壁壹 —～ 区间隧道近距离下穿既有桥梁时的控制爆破技术研究 刘兴华 罗光财 郭弘字 中建五局土木工程有限公司 湖南长沙４１０００４ 摘耍：城市地铁区间隧道采用矿山法施工时，近距离下穿既有桥梁的安全风险较高。为保证既有桥梁的结构安全减 小对桥桩及上部结构的扰动或破坏，结合工程案例实际，对爆破参数及钻孔布置形式进行了研究并探讨了控制爆破 ，。技术及相关措施。通过优化设计爆破参数及钻孔布置形式，并结合爆破监测，成功地指导了城市地铁区间隧道近距离 下穿既有桥梁的施工，取得了最大的安全效果，可为以后类似工程施工提供参考。 关键调：区间隧道；矿山法；下穿高架桥；微振控制爆破；施工监测 中圈分类号：ＴＵ９３ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１ ０．１ ４１ ４４／ｊｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１ ７．１ ２．０４１ ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｔｕｎｎｅｌ Ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ Ｐａｓｓｉｎｇ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ ａｔ Ｓｈｏｒｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｇｅ ＬＩＵ Ｘｉｎｇｈｕａ ＬＵＯ Ｇｕａｎｇｃａｉ ＧＵＯ Ｈｏｎｇｙｕ ＣＣＦＥＢ Ｃｉｖｉ ｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１０００４Ｃｈｉｎａ ，近年来，随着我国城市地铁的发展，大量的新建区间 隧道线路施工中不可避免地遇到下穿或侧穿城市高架桥、 高层建筑、加油站等既有建（构）筑物。当区间隧道处于 微风岩、中风岩等硬岩地层中时，主要采用钻爆法施工的 方案…，近距离下穿既有桥梁施工过程中面临的安全风险 高，需对石方爆破开挖制订有效的减振措施，以减小对既 一。． ． ／ １／． 鹫 ／‘ ／荨ｆ 霾；ｉ馨鲢缸 一， ｝？ｉ 一一一。 一一一 一－ 图１区间隧道侧穿西三环桥桩平面（单位：ｍ） 有桥桩及上部结构物的扰动或破坏口卅。 本文以徐州地铁１号线杏韩隧道区间下穿西三环桥为 例，为保障区间隧道近距离成功下穿既有桥梁，对控制爆 破技术及相关控制措施进行探讨，为以后类似工程施工提 供参考。 １ 工程概况 徐州地铁１号线杏韩区间隧道全长１ ９０６ ｍ，为双洞单 线隧道，区间覆土厚度１０￣５７ ｍ，隧道主要位于寒武系灰 岩、泥灰岩等硬岩地层，隧道采用矿山法施工。其中，区 间隧道于ＤＫ４＋６５０～ＤＫ５＋２４０下穿西三环桥，桥梁为现浇 预应力连续箱梁，桥桩桩长５５．７ １ＴＩ，与隧道水平净距８ ｍ左 右（图１、图２）。下穿段隧道埋深约２０ ｍ，位于中风化灰 岩。 图２区间隧道侧穿西三环桥桩立面（单位：ｃｍ Ｊ 浅埋暗挖隧道下穿桥桩施工时，受岩体开挖扰动及 全，普通开挖爆破不能满足施工过程中保护桥桩的爆破振 速要求。 失水等影响，易造成地表的沉降，从而引起桥桩的开裂变 形。为控制地表沉降，保证隧道施工及路面车辆通行的安 在地表有建（构）筑物的特殊地段，爆破宜进行特殊 设计，在爆破时应对需要重点保护的建筑物和管线进行监 测，根据爆破监测数据，调整爆破参数，以确保建筑物和 管线的安全。为避免因爆破振动和噪声而扰民，一般振动 速度应控制在１．５ ｃｍ／ｓ。 下穿桥桩施工爆破设计应根据结构断面的形状和大 ８１曩２０１７．１２．ＢｕｆＩｄ旧 ｏｎ 刘兴华 罗光财郭弘宇： 区间隧道近距离下穿既有桥梁时的控制爆破技术研究 小、环境、埋深情况及开挖方式，尽可能地使主体开挖爆 破有较多的临空面，控制循环进尺大小，循环进尺不宜过 大。 计要求及时进行支护。在上半断面开挖后进行下导跟进开 挖，形成正台阶开挖。实际装药量与理论计算差０．６ ｋｇ，单 孔装药量试爆后可作适当调整。 表１上半断面爆破参数 孔称 掏槽孔 ２ 下穿段爆破施工技术参数初步设计 根据爆破机理的微分原理，为达到安全、合理之目 孔数，个 孔深／ｍ 单孔药ｍ／ｋｇ 孔距／ｍ 总装药量 ｇ ６ ２．１５ １．１ １Ｉ２ ６．６ 的，使炸药均匀地分布在被爆岩体中，防止能量过于集 中，减小爆破振动强度，施工过程中根据地层条件采用动 辅助孔 １８ １．８Ｏ ｎ５ ｎ７ ９．０ 态爆破设计，即根据监测数据及时调整炮眼布置。 ２．１爆破参数选择 根据地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材等选 择爆破参数 】。 １）根据围岩特点合理选择周边炮眼间距及周边炮眼的 最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮 眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深３５ ｃｍ。 ２）严格控制周边炮眼装药量，间隔装药，使药量沿炮 眼全长均匀分布。 ３）本工程采用乳化炸药，塑料导爆索接非电毫秒雷管 起爆，采用毫秒延期有序起爆。 ４）根据不同的围岩情况，选择相应的每循环开挖进 尺，采用小直径钻孔控制爆破。 ５）所有爆破施工全部采用微差起爆方法，最大限度地 减小爆破振动对环境的影响。 ２．２上台阶爆破参数计算 ２．２．１炮眼深度计算 允许炮眼钻孔深度的计算如式（１）所示： ｊ：（０．５～０．７）Ｂ：０．６×５．６＝３．３６ （１） 式中：Ｊ——炮眼深度，ｍ； Ｂ——隧道宽度，ｍ。 考虑到实际施工循环及施工机械利用情况和设计要 求，每循环进尺不得大于１．５ ｍ，考虑爆破的损耗因素，选 取炮眼钻孔深度１．８ ｍ。 ２．２．２每循环炸药消耗量计算 工程爆破设计中，上半断面面￣Ｓ＝２０ ｍ ，取炸药单耗 盯＝０．８ ｋｇ／ｍ３，炮孔利用系数ｎ＝０．９，则有式（２）： Ｍ＝ｑ￣Ｓ￣Ｌ＝０．８￣２０￣１．５＝２４ （２） 式中： 每循环爆破总装药量，ｋｇ； 口——爆破单位体积岩石的炸药单耗量，ｋｇ／ｍ ； ￡ 一爆破掘进进尺，ｍ； Ｓ——开挖断面面积，ｌＴＩ２。 ２．２．３炮眼数目计算 工程采用胶质炸药，标准直径的炮眼数量为： ］Ｖ＝ｑＳ／ｒ＝０．８Ｘ２０／０．３＝５３．３ ５３个 （３） 式中：ｒ——每米炮眼长度装药量，取中硬岩值０－３ ｋｇ／ｍ。 其爆破参数汇总如表１所示，上半断面开挖后，按设 周边孔 １４ １．８Ｏ Ｏ＿３ Ｏ．５ ４．２ 底板孔 １２ １．８０ ０．４ ０．５ ４．８ 合计 ５０ ２４．６ ２．３下台阶爆破参数计算 下半断面面积为Ｓ＝１５．９ ｍ ，取炸药单耗ｑ＝０．７ ｋｇ／ｍ ， 爆破掘进进尺 ＝１．５ ｍ。 每循环炸药消耗量为：Ｍ＝ｑ×Ｓ×Ｌ＝０．７×１５．９×１．５＝ １６．７０。 炮眼数目为：Ｎ＝ｑ￣Ｓ／ｒ－－Ｏ．７Ｘ １５．９／０．３＝３７．１—３７个。 下半断面开挖比上半断面增加了一个自由面，因此， 炮孔数及单耗均可减少，其爆破参数如表２所示，底边孔线 装药量取０．４～０．５ ｋｇ，ｍ，单孔药量为０．５ ｋｇ。实际装药量与 理论计算差１．９ ｋｇ，单孔装药量试爆后可作适当调整。 表２下半断面爆破参数 孔称 孔数，个 孔深，ｍ 单孔药ｉ／ｋｇ 孔距，ｍ 总装药ｌｉ／ｋｇ 中间孔 １７ １．８ ０Ｉ４ ０．７ ６．８ 底边孔 １０ １．８ ０．５ Ｏ．７ ５．０ 周边孔 １７ １．８ Ｏ．４ ０．６ ６．８ 合计 ４４ １８．６ ２．４钻爆初步设计 综合上、下台阶的爆破计算参数，可进行相应的钻爆 初步设计（图３）。 目边眼／—一 ＼ ， …／ ｉ ． ．．—— 图３隧道ＩＶ级围岩钻爆布置示意 ２．５下穿建（构）筑物药量计算 本工程爆破设计安全允许振速为１．５ ｃｍ／ｓ，爆破振动安 ｌｉｍｉｔ・１１３９｜・ｍ］２ｉｌ＿ 曩 刘兴华 罗光财郭弘宇： 区间隧道近 巨离下穿既有桥梁时的控制爆破技术研究 全允许距离为： Ｒ＝（ＫＩＶ）“ ×Ｑ （４） 式中： ——爆破振动安全允许距离，ｍ； Ｑ——最大单段药量，ｋｇ； １ 一保护对象所在地允许质点振速，ｅｒｎ／ｓ； Ｋ Ｏｔ——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件 有关的系数和衰减系数，根据ＧＢ ６７２２— ２０１４《爆破安全规程》，参考表３。 表３爆区不同岩性的Ｋ、口值 岩性 Ｋ 口 坚硬岩石 ５０—１５０ ｌ３～１．５ 中硬岩石 １５０～２５０ １．５～１．８ 软岩石 ２５０～３５０ １．８～２．Ｏ 根据现场围岩条件，Ｋ值取ｌ８０， 取１．８，按公式 （４）计算结果，该段最大起爆炸药用量符合规范要求。 ２．６掏槽方式设计 为了达到减振的目的，应根据岩石的性质，选择合理 的掏槽形式。由于本区间隧道为寒武系灰岩、泥灰岩，硬 度较大，故掏槽形式选择楔形。 ２．７起爆方式设计 采用微差起爆，就是将爆破的总药量分组，以毫秒级 的时间间隔进行顺序起爆，减弱爆破地震效应。在采用微 差爆破时，通过采用增加雷管的段别，减少同段雷管起爆 药量来减少爆破地震强度。 ３ 施工监测 在区间隧道暗挖施工过程中，须掌握隧道开挖引起周 围地层变形、周边建筑物沉降等的变形规律，以便指导施 工单位及时采取适当的工程措施来确保施工安全顺利地进 行；通过对被保护建（构）筑物的观测和爆破振动监测数 据的信息反馈，动态调整爆破设计参数。 监测包括２个方面：一是施工全过程洞外的监测，主要 包括建筑物倾斜、裂缝、沉降、基础发生位移以及周围地 表隆起与变形；二是矿山法爆破开挖时隧道洞内的监测， 主要包括隧道拱顶的下沉、侧墙的位移以及围岩的开裂。 监测报警指标以总变化量和变化速率２个量控制，累计 变化量的报警指标一般不宜超过设计限值。 ４ 实测振动波图 根据施工中结构振动波的监测结果（图４），对振动波 监测报告进行分析。分析表明，监测振动波形偏差没有超 出控制值，爆破设计的参数及钻孔布置形式有效地保证了 区间隧道下穿高架桥施工的有序、安全。 ８２曩２０１７・１２・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｌｍｃｔｉｏｎ 图４实测振动波图 ５ 结语 １）通过优化设计爆破参数及钻孔布置形式，控制爆破 技术可以保障区间隧道近距离成功下穿既有桥梁。 ２）控制爆破设计时，应选取合理的炸药品种、炮眼布 置、炸药单耗、掏槽方式及微差起爆方式。 ３）通过隧道下穿建筑物监测数据的相关分析和信息反 馈，掌握施工全过程隧道洞内和隧道上方建筑物的变形情 况，及时修正爆破参数设计和指导爆破施工，优化施工工 序和工艺，改进施工方法，从而对施工过程进行有效的预 钡０和控制 。 ４）根据各项监测数据及工程进展，密切关注建（构） 筑物的变化，根据施工监测控制值和预警值，及时对施 工工艺进行调整，必要时对桥桩进行地表补偿注浆加固处 理，确保安全。 ☆☆参考文献☆☆ ［１】任志亮．张晖．地铁区间侧穿既有加油站处理方案研究【Ｊ】．铁道勘 察，２００６．４２（２）：１ Ｏ０—１ ０２． １２】王保彦．隧道全断面施工光面爆破技术探讨【Ｊ】．建材与装饰，２０１ ３ （２１）：２５６—２５７，２５８． 【３】王耀光．浅谈爆破技术在隧洞施工中的应用【Ｊ】科技致富向导， ２０１０（１８）：１４—１５ 【４】聂卸青．蛟洋隧道光面爆破施工技术【Ｊ】．现代隧道技术，２００４，４１ （ｚ３）：１ ８３—１ ８５． 【５】 白秀峰．浅谈铁路隧道监控量测信息化在监理管理工作中的实践 与运用【Ｊ】．城市道桥与防洪，２０１５（１ １）：１７７—１７８． ｆ６ｌ于春红，程克森．微振控制爆破技术在浅埋暗挖地铁隧道中的应用 【Ｊ】石家庄铁道学院学报，２００４，１ ７（４）：９３—９５． 【７】龚敏，吴吴骏，孟祥栋．等．密集建筑物下隧道开挖微振控制爆破方 法与振动分析【Ｊ】．爆炸与冲击，２０１ ５．３５（３）：３５０—３５８． 【８１李子华．胡云峰，刘光铭．等．繁华城区明挖地铁基坑微振控制爆破 技术【Ｊ】．铁道建筑，２０１ ５（４）：８９—９２． 【９】朱赞成，毕远志．广州地铁暗挖隧道微振爆破技术【Ｊ】铁道建筑， ２００９（４）：５５－５７．
