隧道控制爆破及相关问题的探讨

王铁力

（中铁二十局集团第四工程有限公司,山东 青岛 266061）

1 工程概况

位置及周边环境。青岛地铁五浮区间位于青岛市香港中路与南京路下方，毗邻青岛市著名的五四广场和青岛市政府中心。区间隧道左线长1269.637 m，右线长1298.429 m，平面曲线半径最大为450 m，最小350 m，最大纵坡2.91%。结合工期要求，在区间中部新浦路设置一座施工竖井（竖井通道与联络通道结合设置），区间在线路最低点设置一联络通道及泵房。区间出五四广场站，沿香港中路前行，后转到南京路下方。区间段地面交通繁忙，人流、车流很大，穿越多个高层办公及商住楼，区间附近建筑物密集。

2 控制爆破技术方法

1）竖井。竖井设置在新浦路，垂直开挖高度28.13 m，竖井断面5 m×9 m，锁口深度1.2 m，高出地面30 cm，采用锚喷支护。在全风化、强风化及中风化互层岩层中，先采用人工配合反铲开挖全风化、强风化花岗岩并修整成台阶。

采用浅孔低台阶法开挖，台阶高度1.0～1.2 m，以控制飞石方向和增加临空面，减少爆破振动速度，炮眼采用炮泥堵塞，并对孔口覆盖管簾，同时采用井口加盖防飞石措施，飞石受到控制，从未逸出井口，确保了安全施工。

2）马头门进洞口段。由竖井转入横通道，围岩为Ⅱ～Ⅲ级，采用精细光面爆破方法，解决了最容易坍塌或成型差、超挖大的问题。马头门台阶开挖，采用短进尺、精细爆破方法，在超前注浆小导管的保护下，周边钻孔密集，孔距25 cm，装药量为0.10～0.15 kg/m,循环进尺1.0 m。采用此法，成形好，拱部炮眼痕迹保存率85%以上，围岩稳定，无松石，同时由于弱装药，短进尺，精细爆破，R=28.6～53 m，爆破振动速度控制在20 mm/s以内。

3）横通道。由于横通道局部地段仍为“上软下硬”，因此仍利用此特殊地层条件，采用超前钢管支护（非注浆小导管），φ42 mm×3 m，@40 cm，先利用反铲开挖全风化、强风化花岗岩，并修整齐平，增加临空面，减少装药达到减振目的，以达到减振作用。下台阶仍采用短进尺弱爆破施工。采用此法仍达到了控制爆破振动速度的目的，横通道测点 R=28.6～53 m，爆破振动速度 v≤20 mm/s,由于有了超前钢管支护，保护了围岩，防止了坍方与大量超挖。值得注意的是埋深较浅时，采用此法十分见效，没有因爆破引起坍方。

3 隧道控制爆破技术

3.1 控爆标准

区间下穿香港中路及南京路及多座高层建筑物，处于闹市区，临近青岛市政府，对爆破振动速度和噪声控制要求高，主要监控量测控制标准见表1。

表1 主要监控量测标准

3.2 控制爆破振动速度技术

3.2.1 控制振速技术方法

1）采用分部开挖光面爆破。围岩以中风化花岗岩为主，节理、裂隙发育，地下水成线状出露。采用钻爆法施工，台阶法开挖，台阶长度6～9 m，上台阶高度3.2 m，上台阶开挖面积13.9 m2，台阶法下台阶开挖面积18.1 m2。Ⅲ级围岩台阶法钻爆设计见图1，钻爆设计参数表2，并按照检测结果调整装药量，钻爆主要经济技术指标见表3。

图1 Ⅲ级围岩台阶法钻爆设计图

2）严格控制最大一段装药量。按萨道夫斯基公式，计算区间正线下穿建筑物段最大一段装药量进行试爆，与实测结果对比，并在施工中调整。

3）多段雷管起爆，雷管起爆时间间隔在50 ms以上。采用2号岩石乳化炸药，药卷规格φ32 mm×300 g，1～15段塑料导爆管毫秒雷管，使用高能脉冲起爆器起爆。

4）光面爆破参数。上台阶周边眼间距E=45 mm，抵抗线W=55 cm，周边眼共23个，相对距离E/W=0.85，线装药集中度0.15～0.20 kg/m。

5）完整的振动监测与对保护对象的观察，监测数据反馈于爆破设计，以调整炸药用量和起爆顺序等主要爆破参数，把爆破振动速度控制在允许范围以内。

表2 钻爆设计参数

表3 主要经济技术指标

3.2.2 减振效果

通过优化钻爆设计，现场跟班指导，严格控制爆破进尺、装药量、起爆顺序，爆破振动速度均控制在允许值20 mm/s内，爆破轮廓成形较好，达到了预期的减振效果，保证了施工安全。

4 关于选用K，α值的探讨

1）目前开挖的地层普通为“上软下硬”，一是隧道穿过硬岩，建（构）筑物基础在软岩上，二是隧道穿过硬岩，建（构）筑物基础在硬岩（桩等）上。根据萨道夫斯基公式：

式中：R——爆破振动安全允许距离，m；Q——炸药量，最大一段药量，kg；V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K，α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按表4选取或通过现场试验确定。

表4 不同岩性的K，α值

表4表述的是爆区不同岩性的K，α值，岩性分“坚硬岩石”、“中硬岩石”、“软岩石”，是范围非常大的分类。

对于隧道施工而言，地形因素一般不变，主要是围岩因素。城市地铁区间隧道需要采用矿山法钻爆施工的地层多为“上软下硬”，即象五浮区间隧道一样的从地面到隧底的地层。对于区间隧道光面爆破和控制爆破振动速度，在允许值20 mm/s的初步计算与设计中，首先就遇到萨道夫斯基公式计算最大一段装药总量的问题，问题中就是如何根据隧道和被保护建（构）筑物及管线所处的地质条件，选取K，α值问题。针对五浮区间隧道已知爆源至被保护建（构）筑物的最近距离R与爆破振动速度允许值20 mm/s。根据洞身穿过的围岩及其上约5～8 m厚的中风化和微风化花岗岩选取K，α，与根据建（构）筑物地基所处的地层地质条件即强、全风化、砂层与素填土，选取K，α值，计算出的结果，最大一段药量相差很大。如果按从前的取值方法，即按洞身所处地质条件，五浮区间隧道应取岩性为中硬岩石，K=150～250，α=1.5～1.8，按照R=20 m，V=2.0 cm/s，计算结果 Q=1.422 kg。而按所需保护的建（构）筑物所处的地质条件，岩性为软岩石，K=250～350，α=1.8～2.0，按照 K=350，α=2.0，R=20 m，V=2.0 cm/s，则 Q=3.456 kg，当取K=300，α=2.0，R=20 m，V=2.0 cm/s，则 Q=4.354 kg。测点的布置按照《爆破振动测试技术探讨》建议的方法进行。

2）根据五浮区间隧道的光面爆破实施统计来看，最大一段装药量控制在4.5 kg内，爆破振动速度保持在10～20 mm/s之间。由此可见，采取建（构）筑物所处软岩石地层的岩性K，α值，比较接近实际量测的爆破振动速度，这就是应该讨论的问题。这一问题也就是软弱结构面对爆破地震传播的影响问题。当然，最好是通过50次以上的爆破循环的实际的R，Q和V，通过回归求出K，α值，以验证取值的范围和取值方法。今后应不断收集数据和积累经验，来验证K，α值的取值方法。

5 结语

五浮区间施工竖井、横通道和区间隧道施工至今，爆破振动速度和噪声得到有效控制，防止了坍方，确保了施工安全，主要经验如下：

1）采用“一算、二试、三测、四调整、五实施、六反馈”，六步骤控制方法。

2）控制最大一段装药量，不超过由计算和量测决定的最大一段装药量。

3）采用台阶法开挖，控制一次爆破规模，配齐1～15段塑料导爆管毫秒雷管，采用多段雷管起爆，段间间隔时间50 ms以上，避免振动速度峰值重叠。

4）坚持光面爆破。加强钻孔精度，打眼、装药分片区专人负责，并根据爆破效果对钻爆参数进行修正。

5）采用钢管超前支护，起到“减振孔”的作用。

6）坚持爆破振动量测“每炮必测”，做到随时反馈到爆破施工中。

7）竖井施工中采用台阶法开挖，炮孔孔口覆盖，井口加盖，杜绝飞石逸出井口，降低噪声。

8）呼吁城市地铁业主、设计工程师和监理工程师，对于爆破振动允许值还是应以《爆破安全规程》的规定为准，不要一概而论，对任何建筑物、构筑物、管线路都以2 cm/s为准。一概而论是没有出处与根据的，应实事求是，多调查多研究，确保爆破施工安全，确保爆破施工效果，确保建（构）筑物、管线路的安全。

［1］李桧祥.城市地铁隧道控制爆破［Z］.深圳地铁五号线施工讲座，2009，4.

［2］杨年华，林世雄.爆破振动测试技术探讨［J］.爆破，2000，17（3）.

［3］尚晓江，白金泽，丁木华.软弱结构面对爆破地震波传播的影响［J］.中国爆破新技术，2004.

［4］GB6722-2003，爆破安全规程［S］.2004.