申秦川，应 杰，陈高生

（1.重庆市住房和城乡建设工程质量总站，重庆 400000；2.中国建筑第五工程局有限公司，重庆 400000）

随着社会的不断发展，由于隧道施工而给临近环境带来的不良影响越来越受到人们关注。在采用常规钻爆法对工作面施工时，会产生较大的机械振动和噪声，同时可能因地表沉降对周边既有建筑造成安全隐患。在过去的几十年里，已有较多学者对隧道爆破施工工艺做了大量研究和优化，既有研究成果有光面爆破技术、静态爆破技术、水压光面爆破技术等[1]。其中水压光面爆破技术在控制隧道超欠挖、炸药用量、振动幅值等方面有较大优势，同时其极小的粉尘污染符合目前的绿色施工理念，在降低爆破危害上效果显著[2]。

1 工程概述

悦港大道站位于重庆市渝北区，属于轨道交通5号线北延伸段地下工程。车站位于秋成大道下方。岩层从上到下分别为填土层、粉质黏土层、沉积岩层。沉积岩层由页岩、砂泥岩和砂岩组成，砂泥岩交界处岩性较差，为软弱结构面。岩体裂隙较发育，为块状结构，结构面受构造裂隙控制，无断层。岩层产状：258°＜38°，岩层倾角较大，顺层开挖具有滑塌风险。悦港大道站顶部距离地表15.2～18.5 m，站台分为站厅和站台两层，属于岛式暗挖车站。局部地段拱顶位于填土段。其中约25.8 m 拱顶位于填土段，最深覆岩仅14.6 m，围岩为页岩与泥岩互层，且以页岩为主，为浅埋隧道。车站左侧走向与层面小角度相交，隧道易沿层面局部产生滑塌破坏，存在着由于围岩扰动而带来局部失稳的风险，因此在开挖时需严格控制爆破对围岩的扰动。本工程主要的工程风险为浅埋暗挖大断面隧道带来的工程自身风险和工程建设对周边环境造成的风险[3]。

2 隧道施工方案

2.1 总体施工设计

由前期地勘报告可知，本车站的围岩等级为IV级，埋深在15.2～18.5 m。车站施工共分3 个断面A1、A2、A3，其中A1 断面面积为445.07 m2，A2 断面与A3 断面面积都为446.63 m2。3 个断面均采用双侧壁导坑法施工。其中A2 断面和A3 断面上部分处于土石回填区，通过人工配合机械的方法开挖，剩余部分通过钻爆法进行开挖。

由于车站隧道位于城市道路下，埋深30 m 以内，且车站附近环境复杂，故车站隧道施工需要采用水压光面控制爆破，控制城市道路路面及周围建筑物处爆破震动速度一般不超过1.5 cm/s，同时满足相关构筑物及设备防震动要求。

2.2 开挖方法

如图1 所示，本车站隧道采用双侧壁导坑法开挖，每个施工循环分为九步，除了局部上半断面采用机械开挖外，均采用钻爆法施工，注意“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。根据位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数。在施工当中，为确保人员生命安全，先进行超前地质预报，再根据实际情况，确定支护是否合理，做到动态施工。将工作面清理之后，进行测量放线，然后施作超前支护并注浆，最后进行开挖。本工程双侧壁导坑每台阶长度控制在3～5 m，核心土每台阶长度控制在3 m 左右。

图1 双侧壁导坑法施工工序图

3 水压爆破技术开挖

3.1 水压爆破介绍

为确保安全文明施工，引进先进施工工艺，悦港大道站严格采用水压爆破开挖。隧道水压光面爆破与隧道常规光面爆破的爆破设计和开挖方式基本相同，施工过程没有增加太多工作量[4]。唯一不同的是水压光面爆破的炮眼里增添了水袋，如图2 所示。

图2 水压爆破图

水压爆破的炮眼中炸药被水袋包住，爆炸产生的能量首先传到水中，再由水传递到与之接触的围岩，由于水的不可压缩性，此过程中爆炸能量损失较小，这样相较于常规爆破更加有利于围岩破碎。除此之外，会在爆破区产生大量水雾，有效减轻灰尘飞扬，避免瓦斯爆炸[5]。

3.2 炮泥及水袋的制作

如图3 所示，把水装入长200 mm、直径35 mm的长条状塑料袋中，塑料袋厚0.1 mm，具有一定强度，防止其在装进炮眼时出现剐蹭破裂的情况。采用定制的自动灌水封口机，加工效率高，每小时可制作700个水袋。

图3 水袋

炮泥使用特制的炮泥机加工，长200 mm，直径35 mm。炮泥由土、砂和水混合组成，注意采用的黏土不能夹杂碎块，砂采用普通河沙即可，土、砂、水的比例控制为0.76∶0.9∶0.15，将三者搅拌均匀后放入炮泥机，将其加工成如图4 所示的炮泥。按照以上比例加工出的成品炮泥，具有软硬适中的优点。

图4 炮泥

3.3 水压光面爆破装药工序

按设计爆破要求，准备好炮棍和相应数量的绝缘胶带；将提前加工好的水袋和炮泥放置在工作面附近；每个炮孔（除掏槽孔）放置1 个水袋，利用炮棍将其推入孔底；将炸药和导爆雷管装入炮孔；再次装入水袋，将炮泥回填深度控制为40 cm（掏槽孔可视实际情况增加炸药用量，减少水袋用量）；利用炮泥封堵炮孔；联线起爆。

4 隧道施工爆破设计

4.1 起爆方式及顺序

在隧道爆破施工现场，常采用并联、并簇式起爆方式。本施工段采用毫秒延时雷管，隔段使用雷管进行爆破。起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼（掏槽区以外）→底板眼→辅助眼（内层）→内圈眼→光面爆破眼。为了保护临近既有建筑物及管线的安全，振速不得超过1.5 cm/s。

4.2 水压光面爆破参数设计

4.2.1 A、D 断面爆破参数设计

关于建立罪犯离监探亲常态化机制的探索与思考四川省监狱管理局狱政管理处、四川省崇州监狱联合课题组（2018年第7期）

炮眼数目估算公式如下：

式（1）中：q为单位炸药消耗量（根据类似工程相关经验，设计取q=1.1 kg/m3）；S为坑道断面面积（取34.6 m2）；α为装药系数（概略综合取值为0.4）；r为炸药密度（取1 kg/m）。

计算得：N=1.1×34.6/（0.4×1）≈95 个，实取N=87 个。

每循环炸药总量计算公式如下：

式（2）中：η为炮孔利用率，一般为0.8～0.95，本设计取0.85。

Q=qSLη=1.1×34.6×1.2×0.85≈38.8 kg，取37.6 kg。

掏槽孔的深度L1=1.2/sin70°≈1.2 m，L2=1.2/sin90°=1.2 m；辅助孔深度L=1.2 m；拱孔深度L拱＝1.3 m；底眼长度L底=1.3 m。

为钻眼方便，根据围岩情况，各周边眼眼口均距轮廓线10 cm，其眼底超出开挖轮廓线10 cm。

单孔装药量：据经验数值装药系数，掏槽眼α掏=0.5，辅助眼α辅=0.35～0.4，底板眼α底=0.45，帮孔α拱=0.15～0.2。

Q掏1=α掏1·r·L=0.6×1.28≈0.77 kg，取0.8 kg。

Q掏2=α掏2·r·L=0.45×1.2≈0.54 kg，取0.55 kg。

Q辅=α辅·r·L=（0.35～0.4）×1.2≈0.42～0.48 kg，取0.45 kg。

Q底=α底·r·L=0.45×1.3≈0.58 kg，取0.6 kg。

Q拱=α拱·r·L=0.2×1.3≈0.26 kg，取0.3 kg。

掏槽眼布孔及掏槽孔剖面：掏槽眼为垂直楔形掏槽，掏槽眼与开挖面间的夹角α分别为70°，上下两对炮眼间的距离a=60 cm，同一平面上两炮眼眼底的距离为10 cm，采用二级掏槽。同一平面两掏槽炮眼的距离B=1.07 m，如图5 所示。

图5 掏槽孔剖面示意图

4.2.2 总孔孔位布置图

经测量计算得车站主体结构总孔孔位布置图，如图6 所示。

图6 总孔孔位布置图

4.2.3 炸药用量

整个车站分九部分钻爆开挖，循环进尺约1.0 m，一个循环总体积为446 m3，炸药量为363.1 kg，最大单段药量4.8 kg，平均单耗约为0.81 kg/m3。

5 效益分析

经现场实际对比，本工艺主要区别于常规爆破工艺的特点如下。

第一，经实践测得，相对常规爆破，隧道进尺提高了0.1 m，降低对掌子面前方围岩的扰动，形成平整度较高的作业面，一定程度上降低了倾角岩层安全隐患，如图7 所示。第二，相对于常规爆破不耦合性间隔装药填充的空气柱而言，水压爆破法其间隔装药结构所采用的水袋充分利用冲击波在水中的传播速度比空气中快且无损失性和爆破的封堵，充分利用了炸药的有效能量，可节约炸药量17%左右。第三，本工程实际最大振速均小于或等于1.0 cm/s，基本确保了周边建（构）筑物及既有市政道路的安全。第四，使用水袋替代空气柱，将爆破能量分散均匀作用于岩面，有效控制爆破能量对围岩的扰动，降低了爆破形成“临空面”后的陡倾角围岩垮塌和自由下滑的不良特性，形成了较好的光面爆破效果。第五，水袋在爆破后形成的“水契”作用（即水雾与固体颗粒结合），降低了扬尘和炮烟污染，并节约通风时间及所用电量。

图7 陡倾角页岩中水压爆破效果

6 结论

本文所述的水压爆破法，在悦港大道地铁车站隧道开挖过程中得到了实际应用。实际情况表明：①该方法有效减轻了爆破施工对围岩的扰动，极大程度保证了围岩的整体稳定性；②相对于常规爆破而言，节约了爆破材料约17%；③加快了施工进度，减少了人工成本，提高了经济效益；④有效降低了爆破产生的粉尘浓度和噪声，符合绿色环保要求，保障了施工人员的身体健康，取得了良好的社会效益。