区间隧道下穿大型建筑物孔内外微差减震弱爆破施工技术

杨昆鹏，张海波，杨 兵

(中国建筑土木建设有限公司轨道交通分公司，南京 210014)

0 引言

随着城市建设的不断发展，中心城区的建筑密度越来越大，在修建地铁隧道时，经常会出现隧道近距离下穿大型建筑物的情况。在传统的光面爆破网络中，通常采用分层剥离的爆破方法，每一层的所有炮孔采用同一段位，相同段位的雷管同时起爆。这样势必造成爆破震动的叠加效应，对相邻建筑物造成破坏性影响。

目前，国内外学者在爆破震动对建筑物的影响以及如何降低爆破振速等方面做了大量的研究与试验工作。文献［1－2］主要对爆破参数选择、炸药单耗、装药结构等方面进行了深入探讨;文献［3－6］从优化开挖步序、调整掏槽方式等方面入手，结合毫秒微差爆破技术，以达到降低爆破振速，保证相邻建筑物安全的目的;文献［7－8］对爆破振速监测以及地震波的叠加效应进行了细致分析。本文在前人研究的基础上，对爆破网络进行了合理优化，联线方式采用分组串联法，组内3～5个不同段位的导爆管雷管并联，各组之间采用MS－2段导爆管雷管孔外串联，利用导爆管雷管的孔内及孔外微差特性，将各孔起爆时间有效错开，以期避免爆破振速的叠加，降低爆破振动，保证建筑物的结构安全。

1 工程概况

1.1 工程简介

大连地铁一号线102标段位于大连市的中心地段，胜利广场站—友好街站区间隧道长约550 m，下穿一处长约370 m的胜利地下购物长廊。长廊为地下一层，钢筋混凝土框架结构，平板式桩筏基础。区间隧道从其下方穿过，拱顶距离桩底仅4.5 m，距离筏板底仅约9.5 m，本区段的重大风险源如图1所示。

图1 胜友区间下穿胜利地下购物长廊立面关系图(单位:mm)Fig.1 Relationship between Shengli Square station-Youhao Street station running tunnel and Shengli underground shopping corridor(mm)

1.2 工程地质及水文地质

本区段地貌为坡残积台地，表覆第四系全新统素填土层，其下为第四系全新统坡洪积粉质黏土、碎石土，下伏震旦系五行山群长岭子组全－中等风化板岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎。中风化板岩为Ⅳ级围岩，岩石承载力约500 kPa;全－强风化板岩为V级围岩，岩石承载力约150 kPa。

地下水位埋深约8 m，隧道施工过程中主要为孔隙水及基岩裂隙水，略具承压性。

2 控制爆破基本原则

爆破材料采用非电毫秒微差导爆管雷管、2#岩石乳化炸药，雷管段位从MS－1至MS－16段全部配备。施工过程中遵循“短进尺、多打眼、少装药、弱爆破”的设计原则，严格控制单段最大装药量。

本工程采用分组串联法，将3～5个雷管作为一组，掌子面左侧采用双号段，从6段开始，6，8，10…;右侧采用单号段，从5段开始，5，7，9…。然后在孔外将每组之间用2段雷管串联起来，最后接引爆器起爆，在孔外及孔内分别实现导爆管雷管的微差起爆。根据各雷管的起爆时间统计，基本可以实现一孔一响。

虽然按上述方法统计的单段雷管炸药量超过了理论计算量，但由于同段雷管不在同一组内，所以同段雷管不会同时起爆。第1组引爆后，通过2段雷管传递到下一组，间隔25 ms后第2组被引爆。由于2段雷管引爆时间为25 ms，5段雷管引爆时间为110 ms，6段雷管引爆时间为150 ms，在第1组起爆前，2段管已经将爆能引入下一组，所以不会存在将相邻导爆管炸断造成哑炮的危险。

3 爆破方案设计

3.1 掏槽方式

上台阶开挖断面尺寸为6.2 m×3.1 m(宽×高)，由于断面尺寸较小，掏槽眼采用四孔楔形掏槽形式，孔口间距1.8 m，孔底距离0.5 m，掏槽眼倾角约 65°，掏槽眼采用1，2，3，4段连续使用，每孔单独使用一个段位，掏槽眼装药600 g，如图2所示。

图2 掏槽眼示意图(单位:mm)Fig.2 Sketch of cut hole(mm)

3.2 单段最大装药量理论值计算

式中:Q为最大单段允许装药量，kg;v为质点振动速度，cm/s;R为自起爆原点中心到被保护物或观测点的距离，m;K为与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数;α为爆破振动衰减指数。

根据大连地铁102标段的地质情况和下穿建筑物的结构形式，并结合周边环境的特点，各参数取值如下:v取2.0 cm/s;R取9.5 m;K 值根据表1，取250;α 取 2.0。将各值代入 Q=R3(v/K)3/α=9.53×(2.0/250)3/2.0=0.61 kg。

根据上式计算的结果显然无法应用于实际施工，通过现场摸索与试验，对雷管连接方式进行了创新，相同段位的雷管布置在不同的组内，控制其在不同时间段引爆，从而降低了单段雷管的一次起爆药量，有效降低了爆破振速。

3.3 装药及连线

周边眼采用空气间隔不耦合装药，将药包固定在竹片上，通过导爆索连接;辅助眼及掏槽眼采用孔底装药，反向起爆。装药结构如图3所示。

图3 装药结构图Fig.3 Structure of explosive charging

起爆顺序为:先爆掏槽眼，然后辅助眼，最后为周边眼。使用电工胶布按爆破网络图将同组导爆管连接在一起，并与下一组的2段导爆管串联在一起，从而将爆轰波传递下去。

3.4 爆破参数选择

见图4和表1。

图4 上台阶炮眼布置及爆破网络图(单位:mm)Fig.4 Layout of blasting holes and ignition circuit of top heading(mm)

3.5 起爆顺序分析

根据各段别导爆管的起爆秒量(ms)，结合孔外串联的2段雷管调节，上台阶的各孔起爆秒量如图5所示。将各孔的起爆时间按顺序生成曲线，如图6所示。从图5及图6中可以看出，每个炮孔的起爆时间基本都不相同，各孔按起爆顺序连续分别起爆，有效控制了同时起爆的炸药量，从理论上大大降低了爆破振速的影响。

4 爆破振动监测

为严格控制爆破振速，确保爆破过程中的建(构)筑物安全，在通过重大风险源期间，每一循环均需要进行爆破振速测试。根据振速结果及时调整爆破参数，将振速值控制在2.0 cm/s以内。振动监测采用TC－4850爆破振速仪进行，振速仪分3通道，x，y，z 3个方向，然后合并为合速度。

表1 上台阶爆破参数表Table 1 Blasting parameters of top heading

爆破监测时，将振速仪放置在地下商场的地面上，并尽量靠近掌子面的正上方。图7为一组爆破监测的典型波形图，掌子面里程为DK6+523.5，监测点基本位于爆源点正上方，垂直距离9.5 m。

根据某3个月内的爆破振速监测结果进行统计分析，振速值控制在1.5 cm/s以内的占75%以上，在1.5 ～1.8 cm/s的占15%左右，超过 1.8 cm/s的不足10%，基本达到了将爆破振速值控制在2.0 cm/s以内的目标。

在爆破时，分别组织了不同的人员在监测点位置感受爆破振动对行人及地下商场结构的影响。商场内有轻微声响，行人基本无惊吓等异常。通过近3个月的连续监测及观察，爆破施工对地下商场结构及行人均未造成不良后果，施工安全可控。

5 结论与建议

1)本施工技术将非电导爆管雷管的孔内微差与孔外微差有机地结合起来，有效降低了同时起爆的单段最大装药量，控制了爆破振速。

2)孔内采用段位较大的导爆管雷管，孔外采用低段位导爆管雷管，可有效避免后起爆的导爆管雷管被炸断的风险。

3)根据爆破振动监测图谱显示，爆破产生的振动分布较均匀，图谱基本呈矩形状，没有出现明显的振动峰值突变，与起爆顺序曲线基本相吻合。

4)爆破完成后，根据爆破监测图谱的各组峰值大小情况，可对振速值过大的分组进行适当调整，减少组内炮孔数或单孔炸药用量，以降低此组的振速值，做到信息化施工。

5)虽然理论上导爆管雷管可以避免被炸断，爆破网络可以有效传递。但由于操作工人水平存在差异，先爆破产生的飞石飞行方向的不确定性，以及对外露的导爆管线路没有进行有效保护等因素，偶尔会出现部分网络未起爆，造成瞎炮的情况，需要在施工过程中继续总结经验，不断优化爆破网络及连线方式。

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