密闭条件下洞口爆破安全防护措施

2019-07-18袁旭东

铁道建筑技术 2019年4期

袁旭东

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉 430074）

1 工程概况

厦门2号线2标一工区包括一站两区间，其中东建区间左线长987 m，右线长1 002m，采用矿山法施工，共设4个竖井工作面，其中东渡路站工作面位于既有车站内，隧道洞身范围位于全断面17-5微风化花岗岩层内，如图1所示，岩石抗压强度在120MPa以上，需实施爆破进洞，洞口位于东渡路站站台层端墙。

由于隧道洞口与车站结构为零距离，如图2所示，此暗挖工作面需要在车站内实施洞口爆破进洞，属于在既有车站结构内密闭条件下进行爆破施工，要求爆破振速小、声响小、外界影响小、爆破效果好，且必须做到爆破对车站结构无损伤，因此在合理的爆破设计和爆破控制下，对安全防护要求极高，必须全方位考虑爆破防护措施［1］。

图1 地质纵断面示意

2 爆破对结构物的影响分析

爆破对车站结构造成的影响主要为爆破振动、爆破产生的飞石、爆破冲击波冲击破坏［2］。

图2 东渡路站暗挖工作面

2.1 爆破振动

当药包在岩石中爆破时，临近药包周围的岩石会产生压碎圈和破裂圈，爆破地震波可能引起结构物的破坏［3］。

2.2 爆破飞石

爆破飞石是指在爆破作业过程中从爆破点抛掷到空中或沿地面抛掷的杂物、泥土、砂石等物质，爆破飞石会对站内结构以及车站内部固定设备造成破坏［4］。

2.3 爆破冲击波

爆破空气冲击波是爆破产生的空气内的一种压缩波。炸药在空气中爆炸，具有高温高压的爆炸产物直接作用在空气介质上［5］，爆破空气冲击波带来较大的危害，可以造成建筑物、设备等不同程度的破坏和损伤。

3 爆破控制

3.1 爆破振动控制

在车站主体结构与隧道之间增设隔震槽，使爆破作用面与车站结构隔开，防止隧道爆破对车站主体结构造成挤压和剪切破坏。

采用风枪钻沿上台阶开挖轮廓线打设直径50 mm小孔，间距5～10 cm，沿轮廓线打设三排，第一排为减震空孔，第二、三排分区段预裂，最终形成5～15 cm宽的隔振槽。钻孔完成后采用聚能管水压爆破技术［6］（药量小，体积均匀，振动小，定向爆破），形成隔震槽，以缓冲、反射开挖爆破产生的振动波，控制其对保留岩体的破坏，最大程度减小爆破振动对周边结构的影响，再实施爆破进洞施工。

3.2 爆破飞石控制

隧道掘进采用台阶法爆破施工，距离隧道洞口约25 m范围内的爆破飞石均可能会对站内结构物造成破坏。大股飞石主要来源于上台阶中心掏槽部位，尤其采用大夹角楔形掏槽时沿轴向飞出的大块飞石，可以通过改进掏槽技术减小飞石块度，进而减小飞石对保护对象的冲击力。为减小爆破飞石块度，拟增加掏槽眼中间分布眼，采用段位介于掏槽眼段位与掏槽辅助眼段位之间，既不影响掏槽效果，又能减小石块体积。下台阶有少量飞石，但可以通过改变最小抵抗线方向来控制爆破飞石抛掷方向［7-9］。

3.3 爆破冲击波控制

加强炮泥堵塞，无药部分全部采用炮泥堵塞，减小对炮孔前方的冲击力，进而减小冲击波对结构物的破坏力［10］。

4 爆破防护措施

目前在隧道采用爆破开挖过程中，隧道洞口防护方面主要采用洞口处垂直线路方向搭设双层钢管排架防护、临时交通管制、掌子面采用橡胶被、铁丝网、竹片等措施［11］。因本工程的洞口爆破是在既有车站内进行，且洞口与车站结构距离为零，爆破防护效果要确保爆破对车站结构无损伤，通过多次比选讨论，采取自制钢管竹排架的防冲击防护和对内部结构柔性包裹的全方位防护措施。

4.1 对车站结构内部的防冲击防护

（1）防护措施及防护材料

采用竹排和φ50钢管在洞门端头搭设钢管排架，钢管排架阻挡飞石进入结构内部，以免飞石对结构内部造成损坏，且能对爆破冲击波起到消声效果，竹排之间留有3 cm的间隙，既能阻止飞石，又能让一部分冲击波气流通过，降低对钢管排架的损坏风险；上部为加密区，因为飞石主要为上台阶掏槽飞石。

（2）防护排架安装

采用φ50钢管，先安装水平钢管，再安装竖向钢管，钢管交叉点用扣件连接，上部为加密区，加密钢管设置，钢管间距及布置如图3所示。

图3 防护排架布置

铺设竹排，将竹排水平铺设在竖向钢管上，用3 mm铁丝固定，相邻竹排预留3 cm宽缝隙。上部加密区铺设双层竹排，其他部位铺设单层竹排。钢管排架底部100 cm高度范围可将竹排设置到内侧，便于拆卸，以免爆破后渣土将下部竹排卡死。

（3）防护排架设置

每道防护排架的宽度大于爆破洞口的宽度，上部高出爆破洞口的上边缘；共需设置5道防护排架，邻近爆破洞口的第一道防护排架距离洞口3～5 m，通过电动葫芦和起吊钢丝绳安装在车站主体的中板下方，并在电动葫芦的作用下垂直升降，其他防护排架按照5～10 m的间距分布，分别通过起吊钢丝绳和吊钩固定安装在车站主体的中板下方，每道防护排架是由单排钢管架和防护竹排组成，防护竹排平面铺设在单排钢管架的其中一侧，并与单排钢管架固定，如图4所示。

采用单排钢管架与竹排组合，配合起吊钢丝绳，因地制宜组合防护装置解决爆破安全防护问题，可有效防护隧道洞口爆破飞石，保护车站结构，同时可实现防护装置的快速布设和撤离、防护装置的多次重复利用等目的，确保防护效果、提高防护设备的重复利用性、缩短防护工序的作业时间，显著提升爆破作业施工技术的安全性和经济性。

图4 防护排架安装完成

4.2 对洞门、立柱、侧墙等结构柔性防护

爆破作业前采用塑料泡沫、土工布、聚乙烯板等缓冲材料对洞门结构、立柱等进行包裹，如图5、图6所示，能对小股飞石冲击起到缓冲、保护的作用，以免飞石对外伸结构角造成损坏。

图5 土工布对立柱包裹防护

图6 聚乙烯板对侧墙包裹防护

4.3 注意事项［12］

（1）按警戒距离划定警戒区，设置防护人员，疏散施工人员，撤离施工机具到安全地点，并由专人负责检查，当符合安全要求并在防护工作一切就绪后，方可发出点炮信号。

（2）首次组装和后期吊装时必须有专职安全员现场指导，严格遵守吊装程序。

（3）每次爆破前检查包裹缓冲材料以及竹排与钢管链接状况，发现问题及时解决，对于损坏的组件及时更换。

5 爆破防护效果

试爆完成后，爆破飞石及空气冲击波冲击使前三排钢护排架倾倒，但排架钢管骨架无损坏，仅局部竹排有些许破损，第四排防护排架完好无损，且无任何飞石穿过第四、五排防护架；经检查，立柱、侧墙等柔性防护材料基本完好无损，结构无任何损伤，如图7所示。因此结合合理的爆破参数，在达到爆破效果的同时，采用的爆破防护措施切实可行、有效。