控制爆破技術在地下暗挖頂管作業中的應用

王敏 陳新

【摘要】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，屬復雜環境下的地下石方控制爆破，通過控制爆破方案的確定，爆破參數的設計，起爆網絡的相應控制等，取得了良好的爆破效果，在保證施工安全的前提下加快了頂管的施工進度，節省了項目投資。

【關鍵詞】隧道;暗挖;頂管施工;爆破技術;設計參數

Application of controlled blasting technology in underground pipe jacking operation

【Abstract】Dalian Donggang Business District 220 kV Power Supply Tunnel body construction bid 2 7 section of controlled blasting of underground pipe jacking engineering， underground stone controlled blasting under complicated environment， through the control of the determination of blasting scheme， the design of blasting parameters， blasting network， the corresponding control and so on， has obtained the good blasting effect， on the premise of ensure the safety of construction speed up the construction progress of pipe jacking， Saving project investment。

【Key words】 The tunnel;underground;Pipe jacking construction;Blasting technology;Design parameters

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.09.057

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。

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。

1.4爆破技術參數

1.4.1確定單次循環進尺斷面孔數

確定斷面孔數孔，考慮巖性情況，取27孔。

式中：f—巖石堅固性系數，取8-10。

S—橫通道截面積約6.25㎡。

1.4.2參數確定

爆破參數設計如表1所示。

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。

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》（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（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。

2.5爆破沖擊波的控制

根據霍普金遜相似率公式

式中：△P—為沖擊波超壓值。

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。

參考文獻：

[1]中國工程爆破協會.《爆破安全規程》（GB6722-2014）[S].北京：國家安全生產管理局，2014.

[2]熊焰.北京市的頂管施工技術發展回顧與展望[J].市政技術，1994.

[3]鮑新海，郭厚軍.爆破掘進頂管施工[J].西部探礦工程，2008，20（9）.

[4]馬保松，蔣國盛等.頂管和微型隧道技術[M].人民交通出版社，2004.

[5]汪旭光，于亞倫，劉殿中.爆破安全規程實用手冊[S].人民交通出版社，2004.