 爆破孔位布置

3)孔網參數

根據工程設計圖,孔網參數取0.8 m× 0.8 m,鉆孔超深為0.6 ～1.0 m。

4)單耗計算

由于需要爆破處理的巖石位置較深,且在水下爆破施工,依據瑞典的設計方法,單位耗藥量根據式(1)計算:

q=q1+q2+q3+q4(1)

式中:q1為基本裝藥量,kg/m3,一般取陸地梯段爆破的兩倍(本工程爆破視為水下爆破),對水下垂直鉆孔,再增加10%,此處q1取1.0;q2為爆區上方水壓增量,取0.01h2,h2為水深,m;q3為爆區上方覆蓋層增量, 取0.02h3,h3為覆蓋層厚度,m;q4為巖石膨脹增量,取0.03h4,h4為梯段高度,m。

本工程h2取20 m,h3=20 m,h4=4 m(平均裝藥長度)。

q=1.0+0.01×20+0.02×20+0.03×4=1.72(kg/m3)

該計算單耗是在有自由面時的爆破單耗,本工程考慮1.5 ～2 倍的系數,結合預爆破時試驗段施工實際單耗為4. 67 kg/m3,設計爆破單耗取4.0 kg/m3。

2.3 裝藥結構

所有炮孔都裝藥,第一排炮孔藥量加大20%,用以壓縮第一排炮孔前方的土(或前次爆破的碎石),為后續巖石移動創造空間。

1)由于本工程環境復雜,裝藥結構主要考慮到最大齊爆藥量的控制,當單孔藥量低于最大齊爆藥量時,采用連續裝藥。

2)當單孔藥量超過最大齊爆藥量時,采用間隔裝藥。

3)爆破鉆孔深度根據隧道斷面輪廓確定,孔底連線成弧形,如圖2 所示。

圖2 掘進隧道布孔形式

2.4 堵塞

用一根3 m 長的?70 mm PVC 管裝滿0.5 cm的瓜子片,用鐵絲懸吊于孔口,相當于堵塞長度3 m,堵塞長度不足時,再加一根PVC 管,直至堵滿炮孔。

2.5 起爆網路與起爆方法

1)起爆順序原則

采取毫秒延時起爆網路,前排孔先爆,擠壓周圍土層產生自由面,再對后排孔進行逐孔起爆。

總體爆破順序為縱向分段、橫向分塊、外圍向中部合攏。 單次爆破起爆順序從低到高,從周邊到中間,從前排到后排,即從巖石低的地方先起爆,順序傳遞到巖石高的區域。

2)起爆網路

為保證起爆準爆率,孔內裝入雙發雷管,網路形式可以采用孔間延期25 ms,排間延期65 ms 的連線方式,實現逐孔起爆。

3 安全設計

3.1 最大單段起爆藥量計算

爆破振動強度與爆破最大單段起爆藥量有關,為保證被保護建構筑物的安全,必須控制最大單段起爆藥量Qmax及爆破總藥量。

根據薩德夫斯基經驗公式(2)計算最大單段起爆藥量。

式中:V為保護對象所在地安全允許質點振速,cm/s;Q為最大單段起爆藥量,kg;R為爆破振動安全允許距離,m;K為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數;α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的衰減指數。

爆破區域周圍需保護的對象主要為民用建筑和市政管線等,為保證其安全,爆破振動速度控制標準按民房1.5 cm/s、市政管線5 cm/s 控制。

根據試驗段實測爆破振動數據回歸計算得到K=129、α=1.45,根據爆破振動控制標準計算出不同距離處的允許最大單段起爆藥量,見表1。

表1 不同距離處的允許最大單段起爆藥量

每次爆破前,根據現場環境確定爆破允許的最大單段起爆藥量,并確保實際單段起爆藥量小于此值。

3.2 爆破飛石安全距離

施工裝藥位置上部有7 ～20 m 厚的土層覆蓋,又在地面炮口處鋪設炮被,未產生飛石危害。

4 結語

通過現場多次爆破結果來看,采用隧道斷面輪廓底部連線成弧形布孔、間隔裝藥與連續裝藥結合、平行連接逐孔網路起爆的方式,有效地保證了周圍土體的完整性,掘進區內的巖石破碎較好,解決了盾構機掘進過程中遇到堅硬巖石而造成卡刀的問題。