青岛地铁8号线海底隧道陆域下穿民房段开挖技术研究

2022-04-15中铁发展投资有限公司高级工程师

中国建筑装饰装修 2022年6期

刘斌中铁发展投资有限公司高级工程师

以青岛地铁8 号线海底隧道浅埋、下穿敏感区域段为研究对象，综合考虑各种掘进施工方法的利弊后，研究分析采用控制爆破进行施工，妥善解决了浅埋下穿民房敏感区域的问题，为浅埋隧道下穿敏感区域类似工程施工提供参考。

1 工程概况

青岛市地铁8 号线大洋站—青岛北站区间双洞单线海底隧道全长约7.8 km，其中穿越胶州湾海域长5.4 km，是目前国内最长的地铁海底隧道。

区间采用矿山法和盾构法施工，两种施工工法在海底进行对接。矿山法部分总长3.8 km，其中陆域段长1.3 km，有860 m 下穿密集低矮老旧的居民区，拱顶埋深7.3 ～38.5 m，洞身主要位于中微风化流纹岩层与微风化凝灰岩层。东大洋社区下穿段卫星图如图1 所示。经调查，隧道穿越的居民房屋以20 世纪80 年代居多，砌体结构，地上1 ～2 层，基础形式为毛石基础。东大洋社区下下穿段现状及周边房屋如图2 所示。

图1 东大洋社区下穿段卫星图

图2 东大洋社区下穿段现状及周边房屋

2 入户调查等前期工作

入户调查前，在社区张贴宣传画、利用社区公告栏、发放宣传单等方式扩大宣传，并制作印有地铁建设信息、信访负责人联系方式等的挂历、台历，免费送达每家每户，充分获得居民群众理解支持，为入户调查奠定了群众基础。入户调查时邀请房屋鉴定机构、第三方保险机构、设计单位、建设单位、监理单位等相关人员共同见证。

调查范围：隧道穿越段中心线两侧50 m、100 m 范围，因50 m 范围受爆破施工影响较大，超过100 m 后几乎无振感。

调查的内容：摸清调查范围内现有居民户数、人口数、年龄、受教育情况等。房屋分民用建筑和厂房，居民房屋对结构型式、门窗、墙、地、顶等各部位、构件，全方位拍摄照片、视频，尤其对已经出现破损的门窗玻璃、出现裂缝的墙体，做好详细的视频资料。对所有调查结果造册分序登记。调查完毕，形成详细的调查报告，由鉴定机构、保险公司、建设单位等共同签字确认。

3 采用的控震爆破技术

3.1 正三角形波峰不关联控震技术原理

3.1.1 施工统计

在隧道施工尚未到达民房区时，做了相关施工统计，陆域段爆破振速在埋深35 m 以内时，掌子面正上方的地面监测振速已达1.5 cm/s，振感明显，正上方房屋门窗等会振动产生异响，连续施工监测发现，当爆破振速＞1.0 cm/s 时，振动感明显，尤其在房屋内更加严重，因此随着隧道埋深的变浅，如果不采取措施，振动会越来越强烈，这种振感居民将无法接受。对居民日常生活势必产生一定影响，因此降振减扰是快速施工的技术核心。根据萨氏公式推导有：

式中：Qmax-单孔最大装药量，kg；R-震源中心距被保护对象间的距离，m；K、α-与地质条件相关的系数；V-设计的振速度，cm/s。注意在计算隧道掏槽区的R时，取掏区的几何中心至被保护对象间的距离；K、α可凭经验取值或查相关表格，但回归计算取值最为切合实际。

由公式中可看出，在施工地质条件一定的前提下，质点的振速与最大单段装药量成正比。“波峰不关联控震”技术为通过减少掏槽装药量、改善掏槽孔位、增加起爆网络段别、孔内多段干扰降振，大幅度降低爆破振速。经过多循环监测，取得了大量监测数据，做回归分析后，计算得出K、α的数值，后通过进一步验证，比较接近现场监测值。

3.1.2 基本原理

隧道（洞）或地下工程掌子面爆破掘进时，当创造临空面的3 ～5 对上下平行炮孔（简称掏槽孔）的延长线在同一平面上与掌子面构成正三角形（简称等边三角形，夹角60°），实践证明，在最为坚硬的岩石中正三角形掏槽较其他斜眼掏槽效果更理想；同时差分最小抵抗线，在掏槽孔内间隔装入等分炸药，孔间错位形成炸药能量基本均匀分配的装药结构体系，并采用普通非电导爆管雷管起爆，满足各等分炸药合理时差有序起爆的网络系统，充分保证每列振动波的峰值完全不关联（互相独立），再通过减少同段雷管起爆的最大装药量以实现对最大峰值的有效控制，最终达到掏槽区爆破不产生过大震动的目的（简称“波峰不关联控震”）。

3.2 工艺流程

工艺流程见图3，爆破设计图见图4。

图3 爆破施工工艺流程图

图4 区间隧道下穿密集陈旧民房控爆设计图

3.3 实施过程

陆域段大部分穿越段处于中风化围岩中，上台阶开挖进尺1.5 m，爆破参数如下：现场按上述爆破参数表进行钻爆施工，并于掌子面正上方（埋深15 m左右）地表监测爆破振速。

经过多次爆破试验及数据统计后，得出较有代表性的数据如下。

一，爆破掘进监测的振速为1.3 cm/s，振速过大，技术人员分析影响原因后，对钻孔间距、钻孔角度重新进行了现场交底，对孔距、孔位、孔深等提出了更为精确的要求；

二，第二循环掘进时，技术人员现场监督钻孔，所监测的爆破振速为1.1 cm/s，仍偏大，经讨论分析，一致认为除钻孔参数外，还应对装药量与起爆网络连接进行更为精确的控制。

三，循环施工时，现场由技术人员按“波峰不关联控震爆破技术”的钻爆图表全程对钻孔、装药、连管进行监督指导，所测振速为0.5 cm/s，达到理想值。

表1 爆破振速监测值

3.4 实施效果及应用效果

3.4.1 控震爆破技术实施要点

（1）将掏槽孔设计为60° 特殊角度，既方便爆破参数的计算又能提供较大的爆破破裂角，减少炮孔夹制，有利于降低震动、提高掏槽成功率和获得较高的进尺等。（2）差分抵抗线极大地保障了掏槽的成功率，减少了同时刻起爆的装药量，消除了掏槽是产生最大震动的源头认识。

（3）装药体系合理。等分炸药，其装填炸药操作既快速且计量精准，保障孔内装药分配基本均匀，又能做到孔间等分药段相互错开，从整体上看炸药能量基本均匀分布在掏槽区，各等分爆破体积基本相当，有助于炸药能量的充分发挥。（4）微差网络系统可靠。孔内由外（掌子面）向内（孔底）、孔间由内（靠隧道轴线）向外（洞壁侧）有序微差起爆，既减少了低段位同段同时起爆药量，从本质上满足了降震目的，又能够使得爆炸应力波作用相互叠加，不削弱爆破总体效果。（5）施工现场管理人员的有序组织、作业人员的认真负责也是成功实施的重要保障。

3.4.2 实施效果

采用该技术进行爆破施工，大部分情况下成功的将地表振速降至0.5 cm/s，降幅75%，使居民的投诉大幅减少，维持了正常生产，满足了工期要求。同时对房屋造成损坏极少，妥善保护了人民财产的安全，经济效益显著。

4 过程中出现问题的处理方法

虽然采取了技术措施，但由于现场管控力度等人为因素影响，并不能保证每茬炮都控制到位，仍然会出现振速超标现象。这种情况下，前面的入户调查等工作就会起到重要作用，当居民投诉后，迅速到家中查看，对确有房屋损坏的，要求第三方机构及保险公司等及时进行现场查勘，和之前收集的资料进行对比，确认后按规定给予补偿。使居民的诉求实实在在得到解决，避免激发大规模群体性的投诉或上访事件，及时将问题解决在施工单位的层面上。其中，引入保险公司赔偿是关键，保险公司可以作为第三方机构实行公正处理，施工单位直接出面赔偿，很难做到居民认可的公平、公正，不利于快速解决问题。