淺談深孔爆破在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用

  摘要:盾構(gòu)法施工工藝具有施工速度快、安全性好、施工作業(yè)勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn),在我國目前的地鐵施工過程中已經(jīng)越來越多的被廣泛使用。在盾構(gòu)法施工過程中,經(jīng)常會遇到隨機(jī)分布的孤石,且孤石形狀大小各異、強(qiáng)度不一。在這類地層中掘進(jìn)效率低,刀盤刀具磨損嚴(yán)重,易產(chǎn)生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨等,還會造成隧道軸線偏離從而不得不對設(shè)計(jì)做出變更,若土質(zhì)松軟,固定不住孤石,不能產(chǎn)生足夠的破碎反力,孤石就會隨著土體的破壞而移動或被刀具彈開,或者會在刀盤前面循環(huán),增加對土體的擾動,造成地表沉降過大等安全隱患。怎樣處理好盾構(gòu)掘進(jìn)過程中所遇到的孤石,是當(dāng)前盾構(gòu)法施工中一個較大的技術(shù)難題。

  關(guān)鍵詞:盾構(gòu)法施工,地鐵,施工

  人工清除孤石的工作對于工作人員和工程項(xiàng)目都很危險(xiǎn),開挖面崩塌可能會使施工人員傷亡,也可能引起隧道頂部地面過大的沉降。在這種情況下進(jìn)入開挖面是不可能的。

  深圳地鐵5號線翻靈區(qū)間右線在國內(nèi)首次采用了深孔爆破的方法,并取得了成功。作為該區(qū)間的監(jiān)理組長,筆者親身經(jīng)歷了全過程,現(xiàn)把該案例介紹出來,以供參考。

  該區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)前五個月,施工單位對盾構(gòu)施工線路做了補(bǔ)勘,補(bǔ)勘結(jié)果顯示,右線從DK4+240到DK4+310,有連續(xù)的基巖突起,侵入隧道最高達(dá)到3.9米,強(qiáng)度最高達(dá)到217.1MP,況且基巖上部有孤石群,最大的孤石長度7.65米、厚度1.8米(見下表)

  施工過程中,對已探明孤石及基巖突起等不良地質(zhì),采用地面地質(zhì)鉆垂直打孔,裝炸藥爆破隧道范圍內(nèi)孤石及基巖,使孤石及基巖成為單邊長度小于30cm的碎塊。

  地質(zhì)鉆打孔孔徑為89mm,由于需要爆破處理的巖石位于地表以下14~22米左右的位置,厚度約0.3m-1.8m,采用地表深孔及水下鉆孔兩種爆破形式

  爆破的部位位于創(chuàng)業(yè)一路路面下方,地表兩側(cè)均分布有居民樓,爆區(qū)環(huán)境示意圖如下圖所示:

  爆區(qū)環(huán)境示意圖

  爆破方法介紹:

  采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,垂直鉆孔形式,土層鉆孔孔徑為100mm,進(jìn)入巖層鉆孔直徑為89mm,孔內(nèi)雷管選用毫秒導(dǎo)爆管雷管,起爆雷管選用順發(fā)電雷管,炸藥選用乳化炸藥,標(biāo)準(zhǔn)直徑為60mm。

  由于炮孔深度達(dá)到約22米,需要爆破處理的巖石位置為地表以下約15~22m的位置,同時由于炮孔中有水,因此,起爆藥包采用軟鋼絲懸吊于爆破點(diǎn)的位置,且一端固定于孔口位置,標(biāo)高誤差不大于10cm。藥包裝在特制的PVC管體內(nèi),由于起爆體上方有約15米高的水柱,壓強(qiáng)相當(dāng)大,因此在起爆體下方懸掛了一個抗浮金屬吊裝體。炮孔采用正向裝藥起爆,起爆選用電與非電兩種方式聯(lián)合起爆,采用兩發(fā)瞬發(fā)電雷管,且分別屬于兩個電爆網(wǎng)路,兩套網(wǎng)路并聯(lián)后起爆。網(wǎng)路示意圖如下所示:

  單位耗藥量計(jì)算:

  q=q1+q2+q3+q4

  式中 q1—基本裝藥量,水下垂直孔q1=1.1kg/m3; q2—爆區(qū)上方水壓增量,q2=0.01h2;h2—水深,m; q3—爆區(qū)上方覆蓋層增量,q3=0.02h3;h3—覆蓋層(淤泥或土、砂)厚度,m;q4—巖石膨脹增量,q4=0.03h; h—梯段高度,m。

  本工程h=4m,h2平均取18m,h3=15m,q1=1.1kg/m3

  q=1.1+0.01×18+0.02×15+0.03×4=1.7kg/m3。

  具體的裝藥結(jié)構(gòu)如下所述:

  1)孤石爆破

  雖然巖石厚度較小,但是考慮到測量以及藥包吊裝過程中產(chǎn)生的誤差(誤差累計(jì)不得超過10cm)。因此孤石爆破時,當(dāng)單孔單體爆破時裝藥長度與巖石厚度相同,多孔單體爆破時,相鄰兩個炮孔,其中一個炮孔鉆至孤石底面(即鉆穿),裝藥至炮孔底部,孤石頂面留10cm不裝藥;其鄰孔孔底距離孤石底面10cm,裝藥至炮孔底部,孤石頂面留10cm不裝藥。

  具體鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示:

  孤石爆破布孔平面示意圖

  2)基巖爆破

  由于基巖埋深較深,為18~22m,體積較大,厚度2~4米不等,從而導(dǎo)致其爆破爆碎難度較大,為了便于施工及爆破破碎效果,采取首先對前排孔進(jìn)行爆破,然后利用前排孔爆破擠壓周圍土層產(chǎn)生的自由面,再對后排孔進(jìn)行逐個起爆。炮孔間排距均為0.8~1.2m,鉆孔超深0.5~0.8m,裝藥深度比基巖厚度深約0.5~0.8m。

  具體鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示:

  3)孤石與基巖重疊爆破布孔示意圖

  需要保護(hù)的建筑物距離最近的爆破點(diǎn)距離為約24米,爆破作業(yè)沒有對周圍的建筑物造成任何破壞。

  歷時一個月的時間,對該地段的孤石和基巖進(jìn)行了爆破,從后來盾構(gòu)機(jī)順利通過這個地段的情況來看,可以說明這個爆破的案例是成功的。只是爆破殘留物石英含量較高,對刀具的磨損較大。盾構(gòu)通過了這段不良地質(zhì)之后,開倉更換了刀具。

  該案例證明,對于預(yù)先探明的孤石和基巖突起,采用深孔爆破的方法是可行的。