摘  要：深孔控制爆破是解决盾构机在复杂地质条件下脱困的重要方法，特别是在地面环境较为复杂，周围建筑物较多，地下水位较高，存在基岩隆起且伴有大量孤石的地层条件下更为有效。深圳地铁某工程采用深孔控制爆破进行盾构机脱困施工，取得了较好效果，以该工程为背景，介绍深孔控制爆破在盾构穿越类似地层中的应用。

关键词：盾构法；深孔控制爆破；复杂地层；脱困

 

      随着我国城市轨道交通工程的迅速发展，盾构法在隧道工程施工中得到了越来越广泛的应用。由于受地面环境以及地质条件约束，盾构法在一些复杂地质条件以及地面环境下的应用受到制约，要想使盾构机在这些复杂条件下顺利通过，必须采取一些辅助措施。特别是在高地下水位、上软下硬以及夹杂有坚硬孤石地层和地面周边建筑物较多时，在严格控制爆破振速的情况下，采用深孔控制爆破较为有效。

 

      深圳地铁某工程采用盾构法施工，隧道下穿深圳欢乐谷旅游景点，左右线间距为 13.2 m。 左线全长1 244 m，全线已贯通；右线全长 1 218 m，共 812 环。 当盾构机在右线隧道掘进至562 环时，刀盘前方 27 m 的隧道范围内出现上浮基岩，侵入隧道断面 3 m 左右，岩石坚硬，抗压强度为 150 MPa。 盾构停机位置位于深圳欢乐谷旅游景点区内，且施工区域距离附近建筑物较近（最近仅为 5 m），对建筑物沉降等有较高要求。 另外，该处地层条件较为复杂，存在高地下水位、孤石、基岩及地层软硬不均，处理难度较大。根据以上调查情况，项目部经过仔细讨论研究，决定采用深孔控制爆破处理。

 

      采用深孔控制爆破方法对盾构机前方10～27 m内侵入隧道的基岩和孤石进行破碎，对临近的左线盾构隧道进行支撑加固并布设隔振孔；对地面建筑物和在建基坑进行监测和必要的加固保护。爆破钻孔断面布置见图1。

      在满足安全条件的前提下，将基岩爆破成粒径不大于30 cm 的碎石，按照控制爆破设计原则，通过计算确定爆破参数。具体炮眼布置见图2。

      该工程的地质特点如下：施工地层自上而下依次为素填土及杂填土、粉质黏土、砾质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩；地下水丰富。 为防止炮眼成孔时塌孔，钻孔时首先成Ф146 mm 孔，再下覫75 mm PVC 套管，然后在套管内装药卷。

      1）单位耗药量计算

      根据GB 6722-2003《爆破安全规程》第 6.2.2 条的规定^[1]，地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率；水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站（厂）中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度。

      根据规程^[1]，频率在10～50 Hz，一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物的安全允许振速为2.3～2.8 cm/s，该工程取2.5 cm/s（金矿面点王为钢筋混凝土结构，按照3.5 cm/s 控制）；交通隧道为 15～30 cm/s，按照 15 cm/s进行控制。

      单位耗药量计算公式：

      q = q₁+ q₂+ q₃+ q₄，

式中：q₁为基本装药量，该工程爆破对象位于地下20～24 m 左右，且存在地下水，故视为水下爆破，基本装药量是一般陆地梯段爆破的2 倍，对水下垂直钻孔，再增加10 %，普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗为 0.5 kg/m₃，因此q₁=1.1 kg/m³；q₂为爆区上方水压增量，q₂=0.01h₂，h₂为水深；q₃为爆区上方覆盖层增量，q₃=0.02h₃，h₃为覆盖层（淤泥或土、砂）厚度；q₄为岩石膨胀增量，q₄=0.03h，h 为梯段高度。

      该工程h=10 m，h₂平均取24 m，h₃= 22 m，经计算，q = 2.08 kg/m³。

      2）最大单段装药量计算

      爆破振动安全允许距离^[1]：

式中：R 为爆破振动安全允许距离，m；Q 为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；V 为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K、α 为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按表1 选取 ，或通过现场试验确定。

      该工程K 取 150，α 取 1.5，对主要建筑物和隧道在允许爆破振速范围内允许单段最大装药量进行计算，计算结果见表2、3。

      在施工中应严格控制单段最大装药量，对既有隧道及灯塔等采取加固、隔振等措施，起爆方向背向左线隧道，先起爆离左线最远的炮孔，创造出临空面使其震动对左线隧道的影响最小。此外，在施工中要注意合理分段，尽量降低震动速度。 在实际施工过程中，单段最大装药按照小于3.6 kg 进行控制，爆破振速在规范规定范围之内，这证明最大单段装药量按 3.6 kg 控制是合理、可行的。

      炮眼钻孔超深0.5～0.8 m，孔距与排距相等 ，取0.8～1.0 m，具体装药结构见图 3、4。

      装药后用中粗砂或碎石作堵塞物，具体覆盖形式见图5。

      由于炮孔深度约24 m，需要爆破处理的岩石位于地表以下约20～24 m，炮孔中存在地下水，因此起爆药包需采用软钢丝或绳悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差不得大于10 cm。 药包装在特制的PVC 管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。由于起爆体上方有约20 m 高的水柱，压强相当大，因此在起爆体内要适当用碎石配重，以利于起爆体的就位。 炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用 2 发瞬发电雷管，且分别属于 2 个电爆网路，2 套网路并联后起爆。爆破网络图见图6。

      1）地表沉降：30 mm。

      2） 爆破振速 ： 一般建筑物 2.5 cm/s； 钢筋混凝土3.5 cm/s；交通隧道 15.0 cm/s。

      3）基坑位移：0.15 % H（H 为基坑深度 ，该基坑深度为7 m，即：基坑位移为 10.5 mm）。

      1）爆破区域附近建筑物振速监测趋势图（见图 7）

      2）爆破区域附近建筑物沉降监测趋势图（见图 8）

3）监测结果分析

      严格按照设计装药量装药后，爆破振速及沉降均在规范规定要求之内，即：沉降最大不超过 30 mm；一般建筑物爆破振速最大不超过2.5 cm/s，钢筋混凝土建筑物最大不超过3.5 cm/s，交通隧道不超过 15 cm/s 范围；基坑位移不超过 10.5 mm。 由此可判断，爆破对周围建筑物基本无影响。

 

      通过采取深孔控制爆破，盾构机顺利通过了该复杂地层段^[3]。爆破过程中，临近建筑物爆破振速、沉降以及位移均在规范要求的范围之内，未对临近建筑物造成影响。 该工程的顺利施工，可为以后类似地质情况工程施工提供有力的技术支持和工艺借鉴。

 

[1] 中国工程爆破协会. GB 6722-2003 爆破安全规程[S]. 北京 ：中国标准出版社，2004．

[2] 建设部综合勘察研究设计院． JGJ/T 8-97 建筑物变形测量规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1998．

[3] 北京城建集团有限责任公司． GB 50299-1999 地下铁道工程施工及验收规范[S]． 2003 版，北京：中国计划出版社，2004．