控制爆破技術在地下暗挖頂管作業中的應用

文／王敏、陳新 大連經濟技術開發區金源爆破工程有限公司 遼寧大連 116601

引言：

伴隨國家經濟的逐步增長，城市化的加快，加之全民對環保意識的加強，地下工程建設的需求量在逐步增加，其中，頂管技術因施工速度快、控制精度高、經濟環保等優點，在地下管線的建設中起到了舉足輕重的作用。但由于地質情況復雜，頂管施工中頻繁出現人工機械等難以頂進的地質，從而使管道不能正常頂進，造成施工進度減緩、施工效果的降低。控制爆破能有效的控制爆破作業引起的振動，從而在地下頂管作業被廣泛采用，提高安全性的同時也能有效地縮短施工工期。本文通過工程實例，介紹了控制爆破技術在地下頂管作業中的應用，為同類工程提供借鑒。

1、工程概況及周邊環境

1.1 設計概況

大連東港商務區220 千伏供電隧道主體施工二標段7段地下頂管控制爆破工程位于大連市中山區青云林海小區220KV 變電站東側，頂管施工段為東西向布置全長36 米，頂管為外徑2.4 米×內徑2 米×長2 米（一節）的預制鋼筋混凝土管，埋深2.5 米，使用千斤頂逐節頂入爆破空間內，爆破開挖自然方量約187.5m3。依據地勘報告,爆破巖體為中風化石英巖夾板巖，無巖體裂隙水滲出現象。爆破施工區域南側有兩處地面建筑物，一處為兩層磚混結構臨建，距爆區邊緣直線距離約20m 遠；另一處為220kv 青云變電站，距爆區邊緣直線距離約50m 遠，地下爆區上空有兩條約8-10米高，高架輸電線路。頂管爆破施工區域環境示意圖如圖1所示，爆破斷面尺寸如圖2 所示。

圖1 頂管爆破施工區域環境示意圖

圖2 爆破斷面尺寸

1.2 工程難點

大連地區基巖埋深較淺，臨近海邊，地下水影響因素大，且臨近高壓變電站，根據周邊環境要求采取控制爆破，同時應進行爆破振動速度的量測和控制，調查周邊影響范圍內的建筑物、地下管線現狀，進行爆破安全評估，必要時進行專家論證。

1.3 爆破技術方案

考慮本工程巖石產狀及周邊環境的影響，爆破開挖需人工和機械開挖相結合進行，采用非電毫秒導爆系統，孔內外微差順序起爆方案，進行松動爆破施工。

以爆破振動為主要控制指標，設計單次循環進尺均為0.8m（掏槽孔除外），循環進尺為38 次，起爆順序為掏槽孔→輔助孔→周邊孔，裝藥結構示意圖如圖3 所示。

圖3 裝藥結構示意圖

1.4 爆破技術參數

1.4.1 確定單次循環進尺斷面孔數

式中：f—巖石堅固性系數，取8-10。

S—橫通道截面積約6.25 m2。

1.4.2 參數確定

爆破參數設計如表1 所示。

表1 爆破設計參數表

1.5 布孔方式及起爆網路

單次循環進尺，斷面中心設置直徑為90mm 的空孔不裝藥，空孔周邊設置6 個掏槽孔，掏槽孔間距450mm，輔助孔排距550mm，周邊孔距開挖輪廓邊線150mm，布孔方式示意圖如圖4 所示。

圖4 布孔方式示意圖

起爆網路設計采用非電導爆系統，掏槽孔單孔起爆，其它孔兩孔一響，孔內、外微差簇連法起爆（掏槽孔內分別使用MS1 至MS6，第1 至3 排輔助孔內各使用MS1 至MS3，第4 至5 排周邊孔內各使用MS1 至MS3 導爆管雷管；孔外排間連線，從第1 排至第5 排分別使用MS1 至MS6 導爆管雷管）。最大單段起爆藥量（掏槽孔）為0.3kg，最大單次起爆藥量（整個單次循環進尺斷面）為4.95kg。

1.6 爆破規模

基于工期的控制和人工機械排渣清運能力，單日循環進尺0.8m，單日循環進尺的爆破孔數為27孔，其中掏槽孔6個，使用炸藥1.8kg，其它孔21 個，使用炸藥3.15kg，單日循環進尺使用炸藥量為4.95kg，總循環次數38 次，本工程使用炸藥總量189kg。

2、爆破施工控制措施

2.1 質量控制措施

嚴格規范爆破施工設計、爆破安全評估、爆破安全監理等各個施工環節，相關作業人員持證上崗。每次鉆爆作業前進行安全交底，明確各鉆爆參數，并經工程師檢查后方可開始施工，根據每次爆破后效果，不斷改進爆破設計，優化參數。

2.2 安全技術措施

爆破作業周邊環境復雜，除臨近民用建筑物外還有高壓變電站，施工時要嚴格控制鉆孔、起爆等各個環節的振動影響，通過試爆等方式不斷優化爆破設計。

2.3 爆破飛石的控制

由于爆破工作面處于地下，爆破可能產生的飛石會由掌子面向頂管施工端口方向飛散，因此，在爆破之前采取了相應措施。首先，對施工區域所有人員進行疏散，保證頂管內無作業人員，并在頂管施工端口使用長、寬不小于2.5 米的較厚鋼板進行鋪蓋，最后，按照爆破安全規程[1]的規定執行警戒距離為300 米的區域設置警戒，各警戒點安排專業警戒人員執勤。

2.4 爆破振動的控制

通過爆破安全規程[1]計算了爆破對周邊建筑物結構振動速度，獲得質點振動速度可以評估周邊建筑物所受爆破的影響。振動速度的計算根據以下公式：

式中：R—爆破孔中心點距離周邊建筑物距離，m；

V—周邊建筑物振動速度；

K、α—分別為爆破圍巖質量系數與爆破振動衰減系數，根據《爆破安全規程》[1]（GB6722-2014）規定取值，這里取180 和1.7，計算結果如表2 所示。

依據爆破安全規程[1]（GB6722-2014）表2 規定，選取被保護物的安全允許振動速度，對于磚混結構臨建參考“一般民用建筑”一欄，允許振動速度為2.5 ～3.0cm/s；對于青云變電站設備參考“運行中的水電站及發電廠中心控制室設備”一欄，允許振動速度為0.7 ～0.9cm/s。通過控制，本工程爆破產生的振動速度遠小于規程的規定值，爆破所產生的震動危害不會對周邊被保護建筑物造成影響。

表2 爆破振動速度計算表

2.5 爆破沖擊波的控制

根據霍普金遜相似率公式

K—與爆破場地條件相關系數因毫秒起爆取1.48

R—距被保護物最近直線距離為20 米

Q—最大單段起爆藥量為0.3kg

α—空氣沖擊波衰減系數，因毫秒起爆取1.55

經計算得出本工程單次循環進尺所產生的空氣沖擊波超壓值為36Pa，遠小于爆破安全規程[1]表4 要求的“基本無破壞”超壓值2×103Pa。

3、爆破效果及總結

3.1 爆破效果

本工程共進行38 次爆破作業，總工期50日歷天，爆破效果達到設計控制標準，周邊建筑物及精密儀器設備安好無損，在保證施工安全的前提下實現了經濟效益，根據施工記錄統計和儀器監測數據，爆破所產生的各項危害均控制在安全允許的范圍內。

3.2 總結

（1）在地下暗挖頂管作業的施工中，如遇難以開挖的堅硬巖石，采用控制爆破技術的輔助手段可以有效的幫助頂管作業順利推進，減少施工成本，縮短工期。

（2）針對環境較為復雜的地下暗挖爆破作業，應遵循短進尺、多循環，堅持多打孔少裝藥的施工原則，盡量避免多孔多排起爆，加快施工進度的同時，更加嚴格控制了爆破產生的振動，確保安全施工。

（3）應用孔內外微差起爆，控制爆破振動對周邊被保護建（構）筑物的影響，合理的設計單段藥量和起爆段別能有效的提高爆破破碎質量，滿足空間狹小的頂管內爆后人員清渣的需求。