海陆交互地层盾构孤石爆破法处理方案研究

吴美强

(中铁十七局集团第六工程有限公司 福建福州 350014)

0 引言

为了解决市内交通拥挤状况，诸多大中型城市都开展了城市轨道交通建设。从目前国内地铁建设情况来看，盾构是一种比较常用的施工方法，但是土层中的孤石会使得盾构施工处于停顿状态。对于孤石的处理，王鹏华分析了盾构隧道施工中的孤石处理方法，总结了各项目孤石处理的成功经验和失败教训，得出了不同地质条件和不同工况条件下有效的孤石处理技术，爆破法就是其中比较有效的一种方法[1]。吴载清专门针对跨海盾构区孤石问题进行了爆破参数设计、爆破方案实施等研究[2]。陈宽义就针对孤石群设计了深孔爆破，给出了爆破参数，建立了孤石爆破破碎块控制模型，取得了良好的效果[3]。肖建辉等专门对浅埋盾构隧址区孤石爆破预处理方案与钻孔参数设计进行了研究[4]。王彦红针对复杂地质条件下孤石深孔爆破控制技术进行了研究[5]。由此可以看出，爆破法可以较好地适应各种情况下孤石的处理。

厦门作为中国经济特区，于2013年11月13日正式开工建设轨道交通。由于厦门特殊的地理位置，轨道交通需要连接厦门岛与大陆区域，使得其轨道交通建设面临复杂的环境。本文结合厦门轨道交通建设，针对海陆交互地层盾构孤石爆破处理方案进行专门研究。

1 工程概况

集诚区间右线476环、526环(竖井旁)、551环(竖井后)与杏林湾水库孤石及基岩突起采用旋挖钻机处理孤石，以集诚区间右线526环(竖井旁)为例，对爆破法处理孤石在厦门地铁中的应用展开研究。

集诚区间右线526环(竖井旁)孤石所处位置工程地质自上而下情况为残积可塑状砂质粘性土、残积硬塑状砂质粘性土、全风化花岗岩、散体状强分化花岗岩，富水性强，透水性好，地质剖面如图1所示。

图1 孤石所处位置地质纵剖面图

2 孤石探测

【集美中心站～诚毅广场站】盾构区间右线YDK24+008～YDK24+026段在补勘期间发现存在对盾构掘进影响较大的中、微风化花岗岩孤石，其中孤石位于集美区集美新城的市民公园西北侧的边坡处，如图2所示。孤石西侧为该工程左线竖井，竖井壁围护桩有两根桩位于该孤石的一角(即与该孤石相连，如图3所示)。

对该孤石进行详细勘探，孤石沿盾构掘进轴线方向长度约17.88m，宽度10.96m，布满盾构掘进横断面(盾构掘进断面宽度6.48m)，厚度8.05m，其中对盾构掘进产生影响的最大厚度为4.05m，需爆破的方量约700m3。横、纵断面如图4所示。

图2 孤石所处位置实景图

图3 孤石与竖井平面位置关系示意图

图4 孤石位于盾构掘进面横、纵断面示意图

孤石东侧、东南侧及南侧为市民公园山体，在距离孤石约130m山顶上有一处新建的集美塔，孤石北侧为在建的诚毅大街。孤石周围50m范围内没有燃气管线、电线电缆等市政管线经过。

孤石西北侧约197m为西亭村民房，东北侧约115m为在建钢筋混凝土框架结构楼房，西侧约140m为已建诚毅书城。在竖井基坑围挡内为该工程项目部的临时活动板房，距离孤石约37m。爆破区域详细情况如表1所示。

3 孤石处理

该工程需爆破处理的孤石埋在地下较深土层中，不会产生飞石，故不考虑爆破飞石和爆破冲击波的影响，主要控制爆破振动对周边建筑的影响，爆破时应控制最大段药量，减小爆破振动的影响，严格控制爆破振动不得对西侧的竖井围护桩产生严重破坏作用。

为了便于施工和准确控制钻孔方向，采用垂直钻孔形式。钻孔过程中用泥浆护孔，必要时下钢套筒。土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径为110mm～120mm，成孔后用90mm～110mmPVC套管护孔，爆破前孔口需遮盖，防止异物掉入堵塞炮孔。

图5 爆破孔分区示意图

为了加快孤石爆破的施工效率，孤石爆破暂定为5个爆破分区，先爆距离竖井围护桩最远的区域，同时对竖井围护桩进行爆破振动速度和位移等监测。按计划，处理该孤石总计所需钻孔259个，按距离竖井距离的远近，由北往南、由东往西的顺序进行，先爆破北端的一区，再依次爆破二区、三区、四区、五区。根据监测结果调整其他区域的分区数量和一次爆破的规模，将爆破对竖井及周边其他建(构)筑物影响控制在安全允许的范围内，爆破孔分区如图5所示。(其中图中六区如果通过勘探，其宽度小于3m的话，在二区、三区爆破之前先采取爆破破碎)。爆破流程如图6所示。

图6 爆破施工流程图

(1)装药孔：采用地质钻机钻孔，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为110mm～120mm，下直径90mm～110mmPVC套管护孔。

(2)减振孔：为防止爆破时对竖井基坑围护桩产生破坏，提高减振孔的减振效果，在靠竖井基坑一侧距离盾构掘进边线1.5m处钻2排减振孔，减振孔孔径127mm，下直径110mmPVC套管护孔，孔距20cm，排距20cm，钻孔深度大于装药孔50cm以上且应超过竖井基坑底板深度，如图7所示。

图7 减振孔布置平面示意图

(3)隔离孔：为防止一个爆区爆破时，破坏与之相临的其他爆区的岩的完整性，从而影响后续顺利钻孔，在爆破区与区之间分别密钻2排隔离孔，隔离孔孔径为127mm，下直径110mmPVC套管护孔，孔距20cm，排距20cm，钻孔深度大于装药孔50cm以上。

(4)炸药：为了便于控制制作的药柱的直径，使炸药均匀布满在钻孔内的岩石中，该工程炸药选取φ32mm 2#岩石乳化炸药，以防水胶布绑扎后制作成不同直径的药柱段，放入PVC管内而制作成爆破所需的药柱。

为了达到爆破后盾构机能顺利出碴的要求，同时考虑施工工期的要求，爆破装药孔的孔、排距，爆破一区～爆破四区为a×b=0.8m×0.7m，即沿盾构掘进横断面方向每间隔0.8m钻1个孔，沿盾构掘进纵断面方向每间隔0.7m钻1排孔，排间炮孔三角形布置，钻孔深度超过盾构开挖边界1.0m。为了进一步减小爆破振动对竖井围护桩的影响，靠近竖井围护桩的爆破五区孔、排距调整为a×b=0.6m×0.5m，从而减小单孔装药量，如图8所示。

图8 各爆区孔排距布置示意图

(5)装药结构

该工程孤石爆破采用连续装药结构，根据不同的岩石厚度，将计算的药量制作成不同直径的药柱，使药柱长度与岩石厚度一致，从而使炸药能均匀地分布在岩石内部，如图9所示。

图9 盾构孤石连续装药结构示意图

(6)药包加工

炮孔验收合格后，对装药爆区范围内设置警戒，开始加工药包。首先准备直径75mmPVC管，根据钻

孔队提供的钻孔参数和验孔情况，计算好单孔装药量和药包长度，将炸药和雷管装入PVC管内指定的位置，PVC管两端应进行密封处理(抗压)。由于孔内有水及少量泥浆，为了顺利装药，需对药包适当配重。PVC管的长度需根据药包长度和配重长度来截取，如图10所示。

图10 药包装药结构示意图

式中：L——所取PVC管长度；L1——药包长度；L2——配重长度。

(7)爆破效果的判定及爆破参数的调整

按照上述方案，对该处的孤石进行试爆后，应通过地质钻取孔检验岩石破碎情况。若仍存在大于30cm边长的块石，则加大炸药单耗、减小孔排距。

4 结论

本文针对海陆交互地层地铁盾构施工中常见的孤石处理所用的爆破法问题进行研究，主要开展了以下研究工作：

(1)根据地质钻孔资料确定孤石位置，结合周围环境，确定了孤石爆破安全距离。

(2)依据取芯材料确定孤石强度从而确定爆破参数。确定炮孔位置后，钻孔装药，检查炸药质量、雷管等，最后起爆并进行爆后检查，通过钻孔取芯确定爆破质量，经济效益高，实用于地面空旷，地表沉降要求不高的条件。

参考文献

[1] 王鹏华.不同地质条件下盾构工程孤石处理工艺及实例[J].隧道建设,2012,32(4):571-575.

[2] 吴载清.跨海盾构区孤石及基岩凸起处理施工关键技术[J].江西建材,2016,(5):181-183.

[3] 陈宽义.孤石爆破的破碎块体大小控制研究[J].四川建材,2017,43(4):92-93.

[4] 肖建辉,党如娇.浅埋盾构隧址区孤石处理技术[J].山西建筑,2017,43(5):198-199.

[5] 王彦红.深孔控制爆破在盾构穿越复杂地质条件下施工应用[J].隧道与地下工程,2013,31(S1):119-121.