某地铁隧道与运营线路的贯通爆破施工

高军会

1 工程概况

某地铁工程施工标段包括晓—昌区间(八号线)、昌—江区间(二号线)隧道以及昌岗站(换乘车站)。在昌岗站建成并投入使用之前，晓港站和江南西站同为原二号线运营线的车站，本单位工程建成后，区间将通过昌岗站拆解后，形成新的二号线和八号线，原有直接联系两个车站的运营隧道部分将作为应急联络通道使用，如图1所示。

施工前四个预留接口的长度约为23 m～38.8 m，且预留端头距离运营线路最小距离为5.75 m～11.3 m。

新旧隧道接头部位地质部分为中风化和微风化层砂砾岩，其余部分为强风化砂砾岩。

2 施工方案

2.1 施工需要解决的问题

1)新建隧道与既有运行线路具体位置关系不明的情况下施工，可能导致严重安全及质量事故的发生，我项目将承担巨大的经济损失。2)新建隧道与既有运营隧道交叉口过渡段，横向距离很小，如果开挖爆破不合理，将给既有隧道结构造成极大破坏。3)隧道施工地面建筑多为砖混结构的老式建筑，结构抗震能力比较低，施工将给此部分建筑物居民的生命财产安全造成很大影响。4)新建隧道施工期间，地铁将正常运营，其运营时间为6：00～23：00，而爆破施工只能在白天进行。

2.2 方案制定前的调查工作

1)查阅既有线隧道相应位置的竣工图纸，更全面的掌握了新建隧道与既有隧道的位置关系，同时也清楚了预留接口隧道的结构施工情况;2)对既有线结构的调查，确认了相邻的运营线隧道的结构现状;3)对周边地面建筑物布设沉降观测点，并设置爆破震动观测点。

2.3 施工方案的确定

2.3.1 整体施工方案

隧道开挖至接近贯通前20 m后，按照贯通开挖爆破方案开始实施，尽量采用人工和机械开挖施工。隧道贯通阶段开挖采取超短台阶法开挖，循环进尺1 m，并在上台阶实施超前钻孔探测，确认贯通距离;初期支护按照超前小导管和挂网锚喷支护相结合的方案实施，每循环开挖爆破完成后，及时支护并喷锚封闭。

2.3.2 爆破施工方案

依据施工规范，鉴于实际地质情况，采取密炮眼、小药量、弱爆破的爆破开挖方法，控制爆破震速，最大程度的减小爆破施工对运营线路以及地面建筑物的影响。

1)控制最大一段爆破装药量和单孔装药量。单段最大爆破装药量是控制爆破地震动强度的关键。以地面建筑物基础底部至爆源中心的距离R为安全控制半径，选用质点振速限值［v］= 1.0 cm/s为控制标准，根据萨道夫斯基的爆破震动速度公式反算得到各开挖部分允许的最大一段爆破装药量，即通过式Q=R3(［v］/K)3/a计算。其中，Q为同段最大药量，kg;R为安全允许距离，m;v为质点振动安全允许速度，cm/s;K，a分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的场地系数和衰减指数。根据循环进尺1 m计算最大一段装药量为1.2 kg，同时，根据微分原理，炮孔按浅、密原则布置，控制单孔药量，使一次爆破的药量均匀地分布在被爆岩体中。

2)选择合理的段间隔时差。根据炮孔的类型和岩石特性，段间隔时差多在50 ms～200 ms之间选取。主要考虑减震和降低爆堆厚度时取大值。本工程施工爆破控制的首要问题就是震动，因此，选择爆破段间隔时差时我们就选择200 ms附近的值。同时，为避免振动强度的叠加作用，在线网布置时1段～5段雷管跳段使用(见图2，上断面炮孔布置及起爆顺序图)。在雷管段数不足的情况下，采用减少单段雷管一次共同作用的炸药量来进行控制。

3)选择合理的掏槽形式。一般情况下，掏槽爆破的震动强度比其他部位炮眼爆破时都要大。因此选择合理的掏槽形式及掏槽孔的位置，是本次隧道掘进中控制爆破震动的关键。根据隧道的地质条件、掘进方法以及机械设备和工人的技术水平，结合直眼掏槽及斜眼掏槽优缺点，我们采用了垂直复式大直径中空楔形掏槽。掏槽孔的位置布置在离拱顶较远的上断面下部。

4)选用合理的周边孔爆破形式。由于隧道上方为抗震性差的楼房、周边需保护的对象(包括地铁隧道和车辆)距离较近，所以施工采用预裂爆破，预裂孔间距为35 cm，这样既可以最大限度减少对围岩的破坏，又可以达到减震的目的。预裂孔采取非电毫秒雷管微差方式进行起爆，从而进一步减弱爆破地震效应，减小爆破地震动强度。

5)起爆网路设计。掘进爆破根据工程实际采用塑料导爆管非电微差起爆网路。上断面分Ⅰ，Ⅱ两区爆破，Ⅰ区爆破完毕再Ⅱ区装药爆破;下断面根据实际情况一次起爆或分两次起爆。

2.3.3 爆破施工管理

由于爆破噪声及震动会影响居民生活，根据公安部门及城市管理部门规定，施工将爆破时间严格控制在9：30～20：00之间。爆破只能在地铁运营的间隙中进行，由业主进行协调，联系地铁运营部门，安排专人驻站联络，及时通知爆破时间，以确保在爆破的时候避开运营列车。

2.3.4 测量与监测

为保证区间隧道与既有线预留接口正确对接，保证隧道的贯通精度，在测量方面主要采取以下措施进行控制：

1)将施工使用的控制点与既有线施工控制点进行联测。

2)利用既有线区间隧道内竣工控制点对既有线线路中线的坐标和高程进行复核。

3)对隧道贯通横向误差分析。

在隧道贯通以前，隧道施工控制点布设为支导线，随着支导线长度的增加，端点横向误差也会逐渐增大。导线端点横向误差采用以下公式计算：

其中，s为导线边长;mβ为测角中误差;n为支导线边数;ρ= 206 265。

如：晓—昌区间隧道距既有线最远距离约150 m，则与既有线接口处的横向误差估计为：

4)在既有隧道距离接口20 m范围内设置拱顶下沉点和收敛监测点，拱顶下沉点每隔10 m布置一个断面，每个断面布置1点～3点;收敛监测点每隔10 m布置一个断面，每个断面布置4个收敛点;在距离既有隧道接口20 m时开始对既有隧道拱顶和断面尺寸进行监测，确保既有隧道安全。

5)根据新建隧道到既有隧道接口的距离，提前在既有隧道接口处地面布置爆破监测点，先观测记录1次～2次爆破震速，取得爆破震速初始值，后期对隧道爆破进行定期震速监测，根据监测数据调整爆破装药量，将爆破震速控制在1.0 cm/s以内。

在两个区间隧道施工中，通过采取以上测量控制措施，控制隧道施工精度，保证了新建隧道与既有隧道的安全和顺利贯通。

2.4 施工主要安全控制措施

因临近已建成通车线路，为确保行驶车辆的正常运行和乘客及施工人员安全，保证工程顺利施工，应做好安全保障和应急准备，所以我们将安全控制重点放在下面几点：

1)距离接口处最后2 m岩层使用机械破除，不再爆破。2)严格控制爆破装药量，保证既有隧道结构安全。3)派专人驻站实时联络，及时通知爆破时间，保证列车通过间隙进行起爆。4)人员配备满足施工需要：现场施工班长、技术人员、测量人员、试验工程师、质检工程师、安全工程师、监测工程师、爆破工程师，实行岗位安全责任制，人员分工明确。

由于制定了周全的安全预防和控制措施，通过施工过程的细致的安全工作，从而保证了施工的顺利完成。

3 技术及安全措施实施效果

1)工作协调到位保证了施工顺利进行。新线施工难免影响既有线的运营，但是我项目部通过多方面积极的工作协调，利用可用的条件，将这种影响降低到列车安全运营容许的范围内，从而确保了施工的正常进行。

2)爆破施工控制效果良好，兼顾了施工和安全需要。新线施工从土体开挖到结构施作，其原岩应力场要经过多次变化，各施工步序间要进行多次应力传递与转换。所以，在施工过程中，我们从爆破方案方面多考虑，修正原爆破方案，尽量降低爆破震速，确保了列车安全、正常运营，也保障了周边居民的正常生活。

3)监控量测数据指导施工顺利完成。监控量测是联系既有线安全运营和新线施工的纽带，使两者成为一个有机的整体。施工过程中我项目部加大了对新线的监控测量频率，对既有线路在施工安全影响范围内的结构进行布点，观察分析监测数据，以数据修正施工方案，进而指导开挖爆破，保证了隧道的顺利贯通。

4 结语

城市地铁施工涉及面很广，影响因素很多，暗挖隧道施工的关键是监控量测、安全及质量的控制及协调、科学合理的方案以及人员的系统配备。面对复杂的施工环境，通过统筹考虑，在确保工程进度、质量、安全的前提下，兼顾了周边居民的利益以及地铁的安全和正常运行，方案实施效果良好，为类似工程的施工提供了一种较好的借鉴经验。

［1］ GB 6722-2003.78-80，爆破安全规程［S］.

［2］ 刘殿中.工程爆破实用手册［M］.北京：冶金工业出版社，1991：50-56.

［3］ 张佩昊，张富田，李 赞.微差爆破技术在广州地铁施工中的应用［J］.都市快轨交通，2006(3)：70-73.

［4］ 中国力学爆破委员会.爆破工程［M］.北京：冶金工业出版社，1992.