暗挖礦山法隧道減震爆破技術(shù)

暗挖礦山法隧道減震爆破技術(shù)

1工程概況

廣州市軌道交通三號(hào)線【廣州東站～林和西站】暗挖區(qū)間分為左右兩線隧道，折合單線長(zhǎng)度1676.99延米，隧道埋深9.2～27m，局部埋深5.0m。隧道穿越處圍巖以紅層全風(fēng)化至紅層微風(fēng)化粉砂巖為主，拱部多處于土、石交界地層，施工中圍巖變化頻繁。

該段地形平坦，地表為林和西路，交通繁忙。線路兩側(cè)基本為多層和高層建筑物，起始端35m位于東站站廳層下方，終點(diǎn)左線45m緊鄰中信大廈，東側(cè)中間地段均為公共綠地；西側(cè)建筑較多，主要建筑有廣州東站建筑群、景星酒店、中水廣場(chǎng)、電力制定院、中信廣場(chǎng)等。

2減震開(kāi)挖方案

2.1鉆爆技術(shù)要點(diǎn)

本區(qū)間隧道洞身穿越處主要為中、微風(fēng)化巖層，需要爆破開(kāi)挖。但鉆爆開(kāi)挖必須合計(jì)以下技術(shù)要點(diǎn)：

2.1.1鉆爆開(kāi)挖時(shí)，要防止爆破震動(dòng)引起上方軟弱地層的坍塌，危及施工安全和地面安全。

2.1.2由于本主體暗挖隧道左、右線間距較小,隧道之間巖墻體厚度最小間距為7.0m，因此，先行開(kāi)挖的隧道易受后開(kāi)挖隧道爆破震動(dòng)的影響，甚至破壞。

2.1.3隧道埋深淺，距離建筑物過(guò)近，鉆爆施工易對(duì)地面建筑物及地下建、構(gòu)筑物產(chǎn)生震動(dòng)影響，甚至破壞。

為避免震動(dòng)對(duì)地面建筑物的危害，采納減震、光面爆破。爆破作業(yè)遵循淺孔密布的原則：少裝藥，短進(jìn)尺，多循環(huán)、分臺(tái)階開(kāi)挖。左右線隧道同時(shí)施工時(shí)，嚴(yán)格控制光爆層的厚度、炮眼間距和裝藥量，盡可能的減少對(duì)地表建筑和周邊地層的擾動(dòng)。并先行一條隧道，后行隧道爆破開(kāi)挖時(shí)，盡可能的減少對(duì)先行隧道已成結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。故爆破方案如下：

2.2減震開(kāi)挖方案

2.2.1臺(tái)階法開(kāi)挖爆破

當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)為上斷面松軟下斷面堅(jiān)硬時(shí)，上斷面采納人工開(kāi)挖，開(kāi)挖出上臺(tái)階臨空面，下斷面采納松動(dòng)爆破開(kāi)挖。

每次爆破進(jìn)尺不超過(guò)1m，臺(tái)階法施工每次爆破進(jìn)尺控制在0.75m左右。掏槽區(qū)炮眼深度控制在0.7～1.2m左右，每炮循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～1.0m左右?？刂茊味嗡幜?，控制爆破規(guī)模以達(dá)到控制質(zhì)點(diǎn)振速的目的。在圍巖較好的地段，在保證地面安全的狀況下，可以將隧道下斷面每炮循環(huán)進(jìn)尺控制在1～1.5m，以保證施工工期。

2.2.2預(yù)留光面層的光面爆破

在對(duì)振速有嚴(yán)格要求地段,如與東站商業(yè)廣場(chǎng)緊鄰地段，為了控制振速及保證成形質(zhì)量，均采納預(yù)留光爆層實(shí)現(xiàn)光面爆破技術(shù)。

2.2.3光面爆破結(jié)合松動(dòng)爆破

廣林區(qū)間靠近林和西站側(cè)，地表埋深僅有7.0～10.0m，圍巖破碎，土石混雜，人工開(kāi)挖困難，且左線靠近中信廣場(chǎng)側(cè)局部為建筑基坑回填土。為減輕震動(dòng)及噪音，上斷面采納機(jī)械配合人工開(kāi)挖，下斷面采納光面爆破結(jié)合松動(dòng)爆破的爆破開(kāi)挖形式。

2.3爆破技術(shù)措施

爆破震動(dòng)強(qiáng)度主要與爆破器材、巖石波阻抗、地形地貌條件、爆破方式及爆心與震動(dòng)測(cè)點(diǎn)的間距等因素有關(guān)，因此，降低爆破震動(dòng)將從以下幾個(gè)方面入手：

2.3.1選擇合理的炸藥品種。炸藥品種與炸藥的爆破震動(dòng)速度有直接影響，依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，本工程施工中采納在掏槽眼和輔助眼部位選用防水效果好的乳化炸藥，在周邊眼部位選用小直徑低爆速的光爆炸藥。

2.3.2選擇合理的雷管起爆時(shí)差。制定爆破網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差，孔外同段的非電微差起爆技術(shù)。導(dǎo)爆管一般跳段使用，使段間間隔時(shí)間大于50ms，防止地震波相疊加而產(chǎn)生較大的震動(dòng)。

2.3.3選擇合理的掏槽形式。掏槽是隧道爆破成敗的關(guān)鍵，也是產(chǎn)生最大爆破震動(dòng)速度的主要震源。為了達(dá)到減震的目的，選用楔形+密排監(jiān)控眼混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易拋擲和減震作用與貫穿掏槽的貫穿臨空面來(lái)最大限度地減輕地震動(dòng)。

2.3.4選擇合理的鉆爆參數(shù)。依據(jù)開(kāi)挖斷面的大小、部位、工程地質(zhì)狀況、周邊環(huán)境條件等，選擇合理的炮眼深度、間距、掏槽形式、裝藥量、起爆順序等鉆爆參數(shù)，炮眼采納線形布孔、線形起爆，注意提升裝藥質(zhì)量和炮口堵塞質(zhì)量，達(dá)到減震、提效的預(yù)期目的。

2.3.5確定單段最大裝藥量

單段最大裝藥量依據(jù)爆破振速的大小確定。

控制基準(zhǔn)按規(guī)范中規(guī)定的對(duì)地面建筑爆破垂直振速同意值控制：

砼或鋼筋砼結(jié)構(gòu)：2.5cm/s；

一般磚石結(jié)構(gòu)：1.5cm/s；

磚砌平房：0.8～1.0cm/s。

針對(duì)本隧道的實(shí)際狀況，我們制定的爆破振速基準(zhǔn)為：

地面建筑物的爆破振速：2.0cm/s；

后開(kāi)挖隧道爆破引起的先開(kāi)挖隧道襯砌內(nèi)的爆破振速：5.0cm/s。

最小爆距確實(shí)定為極大限度地減輕對(duì)四周地層的擾動(dòng)，盡量減少擾民。結(jié)合現(xiàn)有資料，并積極向業(yè)主、制定院等單位咨詢，并經(jīng)實(shí)地勘踏調(diào)查，初步掌握區(qū)間隧道重要控制建筑及地下建筑距隧道的最小距離，并依此來(lái)確定最小爆距。以地面建筑物基礎(chǔ)底部〔或地面〕至爆源中心的距離為安全控制半徑，并以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度限值作為控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行反算各部分所同意的單段用藥量。

單段最大裝藥量依據(jù)薩氏公式V=K〔Q1/3/R〕，依據(jù)廣州市公安治安處編制的《爆炸物品管理措施法規(guī)匯編》的規(guī)定，并依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合地層地質(zhì)狀況，選取適當(dāng)K、α值。利用公式[Vmax]=K〔Q1/3/R〕，反算出所同意單段最大裝藥量Q，并在施工中不斷依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及爆破效果來(lái)調(diào)整單段裝藥量，或依據(jù)爆破漏斗試驗(yàn)來(lái)調(diào)整。控制了掏槽眼爆破振速就比較容易控制其它有更多臨空面區(qū)域的爆破振速。在爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)信息反饋下可適當(dāng)增減單段藥量。

依據(jù)薩氏公式V=K〔Q1/3/R〕，由于α＞1，在K、α為常數(shù)，Q值一定的狀況下，V∝1/R，故爆破制定時(shí)掏槽區(qū)應(yīng)盡量位于底部，以加大掏槽區(qū)爆源距地表的距離，降低爆破振速。掏槽眼采納分層裝藥結(jié)構(gòu)以分散裝藥集中度，減輕震動(dòng)。

2.3.6孔內(nèi)參數(shù)。因?yàn)樗淼浪ㄟ^(guò)圍巖土、石混雜，圍巖結(jié)構(gòu)不固定，所以各種斷面炮眼布置及鉆爆制定參數(shù)確實(shí)定得依據(jù)實(shí)際狀況來(lái)確定。

2.3.7光爆技術(shù)。在對(duì)振速有嚴(yán)格要求地段如：與東站商業(yè)廣場(chǎng)緊鄰地段，為了控制振速及保證成形質(zhì)量，采納預(yù)留光爆層實(shí)現(xiàn)光面爆破技術(shù)。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)為空氣間隔裝藥，采納專用光爆藥卷。在軟弱圍巖或圍巖破碎段，周邊眼采納隔眼裝藥，以盡可能減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)。

2.3.8起爆順序。掏槽眼→掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→上臺(tái)眼→周邊眼→底板眼。

3爆破作業(yè)方法

3.1依據(jù)測(cè)量的中線、標(biāo)高劃出開(kāi)挖輪廊線，并依據(jù)鉆爆制定標(biāo)出炮眼位置，經(jīng)檢查符合制定要求后方可鉆眼。

3.2爆破作業(yè)裝藥前應(yīng)將炮眼內(nèi)泥漿、石粉吹洗干凈，經(jīng)檢查合格后方可裝藥。方法如下：

3.2.1周邊眼采納不耦合裝藥，使爆力均勻分散炮孔壁，有利于保護(hù)圍巖；其余炮眼采納集中裝藥。

3.2.2起爆藥包位置確定：置于孔底，雷管穴能穴朝孔口，即采納底部反向起爆。假設(shè)巖體滲水或濕度大，孔底先置乳化炸藥，倒數(shù)第二個(gè)藥卷作為起爆藥包。

3.2.3堵塞長(zhǎng)度：裝藥完畢炮眼堵塞長(zhǎng)度不宜小于200mm，采納預(yù)裂爆破時(shí)，應(yīng)從藥包頂端起堵塞，不得只堵塞眼口。堵塞物為1:3配比的粘土與砂子混合而成的炮泥。

4監(jiān)測(cè)分析及小結(jié)

測(cè)點(diǎn)分析。實(shí)際爆破施工中，為了建筑物的安全，我們?cè)谏蠑嗝姹茣r(shí)分別在地表隧道中線，鄰線隧道垂直距離最近點(diǎn)，地表建筑物的基巖埋設(shè)了三對(duì)〔水平向、垂直向〕測(cè)點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。通過(guò)監(jiān)測(cè)與分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理得出以下結(jié)論：

4.1各段最大裝藥量與爆破振速的關(guān)系

為了研究最大裝藥量與爆破振速的關(guān)系，在爆破靠近廣州東站段共進(jìn)行了四次實(shí)驗(yàn)，該段圍巖牢固、地表建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的景星酒店，其中地表、鄰線〔相鄰先行隧道〕、建筑物測(cè)點(diǎn)距離均為定值，各段裝藥量亦為定值。

依據(jù)薩氏公式V=K〔Q1/3/R〕,由于該段圍巖堅(jiān)硬，K值取80，α值取1.6，用單段掏槽眼裝藥量計(jì)算各點(diǎn)振速分別為13.7，4.58，0.52cm/s，與上表實(shí)測(cè)結(jié)果非常接近。所以爆破振速只決定于只有一個(gè)臨空面的掏槽眼裝藥量。另外，普遍狀況水平向振速小于垂直向振速。

4.2掏槽眼位置與爆破振速的關(guān)系

同樣，在爆破靠近廣州東站段又進(jìn)行了2次實(shí)驗(yàn)，各種參數(shù)同上，惟有掏槽眼位置分別上移、下移各30cm。相比較可得，在距震源較近的狀況下，適當(dāng)降低掏槽眼高度，將會(huì)降低爆破振速。尤其是在爆源距離建筑物特別近〔5～10m〕的狀況下，更具適用性。

4.3質(zhì)點(diǎn)振速對(duì)建筑物及人群的影響

廣林區(qū)間在共計(jì)54次的爆破振速監(jiān)測(cè)中，有19次振速在2.0～2.5cm/s之間，有22次在1.5～2.