城市地铁施工降低爆破震动的探讨

邓宏伟

(中铁六局集团有限公司 北京100036)

城市地铁施工降低爆破震动的探讨

邓宏伟

(中铁六局集团有限公司 北京100036)

隧道施工严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的 18字原则组织施工。为确保工期，红土地站下穿段采用机械开挖结合控制(弱)爆破施工，施工影响范围内标准断面设计为双侧壁导坑法施工，采用机械开挖结合控制爆破(松动弱爆破)方式开挖。论述了工程概况、施工要求及相关施工工艺与方法。

城市 爆破控制 减低震动

1 工程概况

1.1 新建10号线红土地站下穿段工程简介(见图1)

重庆轨道交通 10号线(建新东路至王家庄段)工程全部位于两江新区内，连接了江北区、北部新区、渝北区 3个行政区，线路长度 32.15,km，其中地下段长度为24.85,km，高架线长度为7.3,km。本段工程共涉及车站19座，其中地下站18座，高架站1座，设朱家湾车辆段和王家庄停车场。

红土地站位于五红路下方，呈南北向布置，采用15,m岛式站台，单拱双层(局部3层)结构，车站起点里程为 K12＋192.711，车站终点里程为 K12＋414.711，总长度 222,m。车站埋深为 65.1～72.9,m。车站主体采用暗挖法施工，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构宽为 25.2,m，高为 20.81,m，开挖断面面积为475.8,m2。

新建10号线红土地站与既有6号线红土地站换乘，与之呈十字相交，共设置6个换乘通道，其中1、4号换乘通道预留，2、5号换乘通道与预留接口相接。十号线红土地站下穿段及影响范围：上台阶全长65,m，里程段落为 K12＋254.245～K12＋319.245；中台阶全长 55,m，里程段落为 K12＋259.245～K12＋314.245；下台阶全长 45,m，里程段落为 K12＋264.245～K12＋309.245。6号线红土地站位于本站上方，净距5.06,m，下穿6号线段采用两个分离的单洞双层拱形结构，单洞间净距 1.66,m，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构为600,mm厚C40钢筋混凝土，开挖宽为 11.54,m，高为 15.02,m，单洞开挖断面面积为149,m2(见图1)。

图1 下穿段工程示意图Fig.1 Sketch map of the underneath pass project

1.2 地质概况

车站下穿段穿越地质围岩主要为砂质泥岩与砂岩Ⅳ级。

2 施工技术要求

本站下穿段影响范围标准断面设计为双侧壁导坑法施工，采用机械开挖结合控制爆破(松动弱爆破)方式，爆破震动控制速率不大于 2.0,cm/s，下穿既有6号线段设计为 CRD法施工，采用机械开挖结合控制爆破(松动弱爆破)方式开挖，震动控制速率不大于1.0,cm/s。

暗挖车站弱爆破开挖时，采用光面爆破，毫秒起爆方式；选用微差毫秒雷管，跳段使用相隔间距大于50,ms，避免震波叠加影响，必要时采用数码电子雷管；采用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药，并采用毫秒雷管或导爆索同时起爆，严格控制周边眼装药量，借助导爆索装药使药量沿炮眼分布均匀；根据爆破效果及振速监测值及时调整优化爆破参数。

在隧道开挖方面：①要加强对开挖工作面地质的观察和记录，判断其稳定性并预报开挖面前方的地质情况以指导施工；②确定结构开挖轮廓时，按图纸要求预留围岩变形量，施工过程中通过施工监测及时加以调整；③控制爆破开挖时，严格按照相关规范规定进行光面爆破，光面爆破采用毫秒起爆方式；④爆破作业遵循浅孔密布的原则，少装药，短进尺，多循环、分台阶开挖，稳扎稳打，确保安全；⑤爆破质量符合下列要求，中硬岩眼痕率不小于 50%,，软岩中隧道周边成型应符合设计轮廓，岩面不应有明显爆震裂缝，隧道周边不应欠挖；⑥施工循环进尺车站标准段不得大于1.6,m/次，下穿段不得大于0.5,m/次。

3 编制依据

①《地下铁道工程施工及验收规范》GB 50299—1999(2003年版)；②《土方与爆破工程施工及验收规范》GB 50201—2012；③《爆破安全规程》GB 6722—2003；④2015年3月27日，召开重庆轨道交通10号线土建10101标红土地站下穿段施工方案专家论证会形成的《重庆轨道交通10号线土建 10101标红土地站下穿段机械开挖结合控制弱爆破施工方案专家论证会意见》及《重庆轨道交通10号线土建10101标红土地站下穿段机械开挖结合控制弱爆破施工方案专家论证会会议纪要》(编号：CQ＋－1－01－QTJY-2015-012)。

4 施工工艺及方法

4.1 总体施工方案

隧道施工严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的18字原则组织施工。为确保工期，红土地站下穿段采用机械开挖结合控制(弱)爆破施工，施工影响范围内标准断面设计为双侧壁导坑法施工，采用机械开挖结合控制爆破(松动弱爆破)方式开挖，爆破振动控制速率不大于 2.0,cm/s。下穿既有6号线段设计为CRD法施工，采用机械开挖结合控制爆破(松动弱爆破)方式开挖，振动控制速率不大于1.0,cm/s。6号线振速控制在1.0,cm/s以内，考虑影响范围施工爆源较下穿段爆源距离6号线远，且影响范围和下穿段施工方法及进尺、爆破参数均一致，故本方案以下穿段为主予以说明。

总体施工方案如图2所示：

图2 总体施工方案图Fig.2 Schematic of the overall construction scheme

总体施工顺序严格按设计要求进行，采用 CRD法施工，中隔壁两侧导洞错开 20,m以上，同一侧导洞上下台阶步距控制在 10,m。为确保 6号线运营安全，先开挖一侧隧道，待先行洞初期支护及二次衬砌施工完成后再开挖另一侧隧道。开挖支护顺序严格按图 2所示进行，先采用机械开挖①部，然后采用控制弱爆破开挖②部，最后采用控制弱爆破开挖③部，④⑤⑥部开挖顺序同①②③部，初期支护紧跟开挖掌子面施工。先行洞开挖支护施工完成后立即组织施工二次衬砌，二次衬砌施工完成后组织后行洞施工，后行洞先开挖远离先行洞一侧，后开挖靠近先行洞一侧，施工顺序同先行洞。

4.2 机械开挖

铣挖机施工在国内尚不多见，国外(德国)铣挖机产品从 ER100型到 ER5500型各型号齐全，可铣挖从黄土到花岗岩不同硬度的岩石，也可铣挖钢筋混凝土。

考虑既有6号线运营绝对安全，并结合下穿段地质条件和开挖机械特点、效率的比选，选用型号为ER1500的铣挖机，同时考虑下穿段作业空间和与铣挖机配套功率因素，选用小松 200-8型(或同级别其他类型品牌)挖掘机进行下穿段掘进施工，铣挖最大挖掘半径为 10.18,m，最大挖掘高度为 10,m，单次铣挖进尺为50～80,cm，满足下穿段开挖施工要求。

5 爆破设计

下穿段施工影响范围内标准段爆破参数详见已审批的《红土地站爆破设计专项方案》，考虑其上台阶已完成机械开挖，车站存在大面积临空面，且为确保6号线运营安全，在原爆破设计参数基础上减少药量并缩短开挖进尺，并根据监测数据适时优化调整爆破参数，确保振速不超标即可。

5.1 开挖方法、爆破进尺及断面确定

该段采用CRD法3台阶施工，上台阶采用机械开挖，高度为 3.4,m，中下台阶采用控制爆破(松动弱爆破)开挖，中台阶高度为 4.3,m，下台阶高度为7.5,m，为确保临空面起到减振作用，上台阶比下台阶多开挖1,m以上，中下台阶步距控制在10,m。根据设计要求，爆破振动安全允许标准为 1.0,cm/s，为确保既有线运营安全，采用数码电子雷管错相减振技术，爆破振速严格控制在1.0,cm/s范围内，并根据量测及监测数据及时调整爆破参数，确保将爆破振动控制在设计要求范围内。

开挖采用多功能作业台架配合气腿式风钻(孔径42,mm)钻孔，炸药采用低猛度、低爆速炸药，数码电子雷管微差逐孔起爆，周边眼采用不耦合空气柱装药结构。坚持以“弱爆破、短进尺”保证施工及运营安全，设计爆破进尺为0.5,m。

根据监测数据，可适当调整爆破参数及爆破进尺，但爆破振速限值不得超过设计要求。同时根据监测数据并结合现场实际情况，当振速指标满足要求时，为节约施工成本采用微差毫秒雷管进行爆破施工，微差毫秒雷管跳段使用，微差相隔间距大于50,ms，避免振波叠加影响。

5.2 爆破参数设计

5.2.1 孔径

选用风钻钻眼，孔径为42,mm。

5.2.2 孔深L

L＝0.8,m。

5.2.3 抵抗线W0

考虑存在临空面并根据围岩岩性及断面尺寸，②部排眼取值为475,mm，③部排眼取值为485,mm，周边眼取值为45,cm。

5.2.4 间距a

考虑临空面及断面尺寸，根据 a＝(0.8～1.2)W0并根据围岩岩性，取值为 50,cm，周边眼取值为40,cm和45,cm。

5.2.5 堵塞长度L2

L2≥20,cm。

5.2.6 装药集中度q

取0.10～0.20,kg/m。

5.2.7 数码电子雷管逐孔起爆微差

取4～8,ms，根据工法及现场试验确定。

②部炮眼布置图(见图 3)及详细参数如下：下穿段 CRD法施工②部开挖断面为 25,m2，爆破进尺为0.5,m，开挖方量为12.5,m3，炮孔个数为121孔，比钻孔个数为 4.84 个/m2，单孔装药量为 50,g，总装药量为6.05,kg，单耗为0.484,kg/m3。

图3 下穿段CRD法施工②部炮眼布置图Fig.3 Arrangement plan of blast holes in ② section during CRD construction in underneath pass

③部炮眼布置图(见图 4)及详细参数如下：开挖断面为46,m2，爆破进尺为0.5,m，开挖方量为23,m3，炮孔个数为210孔，比钻孔个数为4.565,2 个/m2，单孔装药量为 50,g，总装药量为 10.5,kg，单耗为0.456,5,kg/m3。

鉴于⑤⑥部断面形式、地质条件及临空面条件与②③部基本一致，且⑤⑥部断面面积分别为23.6,m2、37.2,m2，均小于②③部断面面积，因此⑤⑥部爆破施工可参照②③部爆破参数进行爆破施工。

5.3 振速计算

爆破时地震波对既有线的影响主要取决于震源大小、距离及介质的条件，而震源大小则与一次起爆的药量有关。根据《爆破安全规程》中爆破振动速度计算公式为：

V＝K(Q1/3/R)α

式中：V——爆破振动速度；R——爆破地震波危险半径；K——与地震波传播地段的介质性质及距离有关的系数，参照《爆破安全规程》规定并结合隧道围岩岩性条件取值；α ——衰减指数，参照《爆破安全规程》规定并结合隧道围岩岩性条件取值；Q——最大单响装药量，根据爆破参数设计取值。

《爆破安全规程》爆区不同岩性的 K、α取值见表1。

图4 下穿段CRD法施工③部炮眼布置图Fig.4 Arrangement plan of blast holes in ③ section during CRD construction in underneath pass

表1 K、α 取值表Tab.1 Valuing of K and α

根据以上爆破设计及分析，结合数码电子雷管逐孔起爆原理，爆破振速只需计算中台阶第1排眼单孔爆破时的对应振速即可，该振速计算结果满足要求则其他值亦满足要求，6号线结构底部(即仰拱底部)振速计算值以 V1表示，6号线道床结构顶部(即仰拱填充面，该结构面与爆源距离未计入道床厚度)振速计算值以 V2表示，先行洞二次衬砌结构外侧振速计算值以V3表示，则计算过程及结果如下：

5.3.1 6号线结构底部振速计算

结论：V1＝0.48,cm/s＜1.0,cm/s，满足设计要求。

其中：K取值为150；α取值为1.8；Q＝0.05,kg；R1＝5.06＋3.4＋0.475＝8.935,m。

5.3.2 6号线道床结构顶部振速计算

从一开始，康提尼·巴黎塔就种植了黑玛尔维萨来给阿方斯莱弗宁增加酒液颜色和果味。意大利酿酒师贾科莫·安塞米和助手阿贡·威利斯则与农民密切合作，执行严格的葡萄园管理规则，比如进行绿色采摘和控制采收至一年两次，以此来提高葡萄成熟度。他们还计划用其他意大利葡萄品种进行试验，包括歌蕾拉、黑珍珠和普里米蒂沃等葡萄品种来提高葡萄酒的品质。

结论：V2＝0.33,cm/s＜1.0,cm/s，满足设计要求。

其中：K取值为150；α 取值为1.8；Q＝0.05,kg；R2＝R1＋0.75＋1.31＝10.995,m。

5.3.3 先行洞2次衬砌结构外侧振速计算

结论：V3＝0.68,cm/s＜2.0,cm/s(根据爆破安全规程，结合现场实际情况取振速安全控制值为2.0,cm/s)，满足设计要求。

其中：K取值为150；α 取值为1.8；Q＝0.05,kg；R2＝5.346＋1.66＋0.35＝7.356,m。

经过以上分析计算，按爆破参数设计值进行爆破施工时振速满足设计安全要求，要求现场操作时安排专人盯控，严格按设计的爆破参数实施爆破施工，不得私自变更爆破参数。为确保 6号线运营绝对安全，根据振速监测结果适时优化爆破参数，监测数据及时反馈并指导施工现场。

5.4 控制爆破实施

必须依照设计指定的位置，分区按顺序钻孔。刷帮压顶钻孔时，由技术熟练的工人钻手施钻，提高钻孔的速度和准确性。开口时慢慢推进，特别要控制好周边炮眼的钻孔精度和外插角，达到定位准确、开挖轮廓平顺、炮孔末端齐整的要求。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，周边眼外插角控制在3～4,°以内。

辅助眼眼口间距允许误差为±10,cm；周边眼眼口位置允许误差为±5,cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线 10,cm。当开挖面凹凸较大时，按实际调整炮眼深度及装药量，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。

5.4.2 清孔验孔

钻完 1孔后及时清孔验孔，炮眼检查的标准为：“准、直、平、齐”。炮眼深度符合设计要求，各炮眼相互平行，孔底要落在同一面上，炮眼验收合格后，清除孔内的碴粉，准备装药。对不合格的炮孔要坚持重钻。

5.4.3 装药连线

选用低爆速、低猛度、传爆性好的炸药，并与岩石的波阻抗相匹配。装药时专人负责按爆破设计参数装药，装药作业分组、分片进行，定人定位，确保装药作业有序。每眼装药后用炮泥堵塞。各类炮眼采用合理的装药系数，周边眼选用小直径药卷不耦合装药，利用导爆索起爆；掘进炮眼连续装药。炮孔采用炮泥堵塞，炮孔最小堵塞长度不得小于 200,mm。装药联线完成后对整个爆破网络进行全面检查，确认整个网络无误后方可起爆。

5.4.4 起爆

雷管联接好后，由专人检查雷管的连接质量及是否有漏联的雷管，检查无误后起爆。

5.4.5 检验

每次钻爆完成后，技术人员与爆破人员一起检验爆破效果，主要检验振速是否满足安全要求、石碴块度是否均匀、周边眼炮痕保留情况、炮眼利用率等参数，根据爆破效果及围岩实际情况，适当调整爆破参数，以求取得更好的爆破效果。

5.5 装药结构

炮眼采用反向装药起爆，采用低猛度、低爆速炸药和实现不耦合装药，以减小爆破振速。装药前必须清孔，用小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑(粉)刮出吹净，光面爆破装药技术采用空气柱不耦合装药技术，装药时把药卷捆绑在导爆索上并用竹片固定，这样既能保证光爆药卷正确定位于光爆孔内(保证间隔装药精度)，又能将竹片靠近要保护的围岩一侧，显著改善爆破效果，有效减小爆破振动。所有炮眼按要求用炮泥堵塞，堵塞长度不小于20,cm。

5.6 起爆顺序

爆破材料采用数码电子雷管，按辅助眼→周边眼→底板眼顺序逐孔自左向右、自上而下起爆。

5.7 起爆网路

选用数码电子雷管，为减小爆破振动，相邻炮孔之间需要保证足够合适的微差时间，根据爆破器材，结合现场试验情况，选用最合理的微差时间按先后顺序逐孔起爆。

5.8 爆破时间

避开上下班高峰期，并与车站负责人及相关工作人员保持良好的沟通，爆破前 10,min专人电话通知车站工作人员，车站工作人员完全告知站内乘客并确认车站及两端区间无列车时进行爆破，以免引起旅客恐慌，同时确保行车安全。

5.9 6号线红土地站保护措施

下穿段采用机械开挖结合控制弱爆破开挖措施，每次爆破严格进行振速监测(下穿段振速不得超过1.0,cm/s)，且爆破振速监测点随爆破点不断移动使其保持在同一竖向断面上，监测数据及时上报并分析，以爆破振速监测数据指导施工，及时调整爆破参数，确保 6号线运营及结构安全。提前做好与既有 6号线红土地站工作人员的沟通，摸清既有设备设施及相关要求，安排专人在每次爆破前后进入既有车站进行安全巡视，并做好记录。严格按设计要求的断面布置及监测频率做好既有红土地站的监测，发现异常立即启动应急预案，确保6号线运营安全。

经每日监测所得数据分析：6号线红土地车站上下行区间各测项均无异常，无预警情况。■

［1］ GB 50299—1999. 地下铁道工程施工及验收规范(2003年版)[S].

［2］ GB 50201—2012. 土方与爆破工程施工及验收规范[S].

［3］ GB 6722—2003. 爆破安全规程[S].

On Blasting Vibration Reduction in Urban Subway Constructions

DENG Hongwei
(China Railway Sixth Group Co.，Ltd.，Beijing 100036，China)

Tunnel constructions should strictly follow the principles of Setting Steel Pipes At First，Strict Grouting，Strict Blast-hole Drilling，Strong Support，Early Closing and Frequent Measurement．To ensure the construction schedule，a subway station passing through red earth used a method combining excavating earthwork with machine and controlled blasting(for loosening rock)．This paper introduces project overview，construction requirements and relative construction processes and techniques.

urban；controlled blasting construction methods；vibration reduction

U25

A

1006-8945(2016)02-0029-05

2016-01-11