论文部分内容阅读
【摘 要】某城市地铁区间暗挖隧道需下穿5座居民楼建筑物，由于所穿越的建筑物较陈旧，故在此区段进行爆破课题研究攻关，采用中心成孔二次扩爆增加爆破临空面，减小单段装药量的优化方案，成功地减小爆破振速，保证了建筑物的安全，并减轻了爆破施工对于居民生活的干扰。
【关键词】穿越楼群 中心成孔 二次扩爆
中图分类号：TJ610.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-052-01
1 工程概况
某城市地铁区间隧道沿线隧道穿越建（构）筑物较多，5层以上的房屋有5栋。建筑物及沿线两侧楼宇，均为多层浅基础，沿线管线埋深在地面下3m以内，隧道埋深约11m～20m，主要穿过中风化带花岗岩和微风化花岗岩，上覆杂填土、强风化花岗岩上亚带、强风化花岗岩中亚带。
2 工程地质
通过钻探揭示，场区第四系厚度0.30～11.5米，主要由第四系全新统人工填土（Q4ml）、洪冲积层（Q4al+pl）及上更新统洪冲积层（Q3al+pl）组成。场区内基岩以粗粒花岗岩为主，煌斑岩、花岗斑岩呈脉状穿插其间。
（1）杂填土：层厚约1.5米，褐色，松散，稍湿；以砂土为主，夹较多量碎石、少量混凝土块。
（2）强风化上亚带：褐黄色～肉红色，矿物蚀变强烈，长石多高岭土化，部分稍具塑性，岩芯呈碎屑状。层厚0.4～13.5m。
（3）强风化下亚带：肉红色，矿物蚀变强烈，长石部分高岭土化，岩芯多为角砾～块状，手掰易碎散。层厚1.3～13.5m。
（4）中等风化带：肉红色，岩芯呈碎块状～短柱状，柱体粗糙，构造节理及风化裂隙较发育，多为高角度节理，节理面呈闭合～微张开状。层厚0.5～17m。
（5）微风化花岗斑岩：肉红色，矿物蚀变轻微，仅节理面矿物有所蚀变，节理一般发育，岩芯较完整，坚硬，锤击声脆，岩样多呈短柱状～柱状微节理发育。
3 下穿建筑物概况
4 原设计方案简述
4.1钻爆参数选择
4.1.1隧道围岩级别主要为Ⅲ级、Ⅳ级及V级，全部采用台阶法开挖，爆破进尺为0.6-1m，采用光面爆破。
4.1.2爆破器材：炸药采用Φ32乳化炸药标准药卷；雷管采用1、3、5、7～20段系列塑料导爆管毫秒雷管。
4.1.3爆破振动速度允许值按设计规定为v=2cm/s。
4.1.4掏槽形式的选择。台阶法采用复式楔形掏槽。
4.1.5辅助眼和周边眼的布置原则。周边眼按照光面爆破技术要求布眼，周边眼的外插角1度。辅助眼炮眼间距和排距按照类似工程参考值取值。
4.1.6装药结构和填塞。掏槽眼和辅助眼采用不耦合连续装药，周边眼采用不耦合间隔装药，炮孔的填塞长度为40cm。
4.1.7起爆顺序和方法。光面爆破先起爆掏槽眼，后按顺序起爆辅助眼和周边眼。采用起爆针起爆方式。
4.2 III、IV及V级围岩下穿建筑物钻爆设计
4.2.1最大单段装药量计算。按萨道夫斯基公式进行单段装药量计算：
Q=R3（v/k）3/α
Q-最大单段装药量，kg；
R-爆源中心至被保护建筑物的最小距离，m；
V-保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；
K、α-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。
爆区不同岩性的K，α值。见下表。
4.2.2钻爆参数
4.2.3 该方案测试震速波形图见图4。
图4 原方案振带波形图
4.2.4此方案缺点：
（1）爆破震速过大，平均达到2.0cm/s，地面震感强烈；
（2）超欠挖较难控制，拱顶部位超挖较大；
（3）爆破后的石渣有较大的石头，对于小型挖机出渣影响较大，需要打眼爆开，增加后续工作；
（4）拱脚部位经常欠挖，需要补炮，增加爆破时间。
分析：此方案段位较少，单段装药量较大，导致爆破震速过大，超出居民的接受范围，民扰问题较为尖锐，改进爆破方案刻不容缓。
5 优化方案简述
5.1中空大直径中空孔直眼掏槽
采取地质钻机，钻眼直径为150mm，每次钻眼深25米。在中空直眼四周各布正方形炮眼4个，小正方形为0.5m×0.5m，大正方形为1m×1m。由一个大直径中空直眼及其周边的8个炮眼组成了中空大直径直眼掏槽形式。在中空直眼掏槽之外，辅助眼炮眼深1.0-1.3m。见图5“中空大直径直眼掏槽示意图”。
下穿建筑物段上台阶爆破施工分两次进行爆破，第一次为中空孔掏槽爆破周边眼和辅助眼不装药，第二次为扩爆，在第一次掏槽爆破施工完成后进行扩爆装药和爆破。
5.2 上台阶炮孔布置和装填系数
5.2.1上台阶炮孔布置图
5.2.3方案控制参数
单段最大装药量根据爆破震速的大小确定。
对地面建筑爆破震速允许值控制：（下转55页）
（接上53页）建筑物爆破垂直振速允许值
考虑隧道上方建筑物年代较旧，我们制定的爆破震速基准为：爆破震速为1.0cm/s。
（1）最大段发装药量验算。按萨道夫斯基经验公式进行验算：
Qmax=[R（V/k）1/α]3
式中：V — 震速控制值1.0cm/s
R — 爆源中心到震速控制点的距离上台阶取17m，下台阶取20m
Q — 最大段发装药量
k — 与介质特性、爆破方式、爆破条件等因素有关的系数，根据以往经验取K = 150 α— 与传播途径、地质、距离、地形等因素有关的系数1.5～1.8，取1.8
代入上式得该处最大段发药量为
Q上max = [17×（1.0/150）1/1.8]3=1.16kg
Q下max = [20×（1.0/150）1/1.8]3=1.89kg
设计最大段发药量上台阶0.9kg，下台阶1.35kg，没有超过安全验算药量，安全。
（2）爆破引起地面质点震动速度验算（V）。考虑隧道上方建筑物年代较旧，我们制定的爆破震速基准为：爆破震速为1.0cm/s。
进行验算如下：V = K×（Q1/3/R） α
式中：V — 爆破引起的震速1cm/s
R — 爆源中心到震速控制点的距离上台阶取17m，下台阶取20m
Q — 最大段发装药量，爆破设计最大段发药量上台阶0.9kg，下台阶1.35kg
k —与介质特性、爆破方式、爆破条件等因素有關的系数，根据以往经验取K = 150
α— 与传播途径、地质、距离、地形等因素有关的系数，取1.8
将上述参数值代入式中得：
V上 = 150×[（0.9）1/3 /17] 1.8
≈0.858cm/s <1.0cm/s
V下 = 150×[（1.35）1/3 /20] 1.8
≈0.817cm/s <1.0cm/s 所以震速安全。
5.2.4震速波形图
图8 优化方案测试震速波形图
5.2.5方案特点
（1）振速控制：按照“拉大控制最大震速段位爆破的时间差，对不控制最大震速的段位不严格控制其最大单段装药量”的设想，使震速完全控制在1.0cm/s以下，地面震感完全达到了居民可以接受的范围。据分析，拉大掏槽眼的时间差，就最大程度上避免了各个段位震波重合叠加的可能，周边单段装药量虽大，但其爆破时已有了充分的凌空面，从而很好的控制的最大震速。
超欠挖控制：方案因地制宜，将周边眼间距调整为40mm～50mm，根据青设计情况：Ⅳ级、Ⅳ级加强、Ⅴ级及Ⅵ级围岩均在拱部120°范围内加设超前小导管，而Ⅲ级围岩可将径向锚杆改为超前锚杆，对围岩起到了剪切作用，亦能很好的控制超欠挖。
（3）拱脚欠挖现象：将两侧拱脚的两个炮眼最后单段起爆，并增大其装药量，拱脚欠挖现象得以彻底解决。
6 成果与展望
为了确保在穿越时万无一失，在正式进入下穿段前，项目部结合了专家的意见进行了数次试验，从进尺上逐渐加大到预设深度，结合试验中在爆破振速和实际施工遇到的问题，做了数次细微调整，最终做出了如上优化。
考虑到中心直眼掏槽会遮盖住已打好的底板眼，特将掏槽下方的底板眼合入掏槽阶段。实施中发现掏槽阶段临空面相对较小，较容易超速或是开挖效果不理想，特将掏槽阶段开挖石方量减少，以使提高该阶段单耗，保证控制震速与爆破质量。经多次优化后，经实际施工过程中检测结果表明，地表爆破振速已成功由2.0cm/s指标压缩到1.0cm/s以下，实际施工过程中从居民的反映中也了解到对于这种程度的震动可以接受，保证了连续正常的施工进度，也为类似工程施工提供了借鉴。
相信在地铁发展如此迅速的今天，中空大直径直眼掏槽以其安全和低干扰的特性将会在城市建设中得到更多更广泛的应用。
【关键词】穿越楼群 中心成孔 二次扩爆
中图分类号：TJ610.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-052-01
1 工程概况
某城市地铁区间隧道沿线隧道穿越建（构）筑物较多，5层以上的房屋有5栋。建筑物及沿线两侧楼宇，均为多层浅基础，沿线管线埋深在地面下3m以内，隧道埋深约11m～20m，主要穿过中风化带花岗岩和微风化花岗岩，上覆杂填土、强风化花岗岩上亚带、强风化花岗岩中亚带。
2 工程地质
通过钻探揭示，场区第四系厚度0.30～11.5米，主要由第四系全新统人工填土（Q4ml）、洪冲积层（Q4al+pl）及上更新统洪冲积层（Q3al+pl）组成。场区内基岩以粗粒花岗岩为主，煌斑岩、花岗斑岩呈脉状穿插其间。
（1）杂填土：层厚约1.5米，褐色，松散，稍湿；以砂土为主，夹较多量碎石、少量混凝土块。
（2）强风化上亚带：褐黄色～肉红色，矿物蚀变强烈，长石多高岭土化，部分稍具塑性，岩芯呈碎屑状。层厚0.4～13.5m。
（3）强风化下亚带：肉红色，矿物蚀变强烈，长石部分高岭土化，岩芯多为角砾～块状，手掰易碎散。层厚1.3～13.5m。
（4）中等风化带：肉红色，岩芯呈碎块状～短柱状，柱体粗糙，构造节理及风化裂隙较发育，多为高角度节理，节理面呈闭合～微张开状。层厚0.5～17m。
（5）微风化花岗斑岩：肉红色，矿物蚀变轻微，仅节理面矿物有所蚀变，节理一般发育，岩芯较完整，坚硬，锤击声脆，岩样多呈短柱状～柱状微节理发育。
3 下穿建筑物概况
4 原设计方案简述
4.1钻爆参数选择
4.1.1隧道围岩级别主要为Ⅲ级、Ⅳ级及V级，全部采用台阶法开挖，爆破进尺为0.6-1m，采用光面爆破。
4.1.2爆破器材：炸药采用Φ32乳化炸药标准药卷；雷管采用1、3、5、7～20段系列塑料导爆管毫秒雷管。
4.1.3爆破振动速度允许值按设计规定为v=2cm/s。
4.1.4掏槽形式的选择。台阶法采用复式楔形掏槽。
4.1.5辅助眼和周边眼的布置原则。周边眼按照光面爆破技术要求布眼，周边眼的外插角1度。辅助眼炮眼间距和排距按照类似工程参考值取值。
4.1.6装药结构和填塞。掏槽眼和辅助眼采用不耦合连续装药，周边眼采用不耦合间隔装药，炮孔的填塞长度为40cm。
4.1.7起爆顺序和方法。光面爆破先起爆掏槽眼，后按顺序起爆辅助眼和周边眼。采用起爆针起爆方式。
4.2 III、IV及V级围岩下穿建筑物钻爆设计
4.2.1最大单段装药量计算。按萨道夫斯基公式进行单段装药量计算：
Q=R3（v/k）3/α
Q-最大单段装药量，kg；
R-爆源中心至被保护建筑物的最小距离，m；
V-保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；
K、α-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。
爆区不同岩性的K，α值。见下表。
4.2.2钻爆参数
4.2.3 该方案测试震速波形图见图4。
图4 原方案振带波形图
4.2.4此方案缺点：
（1）爆破震速过大，平均达到2.0cm/s，地面震感强烈；
（2）超欠挖较难控制，拱顶部位超挖较大；
（3）爆破后的石渣有较大的石头，对于小型挖机出渣影响较大，需要打眼爆开，增加后续工作；
（4）拱脚部位经常欠挖，需要补炮，增加爆破时间。
分析：此方案段位较少，单段装药量较大，导致爆破震速过大，超出居民的接受范围，民扰问题较为尖锐，改进爆破方案刻不容缓。
5 优化方案简述
5.1中空大直径中空孔直眼掏槽
采取地质钻机，钻眼直径为150mm，每次钻眼深25米。在中空直眼四周各布正方形炮眼4个，小正方形为0.5m×0.5m，大正方形为1m×1m。由一个大直径中空直眼及其周边的8个炮眼组成了中空大直径直眼掏槽形式。在中空直眼掏槽之外，辅助眼炮眼深1.0-1.3m。见图5“中空大直径直眼掏槽示意图”。
下穿建筑物段上台阶爆破施工分两次进行爆破，第一次为中空孔掏槽爆破周边眼和辅助眼不装药，第二次为扩爆，在第一次掏槽爆破施工完成后进行扩爆装药和爆破。
5.2 上台阶炮孔布置和装填系数
5.2.1上台阶炮孔布置图
5.2.3方案控制参数
单段最大装药量根据爆破震速的大小确定。
对地面建筑爆破震速允许值控制：（下转55页）
（接上53页）建筑物爆破垂直振速允许值
考虑隧道上方建筑物年代较旧，我们制定的爆破震速基准为：爆破震速为1.0cm/s。
（1）最大段发装药量验算。按萨道夫斯基经验公式进行验算：
Qmax=[R（V/k）1/α]3
式中：V — 震速控制值1.0cm/s
R — 爆源中心到震速控制点的距离上台阶取17m，下台阶取20m
Q — 最大段发装药量
k — 与介质特性、爆破方式、爆破条件等因素有关的系数，根据以往经验取K = 150 α— 与传播途径、地质、距离、地形等因素有关的系数1.5～1.8，取1.8
代入上式得该处最大段发药量为
Q上max = [17×（1.0/150）1/1.8]3=1.16kg
Q下max = [20×（1.0/150）1/1.8]3=1.89kg
设计最大段发药量上台阶0.9kg，下台阶1.35kg，没有超过安全验算药量，安全。
（2）爆破引起地面质点震动速度验算（V）。考虑隧道上方建筑物年代较旧，我们制定的爆破震速基准为：爆破震速为1.0cm/s。
进行验算如下：V = K×（Q1/3/R） α
式中：V — 爆破引起的震速1cm/s
R — 爆源中心到震速控制点的距离上台阶取17m，下台阶取20m
Q — 最大段发装药量，爆破设计最大段发药量上台阶0.9kg，下台阶1.35kg
k —与介质特性、爆破方式、爆破条件等因素有關的系数，根据以往经验取K = 150
α— 与传播途径、地质、距离、地形等因素有关的系数，取1.8
将上述参数值代入式中得：
V上 = 150×[（0.9）1/3 /17] 1.8
≈0.858cm/s <1.0cm/s
V下 = 150×[（1.35）1/3 /20] 1.8
≈0.817cm/s <1.0cm/s 所以震速安全。
5.2.4震速波形图
图8 优化方案测试震速波形图
5.2.5方案特点
（1）振速控制：按照“拉大控制最大震速段位爆破的时间差，对不控制最大震速的段位不严格控制其最大单段装药量”的设想，使震速完全控制在1.0cm/s以下，地面震感完全达到了居民可以接受的范围。据分析，拉大掏槽眼的时间差，就最大程度上避免了各个段位震波重合叠加的可能，周边单段装药量虽大，但其爆破时已有了充分的凌空面，从而很好的控制的最大震速。
超欠挖控制：方案因地制宜，将周边眼间距调整为40mm～50mm，根据青设计情况：Ⅳ级、Ⅳ级加强、Ⅴ级及Ⅵ级围岩均在拱部120°范围内加设超前小导管，而Ⅲ级围岩可将径向锚杆改为超前锚杆，对围岩起到了剪切作用，亦能很好的控制超欠挖。
（3）拱脚欠挖现象：将两侧拱脚的两个炮眼最后单段起爆，并增大其装药量，拱脚欠挖现象得以彻底解决。
6 成果与展望
为了确保在穿越时万无一失，在正式进入下穿段前，项目部结合了专家的意见进行了数次试验，从进尺上逐渐加大到预设深度，结合试验中在爆破振速和实际施工遇到的问题，做了数次细微调整，最终做出了如上优化。
考虑到中心直眼掏槽会遮盖住已打好的底板眼，特将掏槽下方的底板眼合入掏槽阶段。实施中发现掏槽阶段临空面相对较小，较容易超速或是开挖效果不理想，特将掏槽阶段开挖石方量减少，以使提高该阶段单耗，保证控制震速与爆破质量。经多次优化后，经实际施工过程中检测结果表明，地表爆破振速已成功由2.0cm/s指标压缩到1.0cm/s以下，实际施工过程中从居民的反映中也了解到对于这种程度的震动可以接受，保证了连续正常的施工进度，也为类似工程施工提供了借鉴。
相信在地铁发展如此迅速的今天，中空大直径直眼掏槽以其安全和低干扰的特性将会在城市建设中得到更多更广泛的应用。