历史文化旅游景区地铁盾构穿越孤石群深孔爆破施工关键技术

房建华

（中铁隧道局集团有限公司，浙江 杭州 310002）

河坊街起源于南宋，是杭州历史上最著名的街区，街区建筑多为明清时期建筑，年日均游客流量近10万人次。由于杭州地铁线建设从未有过历史文化旅游景区下盾构穿越孤石群的案例，因此其相应的孤石群爆破预处理技术欠缺，对景区下孤石群爆破预处理技术进行总结研究显得尤为紧迫和必要。

1 工程简述

1.1 工程概况

杭州地铁七号线吴山广场站—江城路站区间采用地下双洞单线区间，沿历史文化旅游景区河坊街由西向东地下敷设。区间右线长度约为1090m，左线长度约为1026m；埋深15.8～27.7m。

1.2 地质水文情况

（1）地质情况：主要地层为淤泥质粉质黏土夹粉土和黏土混角砾。通过微动探测和现场钻孔取芯验证，其中黏土混角砾地层中含有大量孤石，孤石厚度为2.4～19.5m，完整性较好，侵入盾构范围内4.2m，钻探取芯以柱状为主，RQD约75%以上。根据室内土工试验成果，饱和单轴极限抗压强度为74.6～160MPa。

（2）水文地质：场地内地下水类型主要为地面下3.96～8.20m潜水和36.8m以下砂砾层中的承压水。

2 孤石对盾构机掘进的影响

根据国内外盾构施工的经验，盾构掘进中土层中孤石位置难以固定，不足以给盾构机提供一个破碎孤石的反力，孤石会随着土体被挤压而移动，致前方松散土体垮塌，造成地面沉降；同时，孤石与盾构机刀盘接触时，可能会与刀盘上某几把刀反复碰撞，造成刀具严重损耗；而且，掘进过程中遇到软硬不均地层，盾构会顺着孤石岩体被挤向软弱的一侧，严重时导致隧道轴线偏移。

3 孤石爆破预处理方案

3.1 施工原理

针对盾构区间孤石大量侵入隧道结构情况，采用“聚能药包”进行预处理。首先通过地质钻机进行引孔施工至孤石位置，然后从地表将炸药安放在岩石指定位置，利用炸药爆炸产生的能量将岩石破碎、解体。

3.2 爆破参数设计

（1）炮孔布置：炮孔进行梅花形布孔，孔径为108mm，孔距a、排距b均为50cm，炮孔密集系数m=a/b=1，炮孔间“裂纹区”尽量相互多重叠，充分破碎岩石，如图1所示。

图1 炮孔布置示意图

（2）炸药单耗：为了尽量扩大“爆腔、粉碎区、裂纹区”，满足“聚能药包”要求，保证不破坏地面密集建筑或扰动覆盖层及地下管线，一般炸药单耗＜0.05kg/m3。

（3）装药结构：采用连续装药结构或分层装药结构。

（4）炮孔超深、超边界的尺寸要求：爆破范围在盾构开挖断面外1.0m，如图2所示。

图2 爆破范围示意图

3.3 盾构孤石炮孔参数及其装药量

针对密集建筑物与爆源距离较近，所确定的爆破参数和装药量如下：炮孔间距a=b=50cm；分层装药方式，隧道与爆破点距离从10～16m，爆破参数及每孔装药量控制如表1所示。

3.4 创建地下临空面

孤石所在区域覆盖层厚且不具备开挖的条件，为此需创建地下临空面，具体做法：在孤石的边界土层中布置2～3个炮孔，与第一排孤石炮孔平行，深度超过孤石炮孔1.0m。土层单炮孔装药量为孤石第一排单炮孔装药量的20%～40%，土层炮孔采用1段雷管最先同时起爆，为孤石第一排炮孔的临空面。

3.5 爆破效果的判定

对孤石爆破后，通过钻孔勘探检验岩石破碎情况。若存在大于30cm边长的块石，需钻孔补爆；后续施工则加大炸药单耗、减小孔排距；若岩石过度粉碎，则减小炸药单耗、增大孔排距，即对爆破参数进一步优化调整。

表1 爆破参数及每孔装药量（10m≤R＜16m）

3.6 爆破安全距离

历史文化旅游景区建筑物密集人流量大，必须严格按照《爆破安全规程》（GB 6722—2014）的爆破地震速度限制最大段药量。孤石爆破炸药单耗小且在地面15m以下相对覆盖层属于超弱松动爆破，不存在爆破飞石现象，冲击波可忽略不计其危害。

3.7 爆破振动监测

采用SR-VM1004（A）爆破测振仪进行监测，测点根据现场实际需要布置，对爆破振动影响范围内周边存在的重要建筑物及管线等设施进行监测。

4 施工关键技术

4.1 爆破施工流程及关键技术

（1）施工工艺流程：制定布孔装药参数→GPS定位钻孔→检查炮孔质量→下放套管和PVC管→制定药包→定位放置药包→炮孔堵塞→覆盖防护→网络连接→爆破安全检测核对→清场警戒→布设监测点→安全起爆。

（2）钻孔施工：采用地质钻机垂直对孤石段进行取孔，钻至设计深度后须全部清除孔中的杂物，下设75mmPVC管护孔，管底需安装有堵头并密封，爆破前孔口需防止异物掉入堵塞炮孔。钻孔过程中记录岩面高度即覆盖层厚度、岩石中炮孔长度。

（3）炮孔验收：由技术员验收，炮孔上下通畅可装入套管及药包为合格。

（4）装药施工警戒：为了游客和现场机械设备及施工人员的安全，装药爆区50m内必须设置警戒岗，专职安全员负责，严禁闲杂人员进入。

（5）炮孔装药：根据孤石大小按照连续装药结构或分层装药结构将乳化炸药装入预先埋设的PVC管中，并安放毫秒雷管，装药长度大于需要爆破岩层厚度。药包的绳索总长度＞孔深2m。

（6）炮孔覆盖：采用整体焊接的钢支架笼架空防护，架空高度0.6m。支架笼底部焊接钢筋网片，在钢筋网片上捆绑2层竹片，配重后的每个支架笼重量＞2t。

（7）爆破网络：采用毫秒数码电子雷管，延时间隔时间≥5ms，实行单孔单响毫秒延期爆破。专用起爆器起爆。

（8）现场安全警戒方案：爆破区域位于历史文化旅游景区，建筑物密集、游客流量大，爆破施工作业前以爆破中心周围50m为警戒线进行点对点专人安全警戒。

（9）起爆：全部警戒工作完成后，确认无误后，下达起爆命令，爆破完毕，经技术人员检查现场无误后，下达解除警戒命令。

4.2 爆破效果检测

对爆破区域内进行取芯检测爆破效果，取芯根据孤石大小且不少于3处，取芯深度达到设计深度。以抽取出的完整岩芯单向长度≤25cm为合格。若抽检岩芯不合格，则补孔进行二次爆破。

4.3 注浆及地面加固

爆破完成后，采用袖阀管后退式分段注浆工艺在原爆破孔位置注浆，使爆破扰动最大的部位得到最强加固。袖阀管注浆加固时采用注浆压力和注浆量双重控制。

4.4 地面封孔

探测孔、爆破钻孔均布置在隧道正上方，为避免封孔不及时出现事故和意外。封孔采用水泥砂浆，浆液中加入适量速凝剂。

5 施工建议及措施

（1）针对历史文化旅游景区建筑物结构形式复杂、年代久远、结构条件较差的，应根据不同建筑物及距离远近采用不同的变形控制值。在爆破前需要将易碎文物转移至安全地带，或采取防震抗震措施，或搬离并平放地面。

（2）盾构掘进需结合不同地质情况及孤石处理情况系统的分析，调整盾构掘进参数，确保盾构平稳掘进，不可盲目推进。

6 结束语

通过采取深孔控制爆破后，避免了明挖法挖出孤石给历史街区建筑物的影响。该方案的实施中爆破振速、沉降以及位移均在规范规定范围之内，未对临近建筑物造成影响；同时区间孤石均得以有效处理，保证了盾构掘进的顺利进行。希望工程的实施及验证总结能对类似工程的施工提供良好的借鉴。