關(guān)鍵詞:暗挖隧道，橋樁，初期支護(hù)，爆破

 

0引言

      隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，為滿足城市交通需要，解決城市交通、停車、貿(mào)易、通訊、供水以及供電等工程項(xiàng)目占地的重大難題，人們將大力開(kāi)發(fā)利用地下空間［1］。其中，地鐵隧道逐步成為城市發(fā)展的推進(jìn)器，也成為城市發(fā)展水平的體現(xiàn)，在城市交通中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。地鐵隧道多位于城市中心，地鐵施工對(duì)周圍鄰近建( 構(gòu)) 筑物的影響不可避免，采取措施不當(dāng)，極易引起周邊建( 構(gòu)) 筑物沉降、傾斜，甚至坍塌［2］。因此，地鐵隧道穿越建( 構(gòu)) 筑物時(shí)的控制措施成為了地鐵施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

 

1工程概況

      南關(guān)嶺站至華北路站區(qū)間設(shè)計(jì)范圍里程為 DK3 +114． 101 ～DK4 + 072． 076，線長(zhǎng)約 957 m。

      1) 本區(qū)段地貌為剝蝕低丘陵，地形起伏較小，地面高程 21． 61 m ～24． 14 m，地面為華北路，南側(cè)為加油站、房屋和修理廠，沿線建筑物密集，管線、管道眾多;

      2) 地下水水量中等 ～ 豐富，為基巖裂隙水。隧道開(kāi)挖在溶洞發(fā)育處，該處裂隙發(fā)育，地下水滲流通道發(fā)育，水量較豐富;

      3) 巖溶中等發(fā)育，鉆孔巖溶遇洞率為 54% ，巖溶裂隙水較發(fā)育，溶洞充填粘土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r碎屑，對(duì)隧道施工影響較大。

      區(qū)間暗挖隧道自華北路站向小里程方向施工，甘南路立交橋“主⑥”兩個(gè)既有橋樁位置處于正線里程 DK3 +964． 964 及 DK3 +946． 946 處，其直徑為 2． 5 m，橋樁邊緣距右線水平凈距為 2． 14 m，距左線水平凈距為 2． 06 m，左線和右線拱頂埋深分別為 9． 67 m，9． 97 m，距橋樁樁底為 6． 85 m。

      區(qū)間暗挖隧道采用淺埋暗挖法( 臺(tái)階法) 施工，隧道為單拱馬蹄形斷面，采用鉆爆法開(kāi)挖。區(qū)間隧道側(cè)穿橋樁段開(kāi)挖地層圍巖為Ⅴ級(jí)和Ⅵ級(jí)，隧道圍巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，局部夾強(qiáng)風(fēng)化，巖體裂隙發(fā)育，溶洞發(fā)育，若暗挖隧道施工采取措施不當(dāng)，易產(chǎn)生局部坍塌、橋樁沉降等風(fēng)險(xiǎn)。另外，該段區(qū)間隧道下穿繁華的華北路，路面車流量較大，且重型車輛居多，對(duì)暗挖隧道施工也有一定的影響。

 

2初期支護(hù)措施

2． 1初期支護(hù)結(jié)構(gòu)

      斷面支護(hù)參數(shù)為: 拱部打設(shè) 120°超前小導(dǎo)管支護(hù)，每?jī)砷�打設(shè)一道，環(huán)向間距300 mm，?42，t =3． 25，L =2 500 mm，雙層? 6 鋼筋網(wǎng)片( 150 mm × 150 mm) ，格柵鋼架間距 500 mm，300 mm 厚C25 噴射混凝土封閉。

2． 2初期支護(hù)背后注漿

      為確保施工安全，在該淺埋地段初支施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)臺(tái)階法步長(zhǎng)進(jìn)行下臺(tái)階施工，及時(shí)封閉成環(huán)。并在下臺(tái)階封閉后距掌子面 5 m 范圍內(nèi)及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿。初期支護(hù)背后采用二次壓漿，注漿材料采用水泥漿液，注漿孔沿拱部及邊墻布設(shè)，環(huán)向間距: 拱部 2 m，邊墻 3 m，縱向間距 3 m，梅花形布置，注漿深度為初支背后 0． 5 m，注漿終壓 0． 5 MPa。

 

3區(qū)間隧道鉆爆法施工設(shè)計(jì)

      針對(duì)本區(qū)段暗挖隧道的環(huán)境特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工方法等，并綜合考慮鉆爆施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及橋墩的影響，在保證施工安全的前提下，本著“短進(jìn)尺，弱爆破，早封閉，勤量測(cè)”的原則［3］，決定采用微差、分部、多段、多次弱爆破技術(shù)施工的減振措施。

      根據(jù)《爆破安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計(jì)變更及聯(lián)系單相關(guān)要求，甘南路立交橋橋墩振速限制在 2． 5 cm/s。

3． 1爆破減振措施控制

3． 1． 1控制爆破原理

      控制爆破主要是通過(guò)在拱部周邊布設(shè)減震孔形成減震隔離帶和小導(dǎo)坑超前開(kāi)挖所創(chuàng)造爆破凌空面達(dá)到減震之目的，其原理就是利用爆破凌空面和減震隔離帶在爆破時(shí)對(duì)爆破震動(dòng)能力的大量吸收及消耗，使隔離帶后面的區(qū)域受到的震動(dòng)大大減小; 同時(shí)減少了斷面的裝藥量，在爆破時(shí)也大大減少了對(duì)洞頂附近建筑物的擾動(dòng)，從而確保了爆破安全。

3． 1． 2爆破地震效應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)

      炸藥在巖石中爆炸時(shí)強(qiáng)烈的沖擊波和應(yīng)力波，隨著傳播距離的增加，逐漸衰減為地震波。地震波雖然不能使巖石破壞，但它會(huì)引起巖石的強(qiáng)烈彈性振動(dòng)，從而使爆區(qū)周圍建筑物出現(xiàn)破壞甚至倒塌現(xiàn)象，根據(jù)中國(guó) GB 6722-2003 爆破安全規(guī)程［4］提出了爆破對(duì)建筑物和構(gòu)筑物的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)判斷可采用保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以主振頻率的頻段確定相應(yīng)的振動(dòng)速度，并考慮了延時(shí)間隔的影響。

3． 2爆破設(shè)計(jì)方案

3． 2． 1爆破設(shè)計(jì)

      1) 選擇合理的炸藥品種。

      炸藥品種與炸藥的爆破震動(dòng)速度有直接影響，根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，本工程施工中選用防水效果好的乳化炸藥，每卷重量 200 g。

      2) 選擇合理的雷管起爆時(shí)差。

      設(shè)計(jì)爆破網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差和孔外同段的非電微差起爆技術(shù)。非電導(dǎo)爆管雷管跳段使用，間隔時(shí)間大于 50 ms。

      3) 選擇合理的掏槽形式。

掏槽是隧道爆破成敗的關(guān)鍵，也是產(chǎn)生最大爆破震動(dòng)速度的主要震源。為了達(dá)到減震的目的，選用楔形掏槽，充分利用楔形掏槽的易拋擲和減震作用與貫通掏槽的臨空面來(lái)最大限度地減輕震動(dòng)。

      4) 選擇合理的鉆爆參數(shù)。

      根據(jù)開(kāi)挖的大小、部位、工程地質(zhì)情況、周邊環(huán)境條件等，選擇合理的炮眼深度、間距、裝藥量、起爆順序等鉆爆參數(shù)，炮眼采用線性布孔、線形起爆，注意提高裝藥質(zhì)量和炮口堵塞質(zhì)量，達(dá)到減震、提效的目的。本工程鉆爆參數(shù)如下: a． 掏槽眼�？咨�: 考慮到掏槽眼只有一個(gè)臨空面，爆破條件較差，炮眼利用率低，故掏槽眼比其他炮孔加深 20 cm。炮孔間距: 根據(jù)巖性及工作面的大小、炮孔深度，孔間距取 a =0． 5 m。b． 輔助眼�？组g距: 輔助眼間距與巖石軟硬、掌子面大小、炮孔深度密切相關(guān)，水平隧道爆破一般取 a =0． 6 m ～0． 8 m。為保護(hù)橋墩不受破壞，本次取0． 6 m。排距取 0． 5 m。c． 周邊眼�？组g距: 孔間距取 a = 0． 30 m，排距取 b =0． 45 m。每延米藥量: 根據(jù)巖性，每延米裝藥量 q = 0． 15 kg / m ～0． 25 kg / m。

      5) 裝藥結(jié)構(gòu)和填塞。

      掏槽眼和輔助眼采用反向不耦合連續(xù)裝藥，周邊眼采用反向不耦合底部空氣間隔裝藥，為了確保爆破效果，炮孔的填塞長(zhǎng)度一般不得小于炮孔長(zhǎng)度的 1/3。

      6) 起爆方式及順序。

      由于此段對(duì)震動(dòng)控制要求嚴(yán)格，且距橋墩距離較近，為避免爆破產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的破環(huán)，本次設(shè)計(jì)方案在橋墩前后 10 m初步進(jìn)尺 0． 5 m，采用雙楔形掏槽方式，起爆采用非電導(dǎo)爆管。臺(tái)階分部開(kāi)挖施工，采用多孔、多次、多段和微差爆破，進(jìn)尺 0． 5 m。

      把上臺(tái)階分為左右兩部分，并在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，利用孔內(nèi)和孔外相結(jié)合延時(shí)爆破，最大限度的減少單段起爆藥量，起爆順序?yàn)? 掏槽孔→輔助孔→周邊孔; 下臺(tái)階在靠近橋墩一側(cè)打設(shè)加密隔振孔，采用多段微差弱爆破( 松動(dòng)) 一次完成，嚴(yán)格控制住最大段的藥量。

3． 2． 2爆破地震波控制驗(yàn)算

      根據(jù)本區(qū)間已經(jīng)實(shí)施的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，爆破開(kāi)挖的最大震動(dòng)速度值不取決于一次起爆的總藥量，而取決于某最大段裝藥量及炮孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)。

      打設(shè)隔振孔時(shí)，測(cè)點(diǎn)振速大小主要取決于分段裝藥量的大小，在橋墩處振速控制原則為 V≤5 cm/s，隧道開(kāi)挖爆破中，振速主要跟單段起爆的藥量有關(guān)，本設(shè)計(jì)方案加設(shè)隔振孔，對(duì)減少爆破震動(dòng)起到一定作用。

      根據(jù)巖石性質(zhì)、爆破方式，爆破地震動(dòng)速度計(jì)算公式為:

 

      其中，V 為地震波波速，cm/s; K =150; α =1． 8; Q 為單段最大裝藥量，kg; R =8 m。這里 V 取 1． 5 cm/s，經(jīng)計(jì)算單段最大裝藥量: Q =0． 586 kg; 爆破設(shè)計(jì)中在周邊打設(shè)加密隔震孔，單段最大裝藥量: Q =0． 6 kg 滿足要求。

3． 2． 3爆破安全距離驗(yàn)算

      在隧道開(kāi)挖爆破中，會(huì)有個(gè)別巖塊飛散距離較遠(yuǎn)，易對(duì)人員、設(shè)備或隧道結(jié)構(gòu)成品產(chǎn)生危害，必須予以重視和控制。個(gè)別飛石的飛散距離跟爆破參數(shù)、孔口堵塞質(zhì)量等因素有關(guān)。隧道開(kāi)挖爆破中，掏槽孔最有可能產(chǎn)生危害性飛石，應(yīng)特別注意其填塞質(zhì)量，并作飛石距離驗(yàn)算。

飛石距離驗(yàn)算公式:

R = 20 × K × W × n2。

      其中，R 為飛石安全距離，m; K 為飛石安全系數(shù)，一般取 K =1． 0 ～ 1． 5; W 為最大一個(gè)藥包的最小抵抗線，m; n 為最大一個(gè)藥包的爆破作用指數(shù); 經(jīng)驗(yàn)算，設(shè)計(jì)中可能產(chǎn)生的最大飛石距離 R =35 m。

3． 2． 4爆破減震措施

      1) 采用分部、分臺(tái)階開(kāi)挖，孔內(nèi)和孔外相結(jié)合微差爆破技術(shù);2) 采用多段位非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，選擇科學(xué)合理的雷管起爆時(shí)差，增加起爆段數(shù)，降低同段起爆藥量; 3) 采用低密度、低爆速、低猛度、高爆炸力的乳化炸藥，嚴(yán)格控制裝藥量; 4) 從傳播途徑上隔震、減震。在主炮孔與開(kāi)挖邊界之間打設(shè)加密隔震孔，從傳播途徑上減震和消震; 5) 采用混合掏槽形式，利用空眼減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，提高炮孔炮眼利用率; 6) 利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，不斷調(diào)整、優(yōu)化爆破參數(shù); 7) 加強(qiáng)特殊地段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)。

 

4結(jié)語(yǔ)

      1) 基于甘南立交橋現(xiàn)狀、隧道施工影響范圍及華北路交通情況，地鐵隧道側(cè)穿橋樁時(shí)，采取加強(qiáng)洞內(nèi)初期支護(hù)、控制爆破震動(dòng)等措施，以減少隧道施工對(duì)橋樁的影響。工程實(shí)踐表明: 在隧道側(cè)穿立交橋橋樁期間，對(duì)橋樁采取上述處理措施是合理的，地層沉降和橋樁變形指標(biāo)都在控制范圍內(nèi)，保證了工程的順利進(jìn)行，也為今后類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

      2) 為了使工程措施的選擇更加理性和更具有針對(duì)性，應(yīng)結(jié)合具體工程，在滿足影響控制標(biāo)準(zhǔn)的前提下選擇爆破控制方案，以及初期支護(hù)措施。地鐵隧道對(duì)鄰近既有橋樁的影響應(yīng)引起高度重視，從監(jiān)測(cè)、施工和投資等多方面綜合權(quán)衡，因地制宜制定科學(xué)的施工方案。同時(shí)應(yīng)加大協(xié)調(diào)、監(jiān)督和管理力度，確保施工方案得以貫徹實(shí)施，達(dá)到地鐵建設(shè)與橋梁安全的目的。