孔外延时网路在地铁减振爆破施工中的应用

赵康林，王书峰，喻伟峰，杨宏射

(1.中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201；2.青岛市市政工程管理处，山东 青岛 266000)

城市地铁暗挖隧道周边环境日益复杂，爆破振动安全风险越来越被重视,传统矿山法隧道开挖方式已不适应目前爆破振动安全的要求，因为该方法一般采用孔内延时联网爆破，但应对减振爆破时，普通雷管段数有限的劣势较为凸显，需分多次爆破控制振速，这对安全、工期、效益等均不利。

目前，广大学者在如何降低爆破振速方面做了大量的研究与试验工作，如龚敏等[1]通过定制雷管增加段别来控制爆破振速；李立功等[2]通过减振孔与水压爆破以及延时爆破相组合的技术来控制隧道爆破振速；龚敏等[3]以实测雷管各段准确延时范围为基础，针对性的进行掏槽和分段设计来控制爆破振速；管晓明等[4]采用多级楔形掏槽与分部爆破以及孔内外延时来控制爆破振速；杜小刚等[5]通过监测振速、动态调整爆破设计；欧仙荣[6]通过电子雷管起爆来控制振速；张俊兵等[7]通过预裂爆破和预留光爆层方法结合不同的掏槽方式来控制爆破振速；闫鸿浩等[8]通过调整掏槽孔、扩槽孔和辅助孔的位置来控制爆破振速；王军涛等[9]采用大直径掏槽控制爆破振速；石洪超等[10]通过掏槽孔间隔装药与孔内分段延时起爆达到减振效果。

总体而言，目前爆破振动控制研究基本围绕在孔内延时分段的基础上优化爆破参数，打设减振孔等辅助措施的范围内。为此，在青岛地铁8号线闫～南区间爆破开挖施工中，结合前人研究的成果和地铁工程实践，并在应用常规雷管前提下，通过对孔内及孔内外同时延时联网应用总结基础上，借鉴明挖隧道的爆破经验，采用孔外延时起爆网路方式，围绕现场实践应用进行改进，效果较好。

1 工程概况

青岛地铁8号线闫～南区间采用“矿山法+双护盾TBM法”施工，受周边环境限制，TBM采用侧向平移始发，在始发井与区间正线之间设置47.3 m长平移横通道(见图1)。横通道需垂直下穿中航37号厂房，南侧临近中航科技楼、前哨大酒店，西侧下穿周口路，北侧临近闫家山村民房(见表1)。

图1 闫～南区间始发平移横通道周边环境
Fig.1 Surrounding environment of the horizontal passage of the initial translation in the Yan-Nan section

表1 闫～南区间始发井周围矿山法段周边建(构)筑物

Table 1 Buildings (structures) around the mine section around the starting shaft in the Yan-Nan section

序号建筑物名称结构型式层数与爆区相对位置与隧道结构外皮距离/m备注爆破振动安全允许标准/(cm·s-1)1闫家山村(待拆迁)砌砖结构1后盲洞上方16.65无地下室0.52中航37号厂房及配房框架结构1横通道上方9.04无地下室1.53中航科技楼框架结构6弧形导洞上方17.60无地下室1.04前哨大酒店框架结构5弧形导洞上方19.99无地下室1.5

横通道断面的尺寸为：宽×高=15.8 m ×13.44 m，拱顶覆土埋深约9 m，围岩为IV1-IV2-V级，岩体节理发育，较为破碎，采用CRD工法开挖(见图2)。

图2 始发横通道结构断面尺寸
Fig.2 Cross-section size of the structure of the original transverse passage

2 横通道控制爆破设计

根据周边情况确定爆破施工方案，横通道CRD工法开挖步序为：I→II→III→IV→V→VI。先错距爆破开挖横通道上部I、II部，采用YT-28型手持式风动凿岩机短台阶开挖，乳化炸药直径φ32 mm，炮孔直径d=42 mm，不耦合系数1.31；上台阶采用二级复式垂直楔形掏槽，分级楔形掏槽可逐步减小爆破夹制作用，分散单孔药量的集中度，以求获得较大的掏槽空间，降低爆破振动，必要时中间设置φ150 mm中空减振孔2个[7]。周边孔间距a拱=500 mm，边墙a墙=550 mm，光爆层厚(最小抵抗线)W=600 mm，相对距E/W=0.8，辅助孔间距650～700 mm，排距600～650 mm，炮孔邻近系数m≈1.0，装药集中度0.2～0.4 kg/m，炸药单耗≈1.05 kg/m3，炮孔深度考虑循环进尺(IV级段0.75 m，V级围岩段0.5 m)，并考虑炮孔利用率0.95，确定炮孔深度为IV级0.80 m，V级0.55 m，底板孔较掘进孔深10～20 cm，装药结构采用孔底集中装药，孔口填塞长度不小于20 cm，采用机械加工成品炮泥，确保填塞质量。下台阶利用上台阶临空面爆破。IV围岩I部炮孔布置参数如图3所示。

注：1～17表示毫秒雷管段别
图3 IV围岩I部炮孔及雷管段别布置
Fig.3 Layout of I blasthole and detonator section in IV surrounding rock

3 孔外延时网路及效果分析

先期暗挖隧道爆破采用孔内延时 “一把抓”联网方式，但分段数量有限，因为应对减振爆破时，可用延时分段的总计只有18个段别，如断面过大，炮孔数过多，则需分次爆破以降低齐爆药量Q。同时需严格控制同段别联网孔数，联网孔数过多操作繁琐，增加联网时间，容易出错造成盲炮及传爆雷管脚线炸断，超振及二次处理风险较大，另外分次爆破扰动围岩，进尺受限，降效严重，不利于隧道开挖风险及进度控制。

而孔内、外同时延时虽较孔内延时分段数量增加，但该网路既要考虑孔内分段，又需考虑孔外联网分段，操作较孔内延时联网更加繁琐，更易出错，导致爆破振速超标。

3.1 网路设计

经应用总结孔内延时、孔内外同时延时爆破的优缺点，借鉴明挖隧道爆破中常用的孔内高段位雷管起爆、孔外低段位接力延时的起爆网路方式，改用单独孔外延时方式联网：孔外依旧使用MS3雷管，孔内统一均采用MS20雷管，事先理论计算出最大单段齐爆药量Q，对应确定掏槽孔、辅助孔、周边孔，最大一次簇联炮孔孔数，严格以掏槽孔→辅助孔→周边孔顺序，对应孔外采用MS3雷管依次将各分簇串联成网，按最大齐爆药量控制簇联孔数，仅通过孔外串联联网实现延时爆破(见图4)。

注：图中数字表示雷管段别
图4 横通道I部上孔外延时网路
Fig.4 Delay circuit outside the upper hole in the first part of the transverse passage

但孔外延时联网方式仍受孔外段别串联数量限制，需通过理论计算，确保孔外MS3雷管全部引爆后，孔内第一发雷管方才引爆炸药，防止孔外导爆管断线造成传爆失败，计算方式：孔外串联段别数量n=孔内雷管延时时间/孔外雷管延时时间(考虑延时误差精度)。以本工点为例，孔内均采用MS20雷管，则n=(2000-150)/(50+10)=30.8≈31(考虑延时精度误差)，对比孔内延时大大增加分段数量，可有效提高一次爆破断面面积。

3.2 应用效果

孔外延时联网方式总体操作简单，无需考虑孔内各个段别，仅需考虑孔外串联时簇联炮孔孔数即可，其最大分段可达31段，最大限度的满足分段减振起爆要求，振速控制效果较孔内延时及孔内外延时良好(见表2)，其仍按照光爆顺序爆破，爆破成型效果良好，很大程度上避免了分次钻孔、分次爆破对围岩的扰动，利于隧道风险及超、欠挖控制，但因主要靠孔外毫秒雷管分段延时，孔外雷管数量较其他联网方式消耗明显增加较多。

表2 横通道爆破7个循环振速监测

3.3 应用问题及改进措施

1)应用问题

在前期应用过程中，孔外延时联网方式多次发生传爆失败、爆破成型差等问题，经过分析，主要原因是隧道开挖为垂直断面，孔外导爆雷管节点保护难度较大，爆炸产生的铁皮碎屑容易割断其他未传爆的导爆管线，造成传爆失败(见图5)；其次是孔内外段别用错、装填不牢、连接质量不高、未严格按照既定装药参数装药等情况，导致孔内提前爆破，传爆失败或振速超标。

图5 孔外延时传爆现状
Fig.5 Situation of delay explosion transmission outside the hole

孔外延时因孔外串联组数较多，传爆失败概率较其他联网方式高，但好在孔内雷管段别均为MS20，处理相对孔内延时、孔内外延时联网简单，但风险依然存在，必须采取防护措施，尽量避免断响事件。

明挖土石方爆破导爆管节点保护采用砂石覆盖、盖纸板、压石头等措施；暗挖隧道爆破断面为垂直面，断面下部的节点可放置地面保护，但断面上部节点无法覆盖和充分防护。

2)改进措施

针对孔内外段别用错问题，在装药联网过程中，分别设专人负责孔内、孔外雷管发放连接，避免用混，完成联网后，技术员需认真复查网路。

针对联接质量不高问题，考虑起爆电线要求较高，稍微破皮就影响传爆，优先选用导爆管进行传爆。同时，簇联节点捆绑长度在15～20 cm，用黑胶布缠绕几层，捆牢固，一般簇联导爆管不超过15根，如超过则需对应增加雷管，并均匀分布其四周，防止断响事件。四通使用时注意防水，避免浸泡进水。

针对孔内雷管填塞不牢问题，雷管采用反向装填，炸药装填采用PVC管顶紧至孔底，孔口按要求填塞炮泥。

针对振速超标及成型较差问题，在每循环装药前，对工人进行爆破交底，详细说明周边孔、辅助孔、掏槽孔具体装药参数，并强调相应各类炮孔串联孔数要求及串联顺序，过程加强盯控，做好网路复查，确保爆破顺序正确。

针对部分导爆管节点无法防护问题，采用打设防护孔的防护措施。具体为，在断面适当位置打设15～20 cm深的防护孔，将串联节点塞入防护孔，并在防护孔外塞纸壳或炮泥防护。防护孔位置需考虑串联节点实际位置设置，一般中间设置两个用以防护掏槽孔传爆节点，其他根据需要灵活设置，可利用内圈炮孔充当防护孔(见图6)。经现场应用实践，反馈良好，很好的避免了传爆失败。

图6 孔外延时串联节点塞入防护孔防护措施
Fig.6 Protective measures for inserting protective holes into delay series joints outside the hole

4 结语

通过借鉴隧道明挖爆破的经验，经过现场实践应用总结，将孔外延时联网技术成功应用到了地铁暗挖隧道减振爆破中，对比其他常规延时联网方式，孔外延时联网操作更简单，适用断面及振速要求更高的爆破工程，可最大程度减低分次爆破频次，满足减振要求，进度及成本可控，单段爆破药量可直接通过串联炮孔孔数灵活调整，但应用时须做好串联节点防护、网路复查等工作。综上，常规雷管孔外延时联网技术在地铁隧道减振爆破的应用，具有一定的参考和应用指导价值。