浅埋地铁隧道微震爆破技术设计与施工

 

摘　要:针对广州轨道交通5号线广州火车站的施工特点,介绍了该工程钻爆施工的设计、爆破控制及爆破震动监测等内容,爆破实际效果表明采用微震控爆技术顺利地完成了该区段的隧道施工,以使地表建筑物免受爆破震动的危害。

关键词:地铁隧道,爆破技术,爆破震动,设计

 

1 工程概况

      广州轨道交通5号线首期工程(口—文冲段)位于广州市老城区中最繁华且交通流量较大的城市主干道环市西路北侧,广州火车站中广场与东广场之间。车站为东西走向,周边高楼密集,道路纵横。广州火车站位于荔湾单斜的东侧,地层呈北东向展布,倾向北西,倾角约45°。5号线广州火车站所处地面为广州火车站广场,地形较平坦,地面标高8.36 m~9.0 m,站址所处地段为微丘台地,东临越秀山。5号线广州火车站位于广三断裂以北,广从断裂以西的构造区。

      站台段隧道及其横通道位于地下约20 m处,隧道上方是车站广场和地中海商场,其中穿越地中海商场段距离地中海商场桩基础底部约6 m,西面接2号线站台,隧道长为128 m,爆破开挖直径约为11.3 m。

2 总体设计思想

      针对本工程地处城市地段,所处地层围岩上软下硬,同一工作面分布不同围岩类别等特点,进行隧道微震控制爆破技术设计。设计中充分体现微震控制爆破技术研究成果。

      隧道爆破采用微震控制爆破,通过控制炸药单耗实现降低爆破震动强度,减少对爆破施工区段建筑物的影响,拱部采用光面爆破,墙部采用预裂爆破,核心掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术,以尽可能减轻对围岩扰动,充分利用围岩自有强度维持隧道的稳定性,有效地控制地表沉降,控制隧道围岩的超欠挖,达到良好的轮廓成型。

3 爆破方案

3.1 开挖方案

      主隧道采用CRD法施工,爆破顺序为A→B→C→D。施工过程中,炮孔位置依据岩体保留情况做适当调整。炮孔布置如图1所示。

3.2 周边眼爆破

      根据本工程地质条件及结构断面,开挖方案决定采用拱部光面爆破,墙部预裂爆破。

3.3 最大段允许装药量

      最大段允许用药量以允许爆破震动速度来控制,由萨道夫斯基公式进行计算:

      其中,Q为最大一段允许用药量,kg;V为震带安全控制标准,cm/s;R为爆源中心到震速控制点距离,m;K为与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数;α为爆破震动衰减指数。

3.4 掏槽形式的选定

      由于一般情况下,掏槽爆破的地震动强度比其他部位炮眼爆破时的地震动强度都大,因此从减震出发,选用适于减震的楔形掏槽形式。

3.5 爆破器材

      由于广州地下水丰富,炸药采用乳化油炸药,周边眼爆破采用专用光爆炸药,引爆雷管采用非电毫秒雷管,起爆雷管采用电雷管。

3.6 合理的段间隔时差

      有关实测资料表明:在软弱围岩中爆破震动频率比较低,一般在100 Hz以下;纵向、横向震动持续时间大时,可达到200 ms左右,垂直向可达100 ms左右。为避免震动强度叠加作用,导爆管采取跳段使用,为尽量避免震动波形叠加,段间隔时差控制为100 ms。

3.7 循环进尺的选定

      循环进尺根据地质条件及进度安排确定。结合本工程地质条件、工期要求及施工方法确定循环进尺为0.75 m,采用浅眼爆破,不仅控制一次爆破总用药量,也控制了段用药量,可以达到减震仅对围岩扰动的控制。

3.8 装药结构

      周边眼装药结构视地质情况灵活选用不同的形式:岩层比较破碎时,采用双传爆线结构;中等岩层采用竹片,传爆线,小直径药卷间隔不耦合装药结构,底部药量适当加强;较为完整的岩层,可采用专用小直径光爆炸药的连续装药结构。上述装药结构均用炮泥堵塞,其他炮眼结构装药均采用连续装药结构。其堵塞要求将炮泥堵在与装药相接的部位,实践证明这种堵塞方法比堵在眼口的爆破效果好。本工程地下隧道开挖爆破工程设计均依据上述方法及参数布孔设计,采用分段微差起爆技术。每段最大爆破药量以周围结构安全允许震动速度指标控制。

3.9 底板眼的爆破与起爆顺序

      底板眼的爆破,传统的习惯做法是加大装药量,并且最后同时起爆,以达到翻渣的目的,便于出渣。而爆破震动观测说明,隧道爆破产生的地震动强度除掏槽眼最大外,其次是底板眼爆破。

      有时底板眼爆破产生的地震动强度最大,从保护围岩稳定的角度来看是不合理的。为此,将底板眼分成几个段分开起爆,这样可以减少底板眼同段起爆,共同作用的装药量。改变底板眼抵抗线方向,从而减小底板眼爆破产生的地震动强度。

3.10 爆破参数的选定

      爆破参数的选取方法主要有工程类比法、计算法及现场试验法,本工程在参数选取过程中综合运用前两种方法,并在以后施工中根据现场试验调整。具体参数见表1。

4 爆破震动监测

      通过监测,掌握爆破对已施工支护结构及地表建筑物的影响程度,用以修改钻爆设计,控制超、欠挖及维护隧道内外环境稳定。

      测点分别设在拱顶及拱脚以下1 m处,洞内监测时,测点距掌子面的距离一般以爆破后飞石不损坏测点为原则。洞外监测时,一般所测均为隧道附近建筑物上通过监测能真实反映其震动情况的地方。本站附近较重要和需保护的建筑物,每处布置四个测点。

      监测前,将传感器编号固定在规定的测振仪中,并配合固定的振子,然后在标定振动台上进行标定,作出振子跳高和速度的标定曲线。传感器、放大器槽路和振子在监测中不得互换,以提高量测精度。每隔一段时间后,要重新对该系统进行标定,检查其是否发生变化,以便修正。抗震性能越强,防干扰性能越好,量测数据就越精确、稳定。当掌子面爆破后得到记录曲线,量取曲线中最大震幅,由标定曲线可得出最大震速,要求最大震速不得超过2.0 m/s。

5 爆破实际效果

      采用微震控爆技术,周边轮廓尺寸符合设计要求,超欠挖控制在10 cm以内,炮孔利用率达95%,平均炸药单耗小于0.98 kg/m3,虽然围岩软弱,但光爆半孔率仍达70%以上,地表测得的最大质点震速为0.949 mm/s,洞内初期支护无开裂变形,地下管线完好无损,顺利地完成该区段的隧道施工。

 

参考文献:

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