光面爆破在地铁区间施工中的应用
2015-11-04王铁
王铁
（青岛地铁集团有限公司 山东 青岛 266000）
光面爆破在地铁区间施工中的应用
王铁
（青岛地铁集团有限公司山东青岛266000）
青岛地铁一期工程3号线宁化区间开挖应用光面爆破技术，有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制施工成本，取得较理想的爆破效果。
地铁；光面爆破
1 工程概况
1.1工程简介
宁夏路站～敦化路站区间工程：区间起讫里程：K9+516.979～K10+138.867，本区间的中部没有施工竖井。区间隧道只能以两端的车站作为施工通道。区间隧道采用马蹄形断面，断面内净空宽5.1m，轨面以上高4.68m。地面标高19.95～39.90m。全区间线路大部分在微风化岩层中穿过，地层条件相对较好。区间隧道覆土厚度12.83～17.65m。
1.2围岩情况
根据隧道结构位置图及线路纵断面，本拟建区间隧道洞身处于地下水水位以下。围岩以Ⅲ、Ⅳ为主。
2 光面爆破
2.1光爆总体方案
隧道按矿山法组织施工，Ⅳ级围岩隧道施工中应严格遵循“强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，结合周边环境，合理的确定爆破参数：采用上下台阶法开挖，爆破上台阶每循环进尺2m；下台阶每循环2.5m，上下台阶纵向距离4～6m。
爆破设计控制关键点：
（1）采用控制爆破技术，降低爆破振动大小，防止因震动较大而对地下各种管线及周边建筑物产生破坏性影响。
（2）控制对初支震动影响。
2.2爆破基本原则
（1）尽可能采用预留光爆层爆破技术，实现光面爆破开挖，减少超挖量，减小围岩松驰圈。
（2）根据所获得的监测结果，及时反馈信息，调整爆破参数，进行信息化钻爆设计与施工。
（3）多打眼、少装药，多分段，严格控制爆破振动速度，以振动监测实测数据，调整单段最大装药量。
2.3光面爆破的主要内容
2.3.1爆破器材选型
根据隧道所穿越围岩的坚固性系数f以及岩石纵波波速等，选用威力适中、匹配性好、防水性能好、易于切割分装成小卷的2#岩石乳化炸药，Ⅱ系列非电毫秒微差导爆管。
2.3.2孔位布置
（1）布置原则
使炮眼均匀布置在被爆岩体中，并考虑光面层厚度均匀和起爆顺序。掏槽眼周围的辅助眼与槽腔的距离不宜过大，以不大于槽腔直径为宜。辅助眼彼此间的眼距可为距槽腔距离的1～1.5倍。控制周边眼抵抗线的两圈眼眼距不宜过大，一般为周边眼抵抗线的大小或稍大于抵抗线。具体布置参见图2上台阶布孔图，图3下台阶布孔图。
图1
图2 上台阶布孔图
图3 下台阶布孔图
（2）测量控制
每次布孔前，测量人员需对掌子面进行放样测量。按照图纸及施工方案确定数据，精确计算出每循环掌子面各炮眼位置关系，并使用喷漆将放样点位准确的标记在掌子面。
（3）掏槽炮眼
隧道爆破开挖的关键是掏槽，掏槽成功与否直接影响爆破效果，并且掏槽的深度亦直接影响隧道掘进的循环进尺。同时，许多爆破震动实测证明：掏槽时爆破震动速度最大。控制住掏槽爆破震动，则能控制住整个工作上的爆破震动。故根据施工经验，采用能较易获得有效进尺且减震效果良好的掏槽区域中部浅孔先行弱爆技术。
（4）周边炮眼
周边眼爆破参数的确定采用理论计算方法、工程类比法与现场试爆相结合，在保证爆破振动速度符合安全规定的前提下，提高隧道开挖成型质量和施工进度。
间距：根据公式E=（8～12）d（d为炮眼直径，一般在38～42mm时间）计算，炮眼间距在280～504mm之间，取450～500mm。抵抗线：W=（1.0～1.5）E（E为炮眼间距），周边眼爆破参数可参照表1周边眼参数表进行选择。
表1 周边眼参数表
（5）辅助炮眼
确定抵抗线W：抵抗线通常均小于炮眼深度，否则各个炮眼将成为分别独立的漏斗爆破，达不到理想的爆破效果。当炮眼直径在38～42mm的之间时，抵抗线W与炮眼深度有如下关系式：
在炮眼较深时，或坚硬难爆的岩体中，应取较小的系数，反之则取较大的系数。
炮眼深度L：为降低爆破地震动强度，循环进尺根据开挖部位不同来确定，辅助炮眼深度取L根据循环进尺来确定。炮孔底部超钻长度0.2～0.3W，当L偏小时，取0.2，当L偏大时，取0.3。
2.3.3爆破起爆网络
各段毫秒微差雷管脚线集束于工作面中央悬挂（当采用孔外微差时，尤其孔外过渡雷管放在两个拱角部位避免飞石对网络的影响），用电雷管引爆。孔内微差低段雷管一般跳段使用，使各相邻段间隔时间大于50～100ms，以改善爆破效果和防止地震波叠加而产生较大的地震动。当需要时，为了确保周边眼同时起爆，保证光爆效果，将周边眼起爆放在最后。
2.3.4单孔装药量的计算
隧道爆破，炮眼所在的部位不同，作用是不同的。掏槽眼要求抛掷；掘进眼只要求松动，而在掏槽部位的两侧与其上、下部位各部分的炮眼要求又不一样，侧部要求松动，上部要求弱松动，下部要求加强松动，周边眼则要求光面爆破，底板眼则要求用抛掷爆破的药量，否则可能底板爆破失败。所以各部位炮眼的装药量是不同的。具体见表2爆破炮眼药量分配表。
周边眼及掏槽眼装药参数在以上叙述中已确定。辅助炮眼的装药量均可按以下公式计算：
表2 爆破炮眼药量分配表
表3 炮眼部位系数表
2.3.5炮眼堵塞
堵塞作用使炸药在受约束条件下作充分爆破应力提高能量利用率，因此堵塞材料采用炮泥（组分：砂：土：水=3：1：1）。堵塞质量要求密实，不能有空隙和间断，堵塞长度根据现场实际经验确定。
2.4安全校核
爆破振动的大小从工程经验来看，上台阶比下台阶爆破振动大，并且上台阶爆破振动的最大幅值往往来至于掏槽眼爆破单段药量。所以这里计算爆破振动时候采用掏槽孔单段最大药量计算。依据设计爆破控制指标，安全振动速度需控制在2.0cm/s以内。
2.5爆破效果检测及爆破优化
2.5.1爆破效果检查
每次爆破后，对爆破效果进行仔细检查，分析爆破参数的合理性，以确定出符合本岩层最佳爆破参数，从以下各方面进行检查，核定及分析：
（1）通过测量人员使用全站仪、激光断面仪等及时测量超欠挖情况，由激光断面仪内业软件整理成果，并通过对成果的研究分析，确定下一循环爆破参数。
（2）爆破进尺是否达到爆破设计要求。
（3）爆出石碴是否适合装碴要求。
（4）开挖轮廓圆顺、开挖面平整。
（5）炮眼痕迹保存率不小于85%，并在开挖轮廓面上均匀分布。
（6）两次爆破台阶衔接不大于15cm。
2.5.2爆破优化
根据每次爆破后检查情况，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果、改善技术经济指标。
（1）根据岩层节理裂隙发育岩性软硬情况，修正眼距、装药量，特别是周边眼的有关参数；
（2）根据爆破后石碴的块度修正参数、石碴块度偏小，说明炮眼布置偏密，块度过大说明炮眼偏疏，单孔用药量偏大；
（3）根据爆破振速监测，调整同段起爆最大药量及雷管段数；
（4）根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，爆破眼底基本上落在同一断面上。
3 监控量测
为了确保施工所产生的振动不影响周围环境，施工期间尤其是钻爆时，进行爆破震动监测，及时调整钻爆参数减轻振动、确保结构的安全稳定。主要对爆破震动和噪声进行严格控制施工，采用减震降噪控制爆破技术并进行爆破震动监测。
4 结束语
光面爆破的目的是减少超挖，降低爆破对围岩的损伤，由于岩石性质不同及爆破过程相对较为复杂，在施工中，应及时分析被爆岩石的地质条件，并参考国内外相关施工经验，确定出科学合理的光面爆破参数，以达到理想的爆破效果。
[1]马乃耀.爆破施工技术.北京：中国铁道出版社，1985.
[2]罗伟，朱传云，祝启虎.隧道光面爆破中炮孔堵塞长度的数值分析.岩土工程，2008，9.
U231
A
1673-0038（2015）30-0303-03
2015-7-12
王铁（1980-），男，辽宁锦州人，工程师，本科，从事高速公路、铁路、地铁建设、施工技术研究及管理工作。
