下穿既有地铁隧道电子雷管网路施工技术

黎蜀明，樊荆连，陈新华，黄普汉，孔 昇

(深圳市华海爆破工程有限公司，广东 深圳 518019)

现代城市轨道交通隧道施工中，大量采用盾构或TBM掘进机。这些施工装备在很大程度上提高了施工效率，减轻了工人的劳动强度。但是，由于受地质、环境或隧道断面等条件限制，目前有些隧道的施工还无法做到全部采用机械掘进。当不能采用掘进机械施工时，钻爆法掘进隧道还是最为高效、经济的施工方式。对于新建隧道小净距条件下穿越既有工程的研究，有较多文献介绍，主要为支护提供理论支持[1]，对如何爆破施工鲜有报道。本文通过已经完成的工程实例，介绍在建地铁隧道下穿正在运行的地铁隧道的施工方法。

1 工程概况

在建的深圳市城市轨道交通10号线隧道1011-3标，设计采用TBM机和矿山法施工。其中在建地铁隧道在DK7+500～DK7+523处，与上部已经运行的地铁9号线隧道交叉。受地质条件限制，10号线在该段设计采用矿山法施工通过。在建隧道顶与9号线隧道底板最小距离3.2 m，距9号线地铁孖岭站35.6 m。在建隧道开挖断面32.37 m2。

交叉段的地质条件是：9号线隧道位于强风化和全风化岩层中。在建隧道10号线断面内全部为坚硬的微风化花岗岩，f=12～14。10号线与9号线隧道之间的岩层为强风化～全风化岩，岩层松软；除新建隧道断面范围内是坚硬的花岗岩外，其顶部以上为石质较松软的强风化～全风化花岗岩。

2 爆破方案

2.1 方案选择

根据10号线与9号线不同距离采用不同的施工方案。距9号线隧道两侧大于50 m为正常爆破的A方案施工；10～50 m为上下台阶短进尺爆破的B方案施工，并严格控制单段药量；水平距离小于10 m为下穿段，采用上下台阶分区爆破[2]电子雷管起爆的C方案施工。DK7+490～DK7+533采用C方案，双线86 m(见图1)。

图1 在建隧道与9号线关系Fig.1 Relation between the tunnel under construction and line 9

10号线整个断面分上下台阶4个区域爆破，先施工上台阶Ⅰ、Ⅱ区，再施工下台阶Ⅲ、Ⅳ(见图2)。Ⅰ、Ⅱ区同时钻孔，分次装药爆破，先爆破Ⅰ区，再爆破Ⅱ区；Ⅲ、Ⅳ区分别钻孔爆破。Ⅲ、Ⅳ区与Ⅰ、Ⅱ区的距离3～5 m，以便于施工为准。采用电子雷管起爆，φ32二号岩石乳化炸药装药。

图2 分区爆破Fig.2 Zonal blasting

先施工上台阶便于钻孔和临时支护，因为施工上台阶时可以利用下台阶作为操作平台进行凿岩和支护作业，有利于初支及时封闭掌子面。上台阶分Ⅰ、Ⅱ区爆破是基于以下考虑：因为Ⅱ区紧邻隧道拱顶轮廓线，距离9号线底板也最近，控制爆破振动和爆轰冲击力的任务比其他区域都要艰巨。分区爆破可以使Ⅱ区爆破时，利用已爆破的Ⅰ区空间作临空面，以较小的炸药量获得与Ⅰ区同等的爆破进尺；由于临空面的作用，还可以减少爆破对拱顶的反作用力，减轻对拱顶围岩和9号线隧道的影响。

2.2 爆破参数与施工

炮孔直径φ40。Ⅰ、Ⅱ区排、孔距分别为0.30～0.35 m和0.35～0.40 m，孔深0.8 m。Ⅲ、Ⅳ区因距离9号线隧道较远，加之有上台阶的空间隔离，单孔炸药量可以大一些，所以布置排、孔距和孔深较Ⅰ、Ⅱ区大。Ⅲ、Ⅳ区排、孔距0.50～0.60 m，孔深1.2 m(见表1)。

表1 爆破参数

Ⅰ区中间一个掏槽孔装药，周围若干空孔不装药，一般6个空孔(见图3)。中间装药孔与周围空孔均为水平孔且相互平行，之间的距离越小越好，只要不串孔。单孔单响逐孔起爆[3]，中间掏槽孔(图3中1段)起爆后，第2响的扩槽孔(图3中2段)的起爆时间应滞后于掏槽孔100 ms以上，这有利于提高扩槽效果。因为当1段孔起爆后短时间内岩石还未抛离原岩，如果2段与1段之间的时间太短，2段起爆后没有横向补偿空间[4]，会影响2段及其之后各孔段的爆破效果。通常时间差越大效果越好，但考虑到孔网比较密的情况下可能会产生盲炮。根据经验一般取100～150 ms，本方案取100 ms。2段以后段间延时13 ms(见表1)。

图3 Ⅰ区掏槽方式及起爆顺序Fig.3 Cutting mode and initiation sequence of zone I

装药后用2条锚固剂填塞(速凝水泥)，填塞长度约0.4 m。实践证明锚固剂的效果没有炮泥好，但由于炮泥填塞比较费时，影响施工效率，工人不愿意使用；加上有水时炮泥失去了对孔壁的摩擦力，填塞效果很差，所以工人们只选择比较容易操作的锚固剂填塞炮孔。

为了减少爆破次数，Ⅰ区与Ⅲ区或Ⅰ区与Ⅳ区同时起爆，Ⅰ、Ⅲ(或Ⅳ)区之间相隔600 ms，Ⅱ区起爆顺序如图4所示。

图4 Ⅱ区起爆顺序Fig.4 Detonation sequence of zone II

为了降低爆破对顶部岩层的影响，拱部轮廓线炮孔起爆时间晚于相邻排200 ms左右较好。时差太短对拱部轮廓线围岩的冲击力过大，太长可能会产生盲炮。图4中44段与33段相隔143 ms，61段与43段相隔243 ms。

2.3 振动监测与安全防护

爆破振动采用远程自动化监测。地铁部门规定振速2.5 cm/s(深圳地铁公司要求)，测得振速大部分在2.5 cm/s以内，有少数超过，是因为没有严格按上述参数钻孔装药。通过9号线正下方时测得左线振速1.06 cm/s，右线振速3.15 cm/s。这个振速远小于地铁机车运行的振动值(监测到地铁机车通过时的振速为7～10 cm/s)。在9号线隧道内每隔一定距离设置了位移和变形监测点，爆破从开始到结束隧道及其设施的位移和变形均未出现异常情况。

为了保证9号线隧道的安全，爆破前在施工隧道顶部钻水平深孔，用直径Ф108 mm钢管做管棚，以托举支撑9号线隧道。管棚与开挖轮廓线距离0.3 m，间距0.3 m(见图5)。初支采用拱部超前小导管注浆，钢架加钢筋网喷射砼支护，每榀钢架长0.5 m。

图5 管棚支护布置Fig.5 Layout of pipe roof support

3 爆破效益与结语

3.1 爆破效益

左线施工2018年5月29日～8月18日，共50个工作日；右线施工2018年7月2日～9月29日止，共41个工作日。由于左线先施工，右线吸取了左线的经验，右线技术经济指标明显好于左线，效率和施工速度明显提高。由完成工程量及材料消耗(见表2)可知，炸药单耗与普通的隧道掘进差别不大，主要是雷管消耗过大。这是炮孔孔网密集、孔深不大所致，尤其在没有第二临空面的Ⅰ区和距离9号线最近的Ⅱ区；Ⅲ、Ⅳ区由于有良好的临空面和距离9号线相对较远，单孔药量有所增加，所以炮孔的排、间距相对大一些，炸药和雷管消耗明显低于Ⅰ、Ⅱ区。

表2 完成工程量及材料消耗

3.2 结语

爆破效果达到预期，电子雷管的使用起到了决定性作用，它与普通雷管相比，延时精准可以达到毫秒级、无限分段为控制单响药量创造了条件、任意设置段别时差等优点。这些特点为控制爆破振动和提高爆破效率，以及施工隧道安全、高效地穿过既有地铁线起到不可或缺的作用。

工程实践证明，邻近既有地铁隧道施工，只要技术措施得当，管理要求严格，监测手段完备，施工由远及近、由易到难地进行，安全是可控的。在不具备使用掘进机械的条件下，与其他的施工方法相比(如静态破碎或液压劈裂破岩等)，采用钻爆法施工无论以施工速度，还是以经济效益来衡量，都要优于前者。