地鐵暗挖隧道超欠挖及爆破振動控制技術研究

孫 浩 于 福 王海亮 李維洲

(1.山東科技大學安全與環境工程學院，山東 青島 266000;2.中國交通建設股份有限公司軌道交通分公司，山東 青島 266000)

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發展，地上空間的利用率日趨飽和。為緩解地上空間的壓力，地鐵工程建設越來越成為人們關注的焦點。地鐵暗挖隧道施工的過程中，特別針對于軟弱圍巖而言，爆破超欠挖、爆破振動速度過大是兩大難點。因此，應加強對地鐵暗挖隧道爆破超欠挖及爆破振動控制技術的研究。

黃福波提出，對于單線軟弱圍巖隧道采用上、下臺階進行爆破開挖過程中，為減輕爆破振動對周圍巖體的擾動，減少拱頂超欠挖量，對爆破參數、爆破炮眼位置、起爆順序進行了改進。張鵬飛采用TOPBOX爆破振動記錄分析系統對陳家山隧道現場爆破進行震動監測,根據爆破監測結果,對隧道其他地段爆破參數、爆破方式進行優化,最終達到安全降低震動、有效控制超欠挖的目的。

本文根據實際工程概況，在理論的基礎上結合現場實驗，對采用全斷面法爆破開挖的爆破方案及爆破參數進行了優化與對比分析。提出的優化后爆破方案的爆破效果，達到了降低爆破超欠挖量及爆破振動的要求。

1 工程概況

靈山衛站—黃海東路站區間地下暗挖隧道(樁號YCK14+187.085～YCK15+911.49)爆破開挖長度約為1 723 m，斷面高約6.887 m，寬約6.78 m，埋深約10 m～20 m。靈山衛站—黃海東路站區間臨時豎井位于泰山東路北側20 m處，道路南側有自來水、熱力和燃氣管線，豎井兼做聯絡通道。區間隧道共有四個掌子面，分別是：右線小里程，圍巖等級為Ⅵ級；左線小里程，圍巖等級為Ⅳ級；右線大里程，圍巖等級為Ⅳ級；左線大里程，圍巖等級為Ⅳ級。現場實際施工中均采用全斷面法爆破施工，楔形掏槽形式。

根據前期施工爆破振動監測，爆破施工振速符合要求，但爆破振動仍然過大，影響沿線居民工作生活，需采取技術措施，進一步降低爆破振動。

2 爆破施工設計

根據施工中采集到的實際爆破參數，繪制爆破施工實際炮眼布置圖及爆破參數表，見圖1，表1。經現場勘查和理論分析，提出實際爆破施工存在的問題主要有：

1)掏槽眼布置存在問題：掏槽眼間距過大、排距不合理，導致掏槽不能充分爆出；

2)掏槽眼單孔裝藥量過多，單段起爆藥量過大，導致地表振動較大；

3)掏槽采用楔形掏槽，但未打設小掏槽，應采用復式楔形掏槽方式；

4)掏槽距掌子面上半部分輔助眼間距過大，導致掌子面上半部分爆破不充分，影響上部周邊眼的爆破；

5)雷管起爆順序不合理，會對爆破效果造成一定影響；

6)現場使用雷管段別段數較少，導致單段起爆藥量過大；

7)周邊眼間距較大，光爆層厚度較小，二圈眼間距不一。

表1 實際爆破參數表

經濟技術指標：

開挖面積20.04 m2；循環進尺1.0 m，孔數48個；比鉆眼數2.4個/m2；炸藥量32.0 kg；炸藥單耗1.6 kg/m3。

3 降低超欠挖量及爆破振動速度的措施

綜合現場實際，采用技術手段對實際爆破方案進行優化。方案要達到的目的是：1)降低爆破振動速度；2)降低超欠挖量；盡可能形成拱形輪廓；3)控制炸藥單耗，控制施工成本；4)控制作業量和作業時間，降低勞動強度；5)控制危險源，提高安全系數。優化后的爆破參數表和炮眼布置分別見表2，圖2。

表2 優化后爆破參數表

經濟技術指標：

開挖面積20.04 m2；循環進尺1.0 m，孔數81個；比鉆眼數4.04個/m2；炸藥量23.9 kg；炸藥單耗1.19 kg/m3。

本爆破優化方案適用于靈黃區間臨時豎井區間隧道開挖施工，具體參數可根據現場試爆調整。本方案適用于靈黃區間臨時豎井區間隧道圍巖等級為Ⅳ級時的爆破開挖施工。爆破施工中可根據輔助眼、周邊眼的實際爆破效果，適當調整輔助眼、周邊眼單孔裝藥量，以達到最優的爆破效果。方案采用復式楔形掏槽，必要時可采用多級楔形掏槽。施工過程中，應根據圍巖情況及振動檢測數據及時調整爆破參數。若調整后爆破振動仍然超標，則應采用單孔單段起爆，配合采用孔外延期、多次起爆等技術手段，以確保地面建筑物安全。此外，工人應嚴格施工作業要求。鉆鑿炮眼時應注意角度控制，炮孔深度、間排距要按方案要求進行打設。提醒工人鉆鑿炮眼過程中若發現異常，如巖石變硬等，要及時溝通，便于及時調整方案。圖中阿拉伯數字除尺寸數據外，均表示雷管段別，羅馬數字表示起爆炮次。

4 爆破效果對比分析

優化后方案與原實際方案相比，總裝藥量由原方案的32 kg降為23.9 kg；優化后炸藥單耗由原來的1.60 kg/m3降為1.19 kg/m3，更加符合實際工程實踐。基本實現了振速控制和超欠挖控制。硬巖接近光爆的效果，炮孔殘留率達到30%～60%，軟弱巖石形成拱形輪廓。爆破振速均控制在1.0 cm/s以下，爆破振動大大降低。

5 結語

控制超欠挖的重要措施是采用光面爆破技術，但經過現場了解，采用光面爆破技術受限，具體而言：不耦合裝藥(小直徑藥卷)、間隔裝藥及導爆索的供應等均不能滿足要求。故只對爆破參數及連管方式進行調整、優化，以達到控制超欠挖的目的。

經現場實際考察、了解，爆破公司能提供的導爆管雷管段別有限，只提供1段、3段～15段，共14個雷管段別，這對控制爆破振動產生較大影響，導致單段最大起爆藥量增大，振速控制受限，當然可以考慮采用分次起爆方法來彌補雷管段別的不足，但在一定程度上增加了勞動強度，影響工作效率。

本方案對類似工程的影響較大，產生的爆破效果較好。爆破設計需要與實際工作相結合，才能最大效率的與爆破理論相配合，最終達到工程順利有序的進行。