地铁大截面隧道爆破设计与应用

刘 淼

（江苏省矿业工程集团有限公司，江苏 徐州 221000）

随着城市建设的高速发展，土地资源日益紧缺。土地开发已由地表逐渐转向地下[1]。在岩石层较浅的城市地铁建设施工中诸如基坑开挖、隧道掘进都会遇到岩石爆破。但地铁隧道工程的地质条件及地面环境更加复杂，存在着埋深浅且爆破振动易引起上方软弱地层的坍塌等危及施工安全的风险[2]。本文通过开展大断面控制爆破施工技术研究，采用地铁隧道爆破大多采取的CRD法，通过设计爆破参数，合理控制炸药单耗，降低爆破振动强度，确保围岩轮廓成型效果良好。

1 工程概况

徐州市轨道交通2 号线一期工程某区间隧道长约896 m，联络线长约465 m，区间隧道及联络线采用矿山法施工，隧道洞顶埋深8～16 m，主要穿越中风化灰岩层。隧道纵断面为“V”字坡，其中最大坡度为26‰，最小坡度右线为5‰。根据勘探资料显示区间岩体总体强度较高，围岩等级Ⅲ～Ⅳ类。

2 爆破方案设计

本段工程施工条件极为复杂，车流量、人流量较大，在建筑物下穿越施工的安全要求高，需要综合考量各种不利因素，对施工工艺、施工方法和技术能力都是一种严峻的考验，对施工进度影响也较大，因此，应采取相应的技术与安全应对措施，宜采用光面爆破等余震较小的方法。隧道分区设置如图1。

图1 隧道各区施工工序布置图

2.1 孔径参数选择

采用YT-28 型风钻钻孔，钻头直径Φ42 mm。炮孔所装炸药选用Φ32 mm 乳化炸药，雷管选用毫秒延期导爆管雷管。

2.2 炮孔参数选择

大断面隧道CRD 法爆破技术参数设计，大截面隧道各区具体布孔如图2。

图2 隧道各区炮孔布置图

（1）掏槽孔。采用楔形掏槽，一级掏槽孔距a=0.6 m，排距b=1.5 m，孔深1.0 m。二级掏槽孔距a=0.6 m，排距b=2.5 m，孔深1.8 m，与工作面角度为60°～70°。

（2） 辅助孔。 孔距a=0.55～0.8 m， 排距b=0.6～0.8 m，孔深1.3～1.5 m。

（3）周边孔。间距0.45～0.6 m，孔深1.3～1.5 m。

（4）炸药单耗。根据岩性、节理裂隙发育程度以及岩石的可爆性决定炸药单耗，设计单耗取0.7～1.0 kg/m3。

其中，掏槽孔的布置直接影响到中心岩石抛掷效果及辅助孔、周边孔作用效果，经反复试验后最终确定掏槽孔布置如图3。

图3 隧道各区掏槽孔断面图（mm）

2.3 爆破网路与装药结构

各导坑起爆网路设计如下：

（1）上导坑（1/4 区、3/4 区）起爆顺序：

掏槽孔→辅助孔→周边孔

（2）下导坑（2/4 区、4/4 区）起爆顺序：

辅助孔→周边孔→底板孔

（3）各导坑开挖起爆网络

采用非电毫秒雷管装入孔中，掏槽孔用ms1、ms3 雷管，辅助孔用ms5、ms7、ms9、ms11、ms13段雷管，光爆孔用15 段起爆，最后用若干1 段非电导爆管雷管捆扎引爆全部网路。各炮孔装药量及雷管配置见表1。

表1 各炮孔装药量及雷管配置表

（4）装药结构

周边孔采用间隔装药并使用导爆索作为传爆线，直径为采用25 mm 炸药加竹片绑扎成串状装药结构。其他炮孔采用连续装药，药卷为32 mm，全部采用反向起爆装药结构。周边孔及其余炮孔具体装药结构如图4。

图4 装药结构图

3 爆破安全校核

3.1 爆破振动校核

爆破振动安全允许距离计算公式：

式中：R为爆破振动安全允许距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K、α为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

穿越房屋时，隧道埋深约17 m，安全距离R取17 m，K取200，α=1.5，砼结构建筑物安全允许振动速度V=3 cm/s，计算得出1.1 kg，隧道穿越房屋时，一次最大齐爆药量不得超过极限药量1.1 kg。此外，为进一步确保安全施工，爆破前选择地表多个典型建筑（结构）物，使用爆破振动测试专用仪器由远至近进行跟踪测量，校核振动计算值，并依此调整装药量。

3.2 振动监测

通过监测，掌握爆破对已施工支护结构及地表建筑物的影响程度，用以修改钻爆设计，控制超、欠挖及维护外环境稳定，确保钻爆施工所产生爆破振动速度在允许值内。施工期间，尤其是钻爆初期，每炮必须进行爆破振速量测，以便及时调整钻爆参数，减少振动，确保地面建筑物安全。

采用NUBOX-6016 智能振动监测仪监测爆破振动速度。监测频率根据爆破施工的需要随时进行。

3.3 监测布点

选择在隧道距房屋较近位置，在距离爆破位置最近的房屋屋内地面和地基处各布设一个监测点，具体位置根据实际情况确定。实测爆破振动速度，并进行频率与幅值域分析，根据国家规程及本项目的允许安全标准，评价爆破对建筑物的安全影响。

经过多次试验爆破，测得爆破振动速度远小于3.0 cm/s，说明各项爆破设计参数均符合施工要求。

4 应用分析

每次爆破后，经工作面碎石清理，实际测量掘进深度，按时间先后随机抽取10 次测量掘进深度结果见表2。

表2 掘进深度结果

经过初始几次爆破试验，对局部布孔进行优化后，对测得数据进行分析，炮孔利用率均超过90%，且达到了良好的轮廓成型效果。同时，对爆后检查和振动监测，未出现局部盲炮和振动速度超标情况，说明延期雷管延期间隔时间设计符合作业要求。

5 结语

对于地铁大断面隧道这种处于复杂环境下的爆破施工，在合理选用爆破方案和设计参数后，可经过几次试爆监测，结合爆后围岩超欠挖情况进行优化分析，同时结合水文地质条件，适时调整炮孔参数和装药结构，基本上能达到预期效果。