礦山法隧道下穿既有建筑物爆破施工控制技術研究

摘要：介紹了新建寧波至舟山鐵路線金塘海底隧道以及其北侖陸域礦山法隧道段工程概況、周邊環境和工程難點，制定了包括開挖方法、開挖順序和開挖注意事項等在內的隧道開挖方案，從炮孔布置斷面及參數、爆破振動速度安全校核、裝藥結構與填塞、起爆網路及爆破順序等方面對爆破施工進行了設計，施工效果說明采用三臺階法爆破開挖方案是可行的。

關鍵詞：礦山法；隧道爆破施工；控制技術；三臺階法；安全振動速度

0" "引言

隧道工程是交通設施建設的重要環節，采用礦山法施工具有工序簡單、成本小等優點，被廣泛應用于隧道工程。但是礦山法施工對周邊環境影響較大，應提前設計好爆破參數，盡可能減小爆破帶來的不利影響。

近年來，采用礦山法進行隧道施工已逐漸成為研究熱點之一，不少學者對此開展了一系列的研究。石連松等[1]依托南關嶺鎮-南關嶺站區間，采用上下臺階法開挖，提出了配置大孔徑減震孔、掏槽部位盡量下移等措施。蔣麗等[2]基于LM算法改進的BP算法，建立了多因素神經網絡模型，用以預測爆破施工引起的振動響應。朱利明等[3]依托南京古建筑鼓樓背景，通過有限元軟件建立數值模型，分析了地鐵四號線爆破施工引起的既有建筑的振動響應，并結合試驗結果，驗證了施工方案的可行性。

時曉強等[4]基于新建隧道下穿已有步行街的工程背景，設計了合理的裝藥結構和爆破參數，優化了起爆網路，監測了地表振動響應；謝興博等[5]以淺埋地鐵隧道礦山法掘進施工為背景，針對工程特點，提出了優化方案，設計了延期起爆的松動爆破方法和合理爆破參數體系。

王仁濤等[6]依托青島地鐵3號線背景，分析了地下水豐富等特點，開展了專項爆破振動控制設計，分析了合理布置炮孔間排距、炸藥量、優化爆破網路等方案，有效控制了爆破引起的振動效應。本文以金塘海底隧道北侖陸域段隧道為背景，分析了工程難點，設計了施工方案和爆破參數。

1" "工程概況

1.1" "工程概況

新建寧波至舟山鐵路線金塘海底隧道總長度為16.180km，為單洞、雙線隧道，是該鐵路線最長的隧道。YZSG-2工區包含隧道8.557km，其中北侖陸域礦山法隧道長度為3.617km，盾構段海底隧道4.940km。雙車道斜井1座（640m）、疏散通道1座（113.61m）。鋪設CRTS雙塊式無砟軌道道床長度為16.77km，無砟軌道精調長度為16.77km。

北侖陸域礦山法隧道施工范圍起點樁號為DK14+533，終點樁號為DK18+150，最大埋深約為250m。該礦山法隧道共有兩種斷面類型，其中里程DK14+533～DK18+090設計高度為8.68m，凈寬為12.2m，軌面以上斷面有效面積約92.09m2；里程DK18+090～DK18+150設計高度為12.995m，凈寬為12.82m，軌面以上斷面有效面積約92.07m2。本文主要研究金塘海底隧道北侖陸域礦山法段隧道、斜井及疏散通道的爆破開挖施工。

1.2" "周邊環境

金塘海底隧道北侖陸域礦山法隧道段的西南側距離廠房最近約100m，距離110kV高壓鐵塔約220m，距泰山西路約180m，廠房內沒有需重點保護的精密儀器設備；東南面距離廠房最近約100m；西北面明暗交接處距離約60m有一處110kV高壓鐵塔塔基；西側距離約120m有廠房。

礦山法隧道洞身段K16+100和DK16+200里程分別下穿在建黃山西路隧道左右線，其凈距離分別為15.1m和17m；DK15+342里程下穿已廢棄的林家大山灰管隧道，其垂直距離約3.9m；K15+291里程與甬滬寧原油管道的最近距離為70m。

1.3" "工程難點

金塘海底隧道北侖陸域礦山法隧道段的開挖斷面較大，北侖側的進口位于丘陵緩坡的坡腰，其埋深淺，穿越殘坡積、強～中風化熔結凝灰巖，節理裂隙發育，巖體較破碎，圍巖為散體狀-碎裂狀結構；隧道穿過斷裂帶，節理裂隙發育地質條件復雜；隧道嚴格按“早預報、預加固、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、快襯砌”的原則組織施工。

金塘海底隧道北侖側的進口西南側及DK14+659里程西側，分別有110kV高壓鐵塔塔基，進洞口周圍有多處廠房，隧道位置的山上有高壓線路穿過，施工時應嚴格控制爆破藥量，控制爆破振動速度在2.0cm/s以內。

洞身里程DK15+342、DK16+100、DK16+200等處，分別下穿廢棄林家大山灰管隧道和在建黃山西路隧道左右線。在該里程段爆破施工時應嚴格控制爆破振動速度。在該里程段下穿點前后100m爆破施工時應進行爆破振動檢測。對黃山西路隧道爆破振動速度需控制在5.0cm/s以內，對林家大山隧道需控制在2.0cm/s以內。北侖斜井洞口有大量廠房及高壓鐵塔，爆破時應嚴格控制爆破振動速度，主線隧道下穿北侖斜井施工時，交叉點前后50m內采用弱爆破，控制爆破振動速度在5.0cm/s以內。

2" "隧道開挖方案

2.1" "開挖方法

礦山法隧道段下穿黃山西路隧道左、右線DK16+075～DK16+125、DK16+175～DK16+225的Ⅲ級圍巖里程采用三臺階法施工。下穿廢棄林家大山隧道DK15+327～DK15+357里程，采用機械開挖方法；DK15+287～DK15+327、DK15+357～DK15+397的Ⅲ級圍巖里程采用三臺階法施工。

洞壁周邊布置光面爆破孔，根據不同地質巖性的實際需要布設合適的孔數，周邊孔一般要向洞壁方向傾斜10cm左右，以便形成平整的輪廓面。爆破器材選用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為Ф32mm；雷管選用數碼電子雷管。

2.2" "開挖順序

隧道開挖支護順序為：開挖上半斷面→施作上半斷面初期支護→開挖下半斷面→施作下半斷面初期支護→施作仰拱→鋪設防排水層→模筑二次襯砌。

2.3" "開挖注意事項

一是每循環進尺控制在2m左右，各工序平行作業；二是暗洞爆破需采用控制爆破，嚴格控制炮眼深度和裝藥量；三是開挖前應先進行I型Φ42小導管超前預支護；四是分臺階開挖后，需立即噴射混凝土，并做好初期支護；五是下臺階開挖時，應在先開挖噴射混凝土的強度達到設計要求后，再進行另一部分開挖；六是仰拱二次襯砌混凝土的澆筑宜緊跟初期支護；七是當開挖形成全斷面時，及時完成全斷面初期支護閉合。

3" "爆破施工的設計

3.1" "炮孔布置斷面及參數

3.1.1" "炮孔布置斷面

金塘海底隧道北侖陸域礦山法隧道段為中等復雜Ⅲ級圍巖，采用三臺階法爆破掘進施工。三臺階法隧道斷面炮孔布置斷面如圖1所示。

3.1.2" "炮孔布置參數

三臺階法隧道炮孔布置參數如表1所示，掏槽用小直徑中空直孔布置參數如圖2所示。

3.2" "爆破振動速度安全校核

海底隧道穿越既有構建筑物時，應對其進行爆破振動速度安全校核。薩道夫斯基公式給出的安全振動速度最大允許值的計算方法如下：

式中：v為安全振動速度最大允許值，單位為cm/s；k為地質特征相關系數，無量綱；Q為單次爆破最大段藥量，單位為kg；R為爆源與觀測點的直線距離，單位為m；α為地質特征相關衰減指數，無量綱。

該礦山法隧道段圍巖強度以Ⅲ級為主，屬于中硬及軟巖石，故復核時值取200，值取1.7。振動速度安全校核計算結果如表2所示。從表2中可以看出，既有構建筑物的振動速度均在控制范圍之內。

3.3" "裝藥結構與填塞

3.3.1" "周邊孔裝藥結構

周邊孔采用普通Φ32藥卷間隔裝藥。由于隧道地質情況十分復雜，存在巖性不良或塌方地段，具體裝藥要視現場情況研究決定。對工況復雜的位置可在原來的基礎上增加輔助孔、周邊孔數量，并采用特殊裝藥結構、減少裝藥量等方法及時調整爆破施工工藝。

要嚴格控制進尺，緊跟作業面初期支護快速襯砌，多打孔、少裝藥、放小炮，保證斷面規整，為初期支護創造條件。及時進行初期支護是消除塌方的重要手段，強支護是預防塌方的主要措施，施工中利用小導管注漿、長管棚、格柵拱等進行強支護，對巖性不良或塌方地段進行處理。周邊孔不耦合裝藥結構示意如圖3所示。

3.3.2" "其他炮孔裝藥結構

掏槽孔、輔助孔及底孔，采用連續裝藥結構。連續裝藥結構示意如圖4所示。

3.3.3" "堵塞長度

堵塞材料采用炮泥（砂：土：水=3：1：1）。堵塞的作用是使炸藥在受約束條件下充分爆破，提高炸藥能量利用率。堵塞質量要求密實，不能有空隙和間斷。根據炮孔位置和作用不同，炮孔的堵塞長度有所不同。

3.4" "起爆網路及爆破順序

3.4.1" "起爆網路

隧道中、下部臺階孔內雷管采用數碼電子雷管，靈活設置延期時間，自上而下逐排起爆，每發電子雷管卡扣緊扣在母線上，采用爆破專用發爆器起爆。在實際施工過程中對延期時間不斷優化調整。

3.4.2" "爆破順序

隧道下穿黃山西路左、右線起爆順序為：DK16+075～DK16+125里程、DK16+175～DK16+225里程；隧道下穿廢棄林家大山隧道起爆順序為：DK15+287～K15+327里程，DK15+357～DK15+397里程。采用單孔起爆方式，使用數碼電子雷管靈活設置延期時間。

4" "結束語

本文以金塘海底隧道北侖陸域礦山法隧道段金塘海底隧道Ⅲ級圍巖區段礦山法施工為依托，提出了三臺階法施工工藝，設計了爆破參數。車站主體爆破施工遵循“早預報、預加固、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、快襯砌”的原則，有利于減少裝藥量并提升炮孔利用率。基于薩道夫斯基公式驗算，周邊構建筑物的振動速度均未超過控制值，說明本文設計的施工方案和爆破參數合理。

參考文獻

[1]" 石連松，高文學，王林臺.地鐵隧道淺埋段下穿磚混結構房屋爆破振動控制研究[J].北京理工大學學報，2018，38（12）：1237-1243.

[2]" 蔣麗，黃華東，王先義，等.基于LM-BP算法的隧道爆破振動災害預測的應用[J].隧道建設，2016（5）：525-530.

[3]" 朱利明，吳志強，邢世玲，等.隧道爆破開挖施工對古建筑振動速度的影響[J].建筑結構，2019，49（10）：26-29.

[4]" 時曉強，雷振，劉幸，等，城市淺埋隧道下穿密集建筑群控制爆破技術[J].科學技術與工程，2019，19（2）：223-227.

[5]" 謝興博，王希之，唐啟超.城市復雜環境下淺埋地鐵隧道掘進爆破[J].爆破，2014，31（3）：91-95.

[6]" 王仁濤，王成虎，江英豪，等.青島地鐵太延區間爆破振動控制及影響評價[J].爆破，2015（3）：139-145.