节能环保水压爆破技术在城市轨道交通暗挖隧道工程中的应用

马虎 何紫薇

摘 要：文章以重庆市轨道交通环线两个标段为例，介绍了节能环保水压爆破技术在复杂条件下城市浅埋硬岩暗挖隧道工程中的应用。节能环保水压爆破技术是利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，对隧道周边围岩、建筑、大气环境等的影响降到了最小程度。

关键词：城市轨道交通；浅埋大断面隧道；车站隧道；减震爆破

重庆是典型的山地组团式城市，核心区域具有因“一岛、两江、三谷、四脉”而呈现出的“多中心、组团式”的独特空间格局，重庆城市轨道交通的建设首先是跨江，其次是穿山，重要通道多靠跨江桥梁、穿山隧道进行衔接，建设难度大、成本高。自2014年10月，重庆市轨道交通（集团）有限公司在轨道交通第二轮建设规划在建线路中推广应用暗挖隧道节能环保水压爆破技术。经过集团公司推广应用，暗挖隧道的参建施工单位/标段施工单位20个中使用率达到80%以上。本文选取了环线范围的两个标段的区间典型敏感标段进行研究。

1 暗挖隧道节能环保水压爆破技术的主要特点

暗挖隧道节能环保水压爆破技术的主要特点是：利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎。炮眼中有水也可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。水压爆破周边眼装药结构示意图（如图1、图2）

通过节能环保水压爆破技术的“六个有效控制”：有效控制爆破振动在安全范围内，确保高楼大厦等建筑设施无损；有效控制爆破冲击波强度，避免市民担惊受怕，影响市民正常生活；有效控制爆破后粉尘浓度，避免污染环境；有效控制岩石爆破后的块度，解决城市地铁暗挖隧道出碴难、出碴慢的问题；有效控制爆破后掌子面前的温度，只能降温而不可升温，这对夏季尤其在重庆很有意义；有效保护拱顶围岩稳定性，光爆效果好，减小后期渗漏水隐患。

2 轨道交通工程建设的主要特点

在重庆轨道交通第二轮建设中地处重庆市繁华商业区、居民区和政府办公区，人口密集、企事业单位多、既有道路多、地下管线及设备设施较多及施工场地狭小的实际情况，施工对交通和市民工作和生活容易带来影响，而居民对环保、水保、文明施工、降噪及交通疏导要求越来越高，施工单位的施工管理难度加大、隧道施工安全与周边环境保护要求高、对地面沉降要求高、建设安全风险大、暗挖隧道防水质量要求高、周边文明环保施工要求高，鼓此施工期间必须采取技术措施以确保以上情况的在可控范围内，本地铁工程的地面建筑物、构筑物、地下管线及地面道路较多，尤其是区间隧道、车站距离既有建筑较近，施工时要将地面的沉陷值及爆破时的振速严格控制在允许范围之内，以免造成地面和地下建筑物破坏。

2.1 轨道交通建设与地面建筑的关系如下

（1）动—洪区间隧道地表涉及建筑物为财政局（5F）（见图3）。线路在CK16+370～CK16+410里程段旁穿重庆市财政局大楼，地面高程266m，隧道衬砌轮廓距桩基横向0.9m，竖向3.22m。

（2）冉—动区间隧道正上方存在多处重要的建筑物，分别有边防总队办公楼、营房、天一新城A2栋和天一新城D2栋，建筑均为桩基础，与洞顶垂直距离4.8～11.8m，相当于0.97～1.97倍洞跨。根据计算，洞室地基稳定系数0.85～1.40，隧道开挖对天一新城D2栋影响大，对边防总队办公楼、营房、天一新城A2栋影响较小（见图4）。天一新城D2栋地面标高275.06m，区间线路标高244.707m，隧道衬砌轮廓距桩基最小高度约3.78m。里程段为CK15+660～CK15+720。

（3）沙正街车站施工通道整体下穿七中及育英小学北侧地块，该区域多为20世纪70～90年代建筑，建筑物多为居民住宅楼，部分9～砼11建筑，沙正街车站及施工通道上方存在大量既有建筑，沿线周边建筑物密集为商业楼；主要受影响建筑为砖1～砖3建筑群，砖6～砖9以及砼（见图5-图9）。

2.3 轨道交通建设与地质的关系

就目前选择的试验标段中，整体地质中未见断层通过，也未发现滑坡、危岩、崩塌、泥石流等不良地质现象；也未发现采空区、岩溶、地裂缝、地面沉降、有害气体等不良地质作用。就具体标段的地质情况而言其中：

（1）冉家坝站—动步公园站区间主要穿越隧道围岩主要为溪庙组砂岩，局部地段围岩上覆岩层较薄，存在较长的Ⅴ级围岩段。

（2）动步公园站位于高新区动步公园中，西侧紧邻西湖路，北侧紧邻锦橙路，车站走向与西湖路基本一致。场地原属构造剥蚀斜坡地貌。由于人为活动改造强烈，目前地表为公园场所，总体为斜坡地形，地形坡角5°～10°，车站东侧和北侧分别为盘溪河支沟和月亮湾水塘。勘察出露的地层由上而下分别为：人工填土、粉质粘土、砂质泥岩、砂岩。

（3）动步公园站—洪湖东路站区间主要穿越隧道围岩主要为溪庙组砂岩，局部地段围岩上覆岩层较薄，围岩等级为Ⅳ级。

（4）洪湖东路站主要穿越地质围岩主要为砂质泥岩与砂岩，围岩等级为Ⅳ级。

（5）洪湖东路—民安大道车站区间主要穿越砂质泥岩与砂岩，围岩等級为Ⅳ级和Ⅲ级。

（6）沙正街站主要为构造剥蚀丘陵区，由于该地段人类活动剧烈，原始地形已不复存在，现今的地形、地貌已被后期人类改造，地势平坦。其地面高程为252～254m，相对高差约2m。经地面地质调查和钻孔揭示，勘察区出露的地层由上而下依次为第四系全新统人工填土和粘质粘土层（卵石土）、下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组砂岩和砂质泥岩，局部夹泥质砂岩。

3 现场测试

通过现场各项监测指标显示（见图12、图13），其震速监测值均在设计及规范（1.5cm/s）允许范围内，即是爆破振动速度控制在1cm/s以下。经过图3和图4的对比可知，水压爆破较常规爆破震速、震动声音明显减小，在穿越高速公路及周边建筑施工过程中，减小了爆破对周边围岩、建、构筑及居民的影响。同时，由于水袋作用，粉尘浓度降低70%以上；从而达到减震降尘效果。

减小震速的显著意义在于：采用该技术最终对周边重要建构筑物无安全影响，也提高轨道建设环境保护水平和保护施工人员及市民的健康水平。

2015年4月29日，在参建单位的见证下，在天一新城小区内暗挖隧道的掌子面正上方进行现场试验，震速最大测试值为0.37cm/s，第三方监控量测进行见证。地面有轻微震动，声音可接受范围内（约为50分贝），有一定持续时间。

4 结论

隧道爆破掘进，以往无论国内外均采取炮眼无回填堵塞，即炮眼仅仅装填药卷和起爆雷管，存在着不能充分利用炸药能量和严重污染环境等两大痼疾，是摆在人们面前的两大难题。节能环保水压爆破技术很好地解决了这两大难题。经实际应用证实了技术具有极其显著“节能环保”作用与效果，具体讲具有“三提高一保护”的作用与效果：一是提高炸药能量利用率即节省炸药；二是提高施工效率加快施工进度；三是提高经济效益降低成本；改善了作业环境保护施工人员身体健康。

参考文献

[1]纪真.节能环保水压爆破技术在铁路隧道施工中的应用简[J].施工技术，2015，（s1）：203-205.

（作者单位：重庆市轨道交通（集团）有限公司）