大直径螺旋掏槽爆破施工技术应用

大直径螺旋掏槽爆破施工技术应用

摘要：本文以重庆市轨道交通三号线工贸站及相邻区间工程为例，针对隧道顶部距工贸大楼基础最近3m，埋深最大18m情况，通过大直径水平机械掏槽形成一个大的爆破临空面，即第二自由面，在爆炸时围岩沿着“第二自由面”破碎、开裂、移动，有效减弱爆破冲击峰值、减低爆破震动，有效保护隧道围岩，达到精细控制爆破的目的。

关键词：大直径螺旋掏槽；毫秒延时雷管；监控；超大断面

1、前言

城市浅埋暗挖硬岩大断面隧道，在我国隧道建设史上并不多见，随着城市建设的不断发展，地面空间已不能满足城市功能的要求，地下空间的开发利用已越来越显示出它的优越性。重庆市轨道交通三号线工贸站位于重庆市南岸区工贸大厦及裙楼下部，埋深10～18m，开挖高度为19.6m，开挖宽度为22m，开挖断面积为370m2。具有典型的城市浅埋硬岩大断面隧道的特点及施工难度。

因隧道顶部工贸大楼建设年代早，年久失修，内部多处裂缝，且基础最近距隧顶仅只有3m，设计要求爆破震速必须小于1.5cm/s。本工程通过实践，探索出一种既保证开挖安全，又实现开挖速度及效益的改进措施，供以后类似工程参考。

2、工程地质及设计概述

该工程在区域构造上隶属于重庆向斜西翼，岩层产状115O∠9O，区内无断层，地质构造简单。场区主要发育两组节理，其产状大致为：Jl:345O∠75O～80O，裂隙面平直，无

充填，间距1～2m，一般呈闭合状，邻近斜坡边缘卸荷张开，可达5～10mm；J2:290O∠80O，裂隙而平直，无充填，间距1～4m，一般呈闭合状，节理属硬性结构面，结合一般～良好。顶板为砂岩，最大埋深18m，侧壁上部为砂岩，下部为砂质泥岩，岩体完整，围岩自稳性好。砂岩主要岩土参数：重度25.1kN/m3，饱和抗压强度30.2MPa，c=1122kPa，f=44.1°，弹性模量2487MPa，摩擦系数0.5，地基承载力2040kPa(按砂质泥岩考虑)，砂质泥岩弹性抗力系数400MPa/m。

整个车站隧道施工采用双侧壁导坑分台阶施工方法，分部开挖闭合，通过合理转换工序，将小洞扩为大洞。隧道开挖采用大直径螺旋掏槽技术，在隧道的周边增加减震孔隔孔装药，减轻爆破震动的危害，并保持围岩的稳定。双侧壁导坑分台阶施工的两侧导坑错开15m以上。

3、大直径螺旋掏槽的原理及优点

3.1 大直径螺旋掏槽的原理通过大直径水平机械掏槽（65cm水平掏芯）形成一个大的爆破临空面，即第二自由面，在爆炸时围岩沿着“第二自由面”破碎、开裂、移动。在爆破过程中的减振作用原理主要体现在以下两个方面：

开创“第二自由面”，供岩石破碎、膨胀和移动的空间。在爆炸时围岩沿着“第二自由面”破碎、开裂、移动，减小破碎、移动围岩的阻力，单段药量爆破范围扩大（即破岩应力范围扩大），单段药量对周边岩体的峰值振动范围大，爆破振动影响就减小，爆破质点振动速度也就越小，从而提高爆破效果，并能很好地控制爆破质点振动速度。具体见图1大直径螺旋掏槽。

隔开大直径两侧爆破地震波和冲击波的叠加。大直径水平掏槽孔左右两侧炮孔爆炸

时，由于掏槽孔的存在，彼此之间的地震波和冲击叠加机率减小或者叠加被错开，减小了地震波和冲击波对隧道围岩破坏，减小对地表周边建筑物的影响。剩余部分的大直径掏槽孔还可以减弱爆破冲击波。3.2大直径螺旋掏槽与传统爆破的区别及优点本工法与常规爆破相比，在高层建筑物、文物建筑按规范和设计只能采用机械开挖的隧道可以实现爆破开挖，不仅避免了施工对高层、文物建筑的不利影响，而且极大地缩短了工期，降低了施工成本。本工法结合光面爆破、减振爆破技术，减少了超欠挖，减少材料浪费，提高立架效率、减少喷射时间，不仅提高施工作业效率，而且提高经济效益。本工法较好地解决了城市高商业繁华地段中浅埋隧道爆破开挖控制振动速度的难题，实现开挖工艺规范、安全、高效和高质量的综合目标，推动了城市控制爆破施工的精细化，解决了闹市区爆破“扰民”的问题。

4、爆破钻爆设计及参数选定根据隧道岩质情况及本隧道周围环境特殊性，本工程依据《爆破安全规程》，拟采取大直径螺旋掏槽的爆破方法，施工过程中通过监测结果并结合爆破效果检查、地质变化情况，适当调整爆破参数，以求达到安全、经济和最佳爆破效果的目标。

4.1 单段药量的确定

本工程采取经验公式Qm=R3(VKp/K)3/a，并以设计要求的爆破垂直震速控制在1.5cm/s以下，反推处埋深18m时的最大药量，为降低爆破震速，开挖循环控制在0.8m～1m。

4.2 炸药品种及装药结构

掏槽眼和辅助炮孔：采用乳化炸药，Φ32mm直径药卷连续装药，非电毫秒雷管起

爆。周边眼：光爆眼用Φ25mm直径药卷间隔装药，非电毫秒雷管起爆。

4.3 炮眼数目及单面体积药量确定根据工程地质条件，因该处隧道顶板为砂岩、中部为泥岩，根据爆破安全规程，单位耗药量为0.7kg/m3，每平方米炮眼数量为2.1个。

4.4 掏槽的方式为解决中心掏槽药量过程造成震动过大的问题，该工程采取大直径螺旋掏槽的方式

4.5单眼药量的确定

炮眼装药均可按照公式计算：

q=K·a·ω·L·λ （1）

q———单眼装药药量（kg）；

k———炸药单耗（kg/m3）;

a———炮眼间距（m）；

ω———炮眼爆破方向的抵抗线（m）

λ———炮眼部位系数

4.6雷管类型及起爆网路

采用导爆管网路与导爆索混合网路。首先起爆掏槽眼，其次起爆辅助眼，再次起爆周边眼，最后起爆底眼：最大段起爆炸药量控制在安全震动允许的范周内。选用非电毫秒雷管为起爆器材，段别为1～20段奇数段；低段位雷管跳段使用，塑料导爆管(脚线)长6.0m，网路采用并簇联方式。

5、监控量测

由于围岩的复杂性，目前还不能找到一个计算公式准确计算实际情况，因此在爆破施工过程中必须采取现场爆破监控的手段，收集爆破震动数据，再根据收集到的爆破参数，调整爆破参数，指导下一步施工。

爆破震动对建筑物的影响的监控：根据多次检测震动波形分析，该爆破设计没有出现波峰叠加的现象，微差爆破起到了良好的减震作用，并通过波形图分析，大直径螺旋掏槽很好地解决了中心掏槽时引起的爆破震动过大的问题；并根据监测的数据整理得出：在整个爆破期间除个别因人为操作不当造成个别爆速达到2.0cm/s外，基本控制在1.5cm/s以下，对该隧道顶部建筑物未产生大的影响。从爆破的检测结果看，爆破震速基本符合设计要求。

爆破效果的检查：从整体爆破效果检查上看，大直径螺旋掏槽及减震爆破的实施，加大了炮眼利用率，实现了很好的光面爆破效果，超前、欠挖基本满足《铁路隧道施工技术规范》要求。

6、结论

在城市超大浅埋隧道且上部分布有大量的楼层时，通过大直径螺旋掏槽及光面爆破，

少装药、短进尺、分区启爆破，可以很好地控制爆破震速，保障上部建筑物的安全，同时通过过程的监控适时调整爆破参数，既可以满足施工进度要求，又可以实现很好的经济效益。

参考文献：

[1]唐果良，黄伦海.城区浅埋大断面隧道减震爆破技术[J].建筑与工程学报.2009，(5).

[2]张满帆.城市浅埋小径距地铁隧道减震爆破技术[J].低温建筑技术.2010，(2).