地铁隧道小净距叠落区间爆破实践

李壮清 孙俊鹏 王传良 马玉罄

(1.大连市政工程有限公司,辽宁大连 116012;2.大连经济技术开发区金源爆破工程有限公司,辽宁大连 116600)

地铁隧道小净距叠落区间爆破实践

李壮清1孙俊鹏2王传良1马玉罄2

(1.大连市政工程有限公司,辽宁大连 116012;2.大连经济技术开发区金源爆破工程有限公司,辽宁大连 116600)

大连地铁203标段兴工街至西安路区间采用钻爆法施工。当地铁隧道与下部既有盾构主体结构叠落距离达到0.7m～2.0m时,普通的钻爆法会带来一系列不良的影响。为此将钻爆法改为人工机械开挖。但经过5天实践表明,人工机械开挖工效低,成本高以至于工程停滞。因此,采取新的弱爆破处理方式,在确保既有盾构主体结构完整的前提下,大幅度地降低了成本、缩短了工期,为同类工程施工提供指导性建议。

地铁隧道 盾构管片 小净距 弱爆破

1 工程概况

大连地铁兴西区间与联西区间在进入车站时渐近叠落,设计叠落长度为88.221m,垂直距离在0.7m～2.0m范围内,属于小净距隧道施工段(图1)。爆区下方联西区间已贯通,结构为组装式盾构管片(图2)。地下围岩为弱风化辉绿岩,岩体较坚硬,节理裂隙不发育等级为V及IV,为坚硬岩,地下水以裂隙水为主,较丰富,岩石力学性质见(表1)。

设计要求质点振动速度＜1.5cm/s,依据萨道夫斯基计算公式[1]

得出不同净距下的单段最大起爆炸药量:

图1 叠落平面图Fig.1 Plane view of the stack interval

通过计算可知,单段最大起爆炸药量过小,远小于炸药爆炸的临界直径,因此炸药不可能有效传爆,甚至导致拒爆,不具备可操作性。如按地下工程可操作的最小段药量100g计算V值,得到的最小振速值为16.8cm/s,该值远超过了设计要求,因此原定的下台阶爆破开挖方案不得不改为人工机械开挖。5天后,进尺仅为1.65m,平均日进尺0.33m。按此法施工,需267天才可完工。并且根据施工反馈,机械人工开挖不仅大幅度增加了成本,更重要的是效率太低,势必造成工期的延误。为此,我们提出新的弱爆破方案(图1、2）。

2 施工方案

2.1 孔位布置

图2 叠落断面图Fig.2 Sectional view of the stack interval

表1 岩石力学性质表[2]Table1 Properties of rock mechanics

表2 综合对比表Table2 Diagram of comprehensive comparison

图3 分层弱爆破区域示意图Fig.3 Sketch map of layered weak blasting area

图4 爆破炮孔布置图Fig.4 Sketch map of blasting hole arrangement

图5 装药结构示意图Fig.5 Sketch map of charge structure

新方案将下台阶剩余高1.5m的爆破岩体分为三层,每层爆深均为0.5m,分层弱爆破(见图3),炮孔方向改为向下倾斜30°的斜孔,孔深为1m(见图4),并且在各排炮孔中间穿插竖直空孔,做为减振孔,孔深1.7m,超深0.2m,形成梅花形布置。

2.2 装药情况

竖直孔不装药,斜孔装药,装药量为每孔100g,用非电毫秒导爆管雷管送至孔底部,炮孔用瓜子石填实。第二、三层爆破装药前,必须清除净减振孔内的碎石碴直至孔底(见图5)。

从炮孔平面布置图可以看出,垂直减振孔与装药孔距离为250mm(两孔孔壁间距),为装药孔直径的6倍,且深于装药孔。当炸药爆炸后的压缩应力波到达减振孔(减振孔可做为自由面)时,便从减振孔反射回来,形成方向相反的反射拉伸波,即霍普金逊效应[3],即减振孔除减振作用外,还可促使岩石二次破碎,这也符合质量、能量、动量三个守恒定律的原则[4]。

炮孔上方250mm处为前排炮孔的填塞段,在爆破术语中称为软弱区或破碎区,由于炮孔填塞段尺寸小于既有盾构管片厚度,所以炸药爆炸的相当部分的气体能量将向250mm处破碎带的自由面泄出,从而弱化了药包下方700mm以远的既有盾构管片的振动能量。

图6 起爆网路图Fig 6 Sketch map of detonating network

2.3 起爆网路

装药完毕,实行单孔起爆,每次起爆16～28个炮孔。具体起爆网路需依据现场分层情况而定(见图6)。

3 效果分析

采取这种弱爆破方式直至开挖结束的施工过程中,盾构的管片整体结构没有不良变化,管体没有出现裂隙或崩落块。

经过17天的紧张施工,叠落区间88m,经清理后,仅在部分垂直孔处有＜100mm超挖,最大欠挖处为140mm,经简单机械处理后,质量符合设计要求。出现超欠挖现象,一是因为操作误差导致;二是因为地层介质不对称、不均匀,地层的力学性质的连续变化。而地层的变化会引起波的反射、透射及转换等产生一系列新的波[5,6]。采用该法施工大大提高了区间下台阶的开挖效率,既缩短了工期,又节省大量成本(见表2)。

4 结语

把爆破振动设计值,理论计算值,实际监测值做到完整统一是一件非常复杂,此次爆破实测振动值是设计值的十几倍(见表3)与理论计算值差距也很大,但盾构管片没有受到破坏,究其原因有以下几点:(1)盾构管片隧道体积大,质量重,是一圆体,且管片间设有橡胶垫,使隧道具备一定的抗震能力。(2)炸药当量小(每孔100g),震源距离管片近,地震波频率自然很高,波长也小于盾构隧道整体。(3)减震孔和前排炮孔的填塞段形成的软弱带分散了一部份地震波的能量。(4)相临炮孔在合理的毫秒间隔时间起爆时会使地震波能量在时间上和空间上发生分散,并且通过地震波的相互干扰和主震相位的彼此错开,减弱地震效应,从而达到降震效果。

[1]中华人民共和国标准.爆破安全规程(GB6722-2003)[S].北京:中国标准出版社,2004.

[2]王旭光,郑炳旭,张正忠.爆破手册[M].北京:冶金工业出版社,2010.

[3]中国力学学会工程爆破专业委员会.爆破工程[M].北京:冶金工业出版社,1996.

[4]刘殿中,杨仕春.工程爆破[M].北京:冶金工业出版社,2003.

[5]陈宝新,杨勤荣.爆破动力学基础[M].武汉:湖北科学技术出版社,2005.

[6]张智宇,栾龙发,殷志强等.起爆方式对台阶爆破振频能量分布的影响[J].爆破,2005.

Drilling Blasting was used in the interval of Xinggong Street to Xi’an Road of Dalian subway line 2. The subway is in the above of a completed-Shield segments, the distance is 0.7 meters to 2.0 meters, ordinary drilling blasting method will bring a series of adverse effects. To change the drilling blasting method to artificial-mechanical excavation. But after five days practice shows that low efficiency and high cost lead to the stagnation of the project.Therefore, a new weak blasting approach arises spontaneously, and breaking the routine of blasting particle vibration velocity as a single main reference data, based on the feedback of the actual construction site, ensure the structural integrity of completed-shield body, reduce the cost and shorten the construction period.

Subway tunnel Shield segment Small clear distance Weak blasting.

李壮清,(1986-),工程硕士在读,研究方向:岩土、地下工程方向。