于飞YU Fei

（中铁九局集团第四工程有限公司，沈阳 110001）

1 工程概况

本文列举厦门地铁4号线盾构区间。在此施工过程中，通过地勘探查，发现盾构区间（DK49+346.897-DK49+670.000）存在中微风化孤石及基岩突起，岩面侵入隧道全断面、半断面以上及半断面以下。盾构机在面临着地层上软下硬或全断面为中、微风化岩石情况下进行掘进工作，盾构姿态难以控制，安全风险性极大。本段的基岩处理时间较短、工期要求严，若采用冲孔碎岩技术，加之管线改迁费时费力，无法满足工期要求。本次采用地面地质钻机成孔技术，利用深孔爆破法对孤石和突起基岩进行预处理，将工期控制在可控范围内，增强整体工程安全管理质量。考虑到管线保护问题，明确管线位置后，在无法正常施钻的情况下进行开挖探沟工作，保证钻孔间距在1.2m之内。如果部分孔位无法布设，在靠近管线的位置进行斜向钻孔作业即可更好的保证爆破效果。区间盾构孤石及基岩爆破后，块度最大边尺寸小于30cm，满足盾构机排渣要求。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

在地铁盾构施工过程中运用深孔爆破预处理技术，初期阶段的勘察工作是重中之重，通过初期勘察先探明线路中的孤石及基岩突起位置、大小、厚度、长度、岩性等要素，在路面上围挡施工场地并相应疏解交通。在爆破作业过程，需要充分利用软岩的临空面，对由低向高处的钻孔进行分组起爆。为了更好的控制爆破的震速，在高于两米的岩面要采用不耦合间隔装药模式。爆破顺序主要采用孔内多段毫秒延时爆破等技术措施，逐孔起爆。当采用多个工作面，微差分段爆破时，如局部出现孤石可以优先钻孔装药破碎。在实施爆破后，结合监测控制系统来分析爆破振速，及时调整爆破参数。（图1）

图1爆破施工流程图

2.2 操作要点

2.2.1 测量放线及管线调查、保护

在实际的深孔爆破预处理技术运用中，首先要确定测量放线的位置并进行管线调查保护。在地面放线时须确定钻孔位置和范围。钻孔之前，要与相关单位进行有效沟通，避免重要管线受到影响。

2.2.2 爆破设计

2.2.2.1 爆破参数设计

①炮孔布置。

图2盾构基岩突起炮孔布置示意图

图3盾构基岩突起炮孔梅花形布置示意图

为了得到岩石最好的破碎效果，采用梅花形状布孔。炮孔的孔距、排距较小，盾构岩石a=b=50～70cm，炮孔密集系数m=a/b=1～1.2，确保爆破后的岩石“裂纹区”相互重叠较多。盾构机设计直径Φ6970mm，假设基岩突起占全断面，隧道拱顶到地面的距离为16m。进行梅花形布孔，对微风化岩石炮孔距取a=b=60cm，对中风化岩石炮孔距取a=b=70cm。为了能把岩石全部破碎，不留有欠炸岩坎，因此超爆范围在盾构机开挖面外，超炸范围为1.0m。（图2、图3）

②炸药单耗。

基岩突起位置在地表16m以下，即被爆岩石上有厚度16m的覆盖层，该覆盖层由杂填土、素填土、粘土、杂填石、孤石或部分基岩等土石构成，因被爆岩石被厚重压盖着；没有临空面。鉴于上面原因，利用先爆炸的药包在岩体内激起的压缩波从自由面反射形成拉伸波后，使应力波相互迭加，可增大岩石内的拉应力，增强了对岩体的破碎作用，提高了炮眼利用率，改善了爆破效果。通过爆破试验，一般可取5.0～10.0kg/m3。微差爆破时先期起爆的装药为后继装药创造了一个新的自由面，同时也在岩石中造成了一定的破坏，产生裂隙。在其他条件相同时，两个临空面比一个临空面能降低炸药单耗，提高了爆破效果。

2.2.2.2 钻孔

地质钻机用于在盾构线路的岩石上钻孔。装药部分的爆破孔径为90mm，为垂直孔。在钻孔过程中，覆盖层应使用PVC管保护孔。钻孔至设计深度后，必须彻底清除孔中的砾石、沉积物及泥浆，并保持爆破孔畅通。记录了钻孔长度和岩石中的覆盖层。爆破孔的位置和垂直度应准确，因此钻孔时应采取以下措施。应使用全站仪等测量仪器和设备确定爆破孔的孔距和排距。当地质钻机穿过覆盖层进入岩石时，应减小地质钻机的向下力和旋转速度，以确保钻机在遇到斜坡岩面或不规则岩面时不发生偏移，从而确保岩石中爆破孔的位置和垂直度。

2.2.2.3 装药

将乳化炸药放入内径为60mm的PVC管中，放置2~4枚雷管。装药长度大于待爆破岩层的厚度。炸药底部（炮孔底部）填充50~100cm长的细砂配重，使装药能随水自动下沉至炮孔底部，即装药不会在水孔中漂浮。用胶带和其他材料堵住PVC管的两端。

药包加工完毕后，在炸药上端的PVC管上对称钻两个小孔，从两个小孔中穿入细麻绳，形成一根双股承重绳，总长度大于孔深2m，并在绳上绑上红色小布条等明显标记进行标记。

装药要有两个人配合。一个人拿药包，一个人拿着炮棍，慢慢按压药袋，使药袋逐渐下降到钻孔底部。炮棍也是一根PVC管制作，每根管长4m，每根管的一端都是扩口的。因此，PVC管可以直接相互连接，以达到所需的长度。每个炮孔装药完成后，可以拆卸和收回重复使用。

2.2.2.4 炮孔堵塞

药包就位后，缓慢向炮孔内灌砂，封堵长度大于5m。

2.2.2.5 炮孔覆盖

在盾构岩石爆破中，由于装药位于地下深处，不会产生飞石，但爆破后产生的高压气体可能会将炮孔中的泥浆压出孔外。为了防止泥浆飞溅，炮孔需要架空保护和重型压盖，架空高度为0.6m。整体焊接钢支撑笼用于架空，支撑笼底部焊接或加固，橡胶板绑在钢筋网上，混凝土块等重物堆放在橡胶板上。配重后每个支撑笼的重量大于2000kg。钢支撑笼的尺寸为：长、宽、高=2.0m*2.0m*12m，与钢筋、角钢等焊接，用汽车吊堆放钢支撑笼。

2.2.2.6 爆破网路

采用非电导爆管毫秒雷管，簇联式。段延时的时间间隔为25~50ms，实现了孔或排之间的毫秒延迟启动。每个炮孔配备2~4枚雷管，非电导爆管毫秒雷管网络使用专用雷管引爆。一次起爆的孔数根据允许起爆段的最大装药量确定。

逐孔或逐排起爆方式，如图4所示，图中：J—逐孔起爆方式，K—逐排起爆方式，数字代表雷管段别号，即起爆顺序。

图4 逐孔、逐排起爆网路示意图

爆破网络连接完成后，确认所有人员均在危险区域外，通往爆破区域及邻近区域的道路暂时封锁后，发出起爆信号，进行起爆。

2.2.2.7 创建地下临空面

由于地下盾构区间的孤石及基岩突起的爆破是在覆盖层较厚、不开挖的情况下进行的，即没有自由面，即使使用大量炸药单耗，也很难完全破碎岩石，达到最长边小于30cm的砾石爆破效果。因此，创建地下临空面，为岩石的充分破碎创造了有利条件。具体方法如下：

创建基岩突起临空面：在基岩突出物中取空孔（不装药），空孔位于第一排中心爆破孔附近，距装药爆破孔15~20cm，均匀布置2~4个空孔，空孔深度比装药爆破孔深1.0m，直径大于100mm。被空孔包围的爆破孔首先引爆，而其他爆破孔滞后并逐渐引爆，先后起爆的装药爆后破碎下来的岩块在运动过程中发生碰撞，借助其动能再度引起破碎。同时由于碰撞能量消耗，岩块运动的速度、抛掷的距离也得以减弱，这样就使爆破下来的岩块均匀，大块率低，且抛掷的距离近，岩块集中。如图5所示。图中1MS、3MS和5MS~13MS是毫秒雷管段别号。

图5创建基岩突起临空面的炮孔布置及起爆顺序示意图

2.2.3 爆破安全验算

2.2.3.1 爆破飞石距离估算

爆破飞石预防难度较大，爆破飞石等对附近单位施工人员等的危害应尤其要引起高度重视。爆破飞石距离可采用下式进行估算：R=20Kn2W

其中，K为飞石系数，可取0.1~1.5；n为最大爆炸作用指数；W为最小抵抗线。

盾构孤石和基岩突起爆破，在地面16m以下，相对覆盖层的炸药单耗小于0.05kg/m3，属于超弱松动爆破，表现为“内部作用药包”形式，也就是地面没有变化；因此不存在爆破飞石现象，但需对炮孔进行堵塞和孔口架空（留泄气泄压口）重型压盖。

2.2.3.2 爆破振动安全距离及相应最大段药量

施工中，爆破振动不能损坏区间沿线（主要为在建翔安西路）路面两侧民房、架空线路、地下Φ100mm通信管线等建筑设施；因此必须严格限制最大段药量。为此，下面依据《爆破安全规程》GB6722—2014的爆破振动速度计算公式，计算不同建筑物在不同距离允许的最大段药量，以确保每个建筑物的安全。

式中：R－爆破地震安全距离，m；Q－炸药量，kg，毫秒延时爆破取最大一段药量；v－振动安全速度，cm/s；K、α－与爆破地点地形、地质等条件有关的系数和衰减系数，根据厦门地区花岗岩性质和以往经验，可取K＝150、α=1.5。

爆破施工中所采用的最大段药量，应根据实际观测到的爆破振速数据进行调整。所设计的单孔最大药量应符合规程的要求，否则减小炮孔深度、岩石爆破厚度，即受爆破振动影响最大的建（构）筑物，需采用减振孔、电子雷管等措施进一步降振；若仍达不到安全要求，在这些建筑物附近的岩石采用静态破碎、人工机械破碎等非传统爆破方式进行处理。

2.2.4 警戒及起爆

在进行起爆作业时，要对周边进行警戒，爆破作业明显位置应张贴爆破安全告示。在实际爆破作业中，以爆破中心周围50m为安全警戒线，统一爆破警戒信号和起爆信号，并在准备阶段派专业安全管理人员清理现场。在确认所有人员可以撤离安全区后，安全人员将在警戒线内发出信号指示，并通知爆破组长。预警工作完成后，可下达准爆破指令，顺利完成起爆工作。

2.2.5 效果检查

爆破振动的程度与特性很大程度上取决于爆破地点的介质特征。如果爆破所在地区地质比较坚硬，其振动的基础频率相对而言就比较高，振动维持的时间会显著减少，振动的幅度会越来越低。如果爆破具体位置属于松软地质则以上几种震动参数的变化就会出现相反趋势。除此之外，还要考虑到爆破具体位置的自身情况，同样会受到这个地点介质特性所影响，这样就会使振动的周期以及振动大小等各方面出现变化情况，加入爆破振动效应以后，使振动波的传播发生各项反常变化，并会对其预测造成很大影响。爆破效果查看主要是对岩石的块度进行检查的过程。在每一次爆破作业完成后，在相邻炮孔间通过二次钻孔取芯来检验被爆岩体块度是否满足30cm的要求。若发现超过30cm的岩柱则须利用相邻的两孔之间的检查钻孔进行重新装药工作，并对该孔周围的岩石进行再次爆破，直至满足块度处理的要求。

3 结语

综上所述，在一些地层软硬不均的地段采用爆破预处理方式能够缩短工期，有效避免管线改签及占道办理等问题，在保障管线安全的同时，提高盾构掘进速度，节约建设成本，提升社会经济效益。该方法的实际应用为同类工程施工带来良好的示范效应，可得到广泛的推广应用。