地下隧道穿越建筑物的分次爆破的施工技术

王文江

（辽宁水利土木工程咨询有限公司　辽宁　沈阳　110003）



地下隧道穿越建筑物的分次爆破的施工技术

王文江

（辽宁水利土木工程咨询有限公司辽宁沈阳110003）

摘要在城市隧道或地下工程施工中，经常遇到穿越建筑物的地下岩石爆破开挖工程。在穿越过程中需要有效控制爆破振速，减小对地表建筑物的振动破坏。本文介绍一种分次爆破施工与设计，这在公路、铁路、城市地铁以及水利工程的输水隧洞爆破开挖过程中都有广泛的应用。其目的是为了解决传统台阶开挖法的单段装药量过大，地表监测爆破振速超标，爆破后围岩稳定性差等施工难题，从而减少地表沉降，预防爆破振动造成的建筑物开裂等事件。

关键词穿越建筑物；分次爆破；施工方案；安全校正

1.引言

随着隧道施工技术的不断成熟，在城市或输水工程中修建隧道的项目逐渐增多，浅埋岩石隧道穿越民宅、建筑物、交通设施问题越来越得到各界的广泛关注与重视。若爆破效果得不到有效控制，爆破振动对施工区域影响较大，容易引起“扰民”和“民扰”等事件。要想减少爆破施工对环境的影响，就需对爆破振动给出合理的控制指标。而控制振速，不仅必须严格控制单段装药量最小化，通过孔内外综合微差方式控制爆破振动，更为重要的是选择合理的爆破方法。

传统的爆破设计，是根据选择工法的断面尺寸进行炮孔布置，确定斜眼掏槽、周边眼、辅助眼起爆顺序，通过计算单段装药量及合理的使用毫秒雷管分段微差控制振速。但施工中往往因为爆破断面过大、爆破网络复杂、掏槽药量较多等原因，很难达到理想的控制爆破效果。

在浅埋隧道穿越建筑物阶段，如上述设计无法满足控制指标安全距离校正时，可采用分次爆破技术。分次爆破具有掏槽面积小、起爆网络简单、围岩稳定性较好、不宜产生坍塌等优点。特别是对于“上软下硬”或岩石局部侵入隧道范围条件下使用，对于确保围岩稳定、加快施工进度具有重大意义。

2　工程概况

2.1工程概况及周边环境

本文以东北某大型城市在建地铁工程中穿越建筑物的地下隧道作为分次爆破技术的研究案例。本隧道断面为6.3m（宽）× 6.5m（高），隧道埋深10m～12m；地貌为剥蚀低丘陵，上覆人工堆积层、卵石层，下伏泥灰岩；节理裂隙极发育，岩芯呈土状、碎石土状，局部岩溶发育。沿线地下水类型主要孔隙水和基岩裂隙水、岩溶水，水量中等～丰富。区间泥灰岩基本为Ⅳ～Ⅴ级围岩。隧道横穿城市排洪区、多层办公楼、多层居民楼等建筑。

2.2爆破情况描述

本隧道穿越春柳河段，主要因为局部存在岩石侵入隧道现象，需采用爆破作业。考虑到隧道上方地表存在暗渠、多层建筑等风险源，需对爆破进行优化设计。本方案主要考虑两种情况：

（1）常见情况：局部岩石侵入隧道的底部断面，通常采用上台阶机械开挖（非爆破），下台阶分次爆破方案。

（2）少见情况：岩石侵入隧道的全断面，通常采用上台阶预爆掏槽孔，后机械开挖方案，下台阶同样采用分次爆破方案。

3　爆破参数选定

图4.1　局部岩石侵入隧道底部示意图

图4.2　局部岩石侵入隧道底部钻孔布置示意图

3.1爆破振速控制

以穿越城市排洪渠为例进行设计：

图4.3　岩石侵入隧道全断面掏槽眼布置示意图

表4.1　下台阶装药参数表

表4.2　边墙一侧装药参数表

表4.3　全断面岩石侵入掏槽眼参数控制表

（1）隧道上方房屋多为砖混结构，《爆破安全规程》（GB6722.2003）规定该类型结构房屋爆破振动速度控制指标为“2.0cm/s～3.0cm/s”。为安全考虑，采取进一步控制措施，按照“土窑洞、土坯房、毛石房屋”一栏选择，国标规定其范围为“0.5cm/s～1.5cm/s”，爆破设计选择范围的最小值0.5cm/s控制，最大控制在1.0cm/s。

（2）暗渠因2013年刚完成返修，底板为钢筋混凝土结构，故爆破设计最大控制在2.5cm/s。

3.2钻爆设计原则

（1）严格控制单孔最大装药量不大于0.6kg，以控制爆破产生的振动波速避免对结构物的损坏；严格控制循环进尺在0.5m以内，以减少单孔装药量；起爆网络采用孔内微差与孔外微差相结合的方式，一次起爆采用多段微差方式；爆破后对隧道及时进行支护。

（2）考虑采用弱爆破方法开挖，遵循“短进尺，多打眼，少装药，内外延时，弱振速”的原则，严格控制同一段雷管起爆装药量，使爆破振动速度降低到安全范围内。

（3）要对爆破进尺、超欠挖、围岩松动圈、爆破块度等进行观测和分析，尤其是第一个钻爆循环作为试验爆破段，爆破后根据实际所测爆破参数及对地面建筑物的影响，再次对弱爆破初步方案的参数进行修正，使炮眼数目、炮眼间距、装药量、抵抗线等参数逐步接近合理有效，尽量减少对围岩的扰动，保护前期注浆效果，且又能达到破碎岩石，提高炮眼利用率。

4　爆破施工方案

4.1局部岩石侵入隧道底部方案（图4.1、图4.2示）。

（1）周边眼间距设置40cm，掘进眼间距55cm。分两次进行起爆，先爆破下台阶（即爆破1区），后爆破边墙（即爆破2区）。爆破后，采用挖掘机铀锤进行修边。

（2）下台阶装药参数如表4.1。

（3）边墙装药参数如表4.2。

4.2岩石侵入隧道全断面方案

此情况下，上台阶只进行掏槽孔爆破，后采用挖掘机铀锤开挖周边；下台阶爆破方式同局部岩石侵入隧道底部方案（图4.3示）。

掏槽孔装药参数如表4.3示。

5　安全校正

隧道上方房屋爆破设计选择范围的最大控制在1.0cm/s。钢筋混凝土结构，爆破设计最大控制在2.5cm/s。

根据公式：V=K（Qm/R）α

V——爆破地震安全速度，cm/s；

Q——最大一段装药量，kg；

R——爆破区至被保护物距离，m；

m——药量指数，取m=1/3；

k——与爆破场地条件有关系数，取k=200；

α——与地质条件有关系数，取α=1.8。

起爆点距春柳河暗渠底最小距离为12m，距金帝建设办公楼基础底最小距离为16m，单段最大装药量取0.6kg，其安全距离为：

满足安全（对于春柳河暗渠）；

满足安全（对于金帝建设办公楼）。

6　爆破施工质量措施

6.1设专职爆破工程师负责爆破技术与爆破施工质量安全的控制；

6.2爆破工程师和爆破工必须持证上岗；

6.3周边孔必须由具有两年隧道爆破钻孔经验的风钻工钻凿，确保周边孔钻孔质量满足要求，以控制超挖量和取得良好的光面爆破效果；

6.4每一循环钻孔前必须依据钻爆设计标出钻孔位置，经爆破工程师检查后方可开始钻孔，钻孔位置与设计位置的偏差不得大于5cm；

6.5依据围岩的变化情况和爆破效果及时优化钻爆设计；

6.6周边孔必须沿开挖轮廓线钻凿，外插量不得大于孔深的5%；

6.7装药及起爆网路的连接必须在爆破工程师的现场指导与监督之下进行；

6.8每次爆破后爆破工程师都应到掌子面查看爆破效果，及时解决爆破质量问题，掌握围岩状况，为下一循环爆破施工提供依据。

7　爆破施工控制措施

7.1安全技术措施

为确保钻爆施工所产生的振动不影响周围环境，施工期间（尤其是钻爆初期），每炮进行爆破振动监测，及时调整钻爆参数，不断优化爆破设计，减轻振动，确保隧道的安全与结构稳定。利用先进的测量手段在钻孔前准确放出开挖轮廓线，标出炮眼位置，严格控制周边眼外插角，控制装药量，将超欠挖控制在规范允许范围内。

7.2安全防护措施

为了减小振动、飞石及噪声，保证洞内初期支护及作业安全，炮孔加强堵塞，设置安全警戒，人员及时撤离。

7.3加强施工监测

（1）爆破施工时，进行洞内及地面振动速度监测，并根据监测结果随时调整爆破参数；

（2）对爆区附近需保护的建筑物进行综合分析，选择有代表性的建筑物作为控制建筑物；

（3）具体的测点：距离开挖掌子面距离最近的地表面典型建筑物基础；开挖掌子面对应地表出露点向左右两侧100m范围内典型建筑物基础；每栋布置6个测区进行长期宏观调查，并做好相应记录，布置3个监测点，进行24小时监测。

7.4爆破时间安排

严格按业主及公安机关批准的作业时间内进行爆破作业，并相对固定作业时间。爆破施工前先向居民告之爆破时间，让居民有一定思想准备。每日放炮时间及次数，根据有关规定执行。

7.5爆破振动控制措施

（1）降低单段最大装药量、减小瞬间爆破能量；

（2）合理设置各段之间的间隔时间，避免爆破振动波的叠加效应，以降低爆破振动；

（3）阻断振动波传播扩大，减少爆破振动波的影响范围。

8　结论

8.1通过以上措施成功完成了区间主体过楼段爆破开挖施工，建筑监测数据稳定，未受到爆破影响。

8.2通过本次爆破施工，为城市复杂环境爆破作业积累了宝贵的经验。

8.3本文仅简单介绍了爆破设计，未详尽叙述设计方案调整及试爆过程。不尽之处，敬请广大专家、读者谅解并批评指正！陕西水利

参考文献：

[1]《爆破安全规程》（GB6722.2003）

[2]《地下铁道工程施工及验收规范（GB50299—2003）》中国计划出版社

（责任编辑：畅妮）

中图分类号：U455.6

文献标识码：A