1、廣州地鐵暗挖隧道微振爆破技術摘要:在建筑物密集且部分建筑物抗震性能差的城市繁華地帶的地下,進行淺埋隧道爆破開挖施工,只有采用微(減)振控制爆破技術才能使地表建筑物免受爆破振動的危害。詳細介紹廣州軌道交通五號線廣州火車站站的鉆爆施工的設計、爆破控制、振動監測等內容,采取閉合雙回路孔內外延期非電微差起爆技術,嚴格控制最大一段起爆藥量,爆破達到了預期效果。關鍵詞:城市地下鐵道淺埋隧道開挖微振爆破孔內外微差爆破1 工程概況 廣州軌道交通五號線首期工程(口至文沖段)位于廣州市老城區中最繁華且交通流量較大的城市主干道環市西路北側、廣州火車站中廣場與東廣場之間。車站為東西走向,周邊高樓密集,道路縱橫。廣州火

2、車站位于荔灣單斜的東側,地層呈北東向展布,傾向北西,傾角約45。五號線廣州火車站站所處地面為廣州火車站廣場,地形較平坦,地面高程8.369.00 m,站址所處地段為微丘臺地,東臨越秀山。五號線廣州火車站站位于廣三斷裂以北,廣從斷裂以西的構造區。 根據勘察揭露,本場地主要土層有人工填土層、沖洪積砂層、沖洪積土層、湖泊相淤泥質土層、殘積土層,下伏基巖為泥質粉砂巖、礫巖、含礫泥質粉砂巖、含礫砂巖等各風化帶組成。地下水水位埋藏較淺,穩定水位埋深為1.092.50 m,平均埋深1.83 m,高程為6.007.49 m,平均為6.74 m。本工程站臺層為暗挖隧道, 位于地下約20 m處,隧道上方是車站廣場

3、和地中海商場,其中穿越地中海商場段距離地中海商場樁基礎底部約6 m,西面接二號線站臺,隧道長為128 m,爆破開挖直徑約為11.3 m。2 總體設計構思 針對本工程地處城市地段,所處地層圍巖上軟下硬,同一工作面分布不同圍巖類別等特點,進行隧道微振控制爆破技術設計。設計中充分體現微振控制爆破技術研究成果。 隧道爆破采用微振控制爆破,通過控制炸藥單耗實現降低爆破振動強度,減少爆破對施工區段建筑物的影響,拱部采用光面爆破,墻部采用預裂爆破,核心掏槽采用拋擲爆破的綜合控制爆破技術,以盡可能減輕對圍巖擾動,充分利用圍巖自有強度維持隧道的穩定性,有效地控制地表沉降,控制隧道圍巖的超欠挖,達到良好的輪廓成形

4、1-2。3 爆破方案 主隧道采用CRD(交叉隔壁法)法施工,爆破順序為ABCD。施工過程中,炮孔位置依據巖體保留情況做適當調整。炮孔布置如后圖3。根據本工程地質條件及結構斷面,開挖方案決定采用拱部光面爆破,墻部預裂爆破。最大段允許用藥量以允許爆破振動速度來控制,由薩道夫斯基公式進行計算 式中Q最大一段允許用藥量(kg); V振帶安全控制標準(cm/s); R爆源中心到振速控制點距離(m); K與爆破技術、地震波傳播途徑介質性質有關的系數; 爆破振動衰減指數; m經驗系數。 由于一般情況下,掏槽爆破的地震動強度比其它部位炮眼爆破時的地震動強度都大,因此從減振出發,選用適于減振的楔形掏槽形式,如圖

5、1所示。由于廣州地下水豐富,炸藥采用乳化油炸藥,周邊眼爆破采用專用光爆炸藥,引爆雷管采用非電毫秒雷管。起爆雷管采用電雷管3。有關實測資料表明:在軟弱圍巖中爆破振動頻率比較低,一般在100 Hz以下;振動持續時間縱向、橫向振動持續時間大時,可達到200 ms左右,垂直向可達100 ms左右。為避免振動強度疊加作用,導爆管采取跳段使用,為盡量避免振動波形疊加,段間隔時差控制為100 ms4-8。 循環進尺根據地質條件及進度安排確定。結合本工程地質條件、工期要求及施工方法確定循環進尺為0.75 m,采用淺眼爆破,不僅控制一次爆破總用藥量,也控制了段用藥量,可以達到減振僅對圍巖擾動的控制。 周邊眼裝藥

6、結構視地質情況靈活選用不同的形式:巖層比較破碎時,采用雙傳爆線結構,如圖2中B所示;中等巖層采用竹片,傳爆線,小直徑藥卷間隔不耦合裝藥結構,底部藥量適當加強,如圖2中A、D所示;較為完整的巖層,可采用專用小直徑光爆炸藥的連續裝藥結構,如圖2中C所示。上述裝藥結構均用炮泥堵塞。其他炮眼結構裝藥均采用連續裝藥結構,如圖2中E所示。其堵塞要求將炮泥堵在與裝藥相接的部位,實踐證明這種堵塞方法比堵在眼口的爆破效果好。本工程地下隧道開挖爆破工程設計均依據上述方法及參數進行布孔設計,采用分段微差起爆技術。每段最大爆破藥量以周圍結構安全允許振動速度指標控制。 底板眼的爆破,傳統的習慣作法是加大裝藥量,并且最后

7、同時起爆,以達到翻渣的目的,便于出渣。而爆破振動觀測說明,隧道爆破產生的地震動強度除掏槽眼最大外,其次是底板眼爆破。有時底板眼爆破產生的地震動強度最大,從保護圍巖穩定的角度來看是不合理的。為此,將底板眼分成幾個段分開起爆。這樣可以減少底板眼同段起爆共同作用的裝藥量。改變底板眼抵抗線方向,從而減小底板眼爆破產生的地震動強度。 起爆順序:預裂爆破時先預裂后掏槽,然后輔助眼。光面爆破,從掏槽眼開始,一層一層地往外進行,最后周邊光面爆破。具體落實到段號時,遵循以下三點來考慮:應有合理的段間隔時間;同一段炮眼的裝藥量應小于最大單段的允許裝藥量;前一段爆破要盡量為后一段爆破創造良好的臨空面。本工程爆破設計

8、在既有條件下充分體現了這三點。 爆破參數的選取方法主要有工程類比法、計算法及現場試驗法,本工程在參數選取過程中綜合運用前兩種方法,并在以后施工中根據現場試驗調整。具體參數見表1。 根據工程特點,巖層條件,工期要求確定循環進尺為0.75 m。考慮炮眼利用率,擬炮眼深度為0.9 m,掏槽眼另加20%,約1.1 m。在小直徑(3542 mm)炮眼,開挖斷面在550 m2的條件下,單位面積鉆眼數為1.54.5個/m2,本設計根據工程實際情況選取,如圖3。4 爆破效果 采用微振爆破技術,周邊輪廓尺寸符合設計要求,超欠挖控制在10 cm以內,炮孔利用率達95%,平均炸藥單耗0.98 kg/m3。雖然圍巖軟

9、弱,但光爆半孔率仍達70%以上,地表測得的最大質點振速為0.949mm/s,洞內初期支護無開裂變形地下管線完好無損。順利地完成該區段的隧道施工。5 結語 通過對廣州地鐵五號線廣州火車站站暗挖站臺層隧道爆破設計及施工,詳細介紹微振控制爆破設計及施工,以及在施工存在的重大技術問題的解決方法。為今后在淺埋地鐵隧道爆破施工以及在類似工程中遇到的問題提供經驗。參考文獻1馮叔瑜.城市控制爆破(第二版).北京:中國鐵道出版社,1996.2孟吉復.爆破測試技術M.北京:冶金工業出版社,1992.3婁德蘭.導爆管起爆技術M.北京:中國鐵道出版社,1995.4中國力學爆破專業委員會編.爆破工程M.北京:冶金工業出版社,1992.5王海亮.鐵路工程爆破M.北京:中國鐵道出版社,2001