地鐵大截面隧道爆破設計與應用

劉 淼

（江蘇省礦業工程集團有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著城市建設的高速發展，土地資源日益緊缺。土地開發已由地表逐漸轉向地下[1]。在巖石層較淺的城市地鐵建設施工中諸如基坑開挖、隧道掘進都會遇到巖石爆破。但地鐵隧道工程的地質條件及地面環境更加復雜，存在著埋深淺且爆破振動易引起上方軟弱地層的坍塌等危及施工安全的風險[2]。本文通過開展大斷面控制爆破施工技術研究，采用地鐵隧道爆破大多采取的CRD法，通過設計爆破參數，合理控制炸藥單耗，降低爆破振動強度，確保圍巖輪廓成型效果良好。

1 工程概況

徐州市軌道交通2 號線一期工程某區間隧道長約896 m，聯絡線長約465 m，區間隧道及聯絡線采用礦山法施工，隧道洞頂埋深8～16 m，主要穿越中風化灰巖層。隧道縱斷面為“V”字坡，其中最大坡度為26‰，最小坡度右線為5‰。根據勘探資料顯示區間巖體總體強度較高，圍巖等級Ⅲ～Ⅳ類。

2 爆破方案設計

本段工程施工條件極為復雜，車流量、人流量較大，在建筑物下穿越施工的安全要求高，需要綜合考量各種不利因素，對施工工藝、施工方法和技術能力都是一種嚴峻的考驗，對施工進度影響也較大，因此，應采取相應的技術與安全應對措施，宜采用光面爆破等余震較小的方法。隧道分區設置如圖1。

圖1 隧道各區施工工序布置圖

2.1 孔徑參數選擇

采用YT-28 型風鉆鉆孔，鉆頭直徑Φ42 mm。炮孔所裝炸藥選用Φ32 mm 乳化炸藥，雷管選用毫秒延期導爆管雷管。

2.2 炮孔參數選擇

大斷面隧道CRD 法爆破技術參數設計，大截面隧道各區具體布孔如圖2。

圖2 隧道各區炮孔布置圖

（1）掏槽孔。采用楔形掏槽，一級掏槽孔距a=0.6 m，排距b=1.5 m，孔深1.0 m。二級掏槽孔距a=0.6 m，排距b=2.5 m，孔深1.8 m，與工作面角度為60°～70°。

（2） 輔助孔。 孔距a=0.55～0.8 m， 排距b=0.6～0.8 m，孔深1.3～1.5 m。

（3）周邊孔。間距0.45～0.6 m，孔深1.3～1.5 m。

（4）炸藥單耗。根據巖性、節理裂隙發育程度以及巖石的可爆性決定炸藥單耗，設計單耗取0.7～1.0 kg/m3。

其中，掏槽孔的布置直接影響到中心巖石拋擲效果及輔助孔、周邊孔作用效果，經反復試驗后最終確定掏槽孔布置如圖3。

圖3 隧道各區掏槽孔斷面圖（mm）

2.3 爆破網路與裝藥結構

各導坑起爆網路設計如下：

（1）上導坑（1/4 區、3/4 區）起爆順序：

掏槽孔→輔助孔→周邊孔

（2）下導坑（2/4 區、4/4 區）起爆順序：

輔助孔→周邊孔→底板孔

（3）各導坑開挖起爆網絡

采用非電毫秒雷管裝入孔中，掏槽孔用ms1、ms3 雷管，輔助孔用ms5、ms7、ms9、ms11、ms13段雷管，光爆孔用15 段起爆，最后用若干1 段非電導爆管雷管捆扎引爆全部網路。各炮孔裝藥量及雷管配置見表1。

表1 各炮孔裝藥量及雷管配置表

（4）裝藥結構

周邊孔采用間隔裝藥并使用導爆索作為傳爆線，直徑為采用25 mm 炸藥加竹片綁扎成串狀裝藥結構。其他炮孔采用連續裝藥，藥卷為32 mm，全部采用反向起爆裝藥結構。周邊孔及其余炮孔具體裝藥結構如圖4。

圖4 裝藥結構圖

3 爆破安全校核

3.1 爆破振動校核

爆破振動安全允許距離計算公式：

式中：R為爆破振動安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；V為保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s；K、α為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數。

穿越房屋時，隧道埋深約17 m，安全距離R取17 m，K取200，α=1.5，砼結構建筑物安全允許振動速度V=3 cm/s，計算得出1.1 kg，隧道穿越房屋時，一次最大齊爆藥量不得超過極限藥量1.1 kg。此外，為進一步確保安全施工，爆破前選擇地表多個典型建筑（結構）物，使用爆破振動測試專用儀器由遠至近進行跟蹤測量，校核振動計算值，并依此調整裝藥量。

3.2 振動監測

通過監測，掌握爆破對已施工支護結構及地表建筑物的影響程度，用以修改鉆爆設計，控制超、欠挖及維護外環境穩定，確保鉆爆施工所產生爆破振動速度在允許值內。施工期間，尤其是鉆爆初期，每炮必須進行爆破振速量測，以便及時調整鉆爆參數，減少振動，確保地面建筑物安全。

采用NUBOX-6016 智能振動監測儀監測爆破振動速度。監測頻率根據爆破施工的需要隨時進行。

3.3 監測布點

選擇在隧道距房屋較近位置，在距離爆破位置最近的房屋屋內地面和地基處各布設一個監測點，具體位置根據實際情況確定。實測爆破振動速度，并進行頻率與幅值域分析，根據國家規程及本項目的允許安全標準，評價爆破對建筑物的安全影響。

經過多次試驗爆破，測得爆破振動速度遠小于3.0 cm/s，說明各項爆破設計參數均符合施工要求。

4 應用分析

每次爆破后，經工作面碎石清理，實際測量掘進深度，按時間先后隨機抽取10 次測量掘進深度結果見表2。

表2 掘進深度結果

經過初始幾次爆破試驗，對局部布孔進行優化后，對測得數據進行分析，炮孔利用率均超過90%，且達到了良好的輪廓成型效果。同時，對爆后檢查和振動監測，未出現局部盲炮和振動速度超標情況，說明延期雷管延期間隔時間設計符合作業要求。

5 結語

對于地鐵大斷面隧道這種處于復雜環境下的爆破施工，在合理選用爆破方案和設計參數后，可經過幾次試爆監測，結合爆后圍巖超欠挖情況進行優化分析，同時結合水文地質條件，適時調整炮孔參數和裝藥結構，基本上能達到預期效果。