青岛地铁试验段隧道工程钻爆法施工

青岛地铁试验段隧道工程钻爆法施工【提要】阐述在青岛地铁试验段中,如何采用浅埋暗挖钻爆法,安全通过城市交通主干道和旧砖房地段,有效控制爆破噪声、振动的体会。【关键词】地铁试验段钻爆法爆破噪声爆破振动1青岛地铁一期工程规划青岛市地处黄海之滨,胶州湾畔,三面环海呈半岛形状,市内丘陵起伏,平均海拔19.3m。青岛市东部为崂山山脉,西部隔胶州湾,与黄岛区、胶南市隔海相望,北部与即墨市陆地接壤。青岛一期工程南起西镇站,北至国棉九厂站,正线长16.37km,出入段线1.5km,共设13座车站,一处车辆段,一处指挥中心。地铁一期工程沿线地形由南往北呈波状递降,工程地质条件较好。市区第四系表土层可见厚度2～8m,与基岩直接接触,界线清楚。下伏基岩由中生代燕山晚期花岗岩组成,自上而下为:花岗岩强风化带,厚度1～4.5m,f=2(f是岩石坚固系数);花岗岩中风化带,厚度0.5～6.7m,f=3~6，花岗岩微-未风化带,但其组织结构基本未变,岩石完整性好,f=6～10。沿线构造地质简单,仅有在地应力作用下所形成的节理构造和断裂构造,未见褶曲构造。沿线无大的富水构造,岩石富水性极贫。青岛地铁一期工程90%以上的线路隧道穿越燕山晚期微—未风化花岗岩。车站隧道埋深满足覆跨比HD》17;区间隧道埋深满足覆跨比HD》0.5(H—围岩f2的岩体到隧道顶的垂直距离,D—隧道跨度)。修建青岛地铁有优越的地质条件,可主要采用暗挖钻爆法施工。只是火车站站、胜利桥站采用明挖法施工。2钻爆法施工的爆破效应地铁隧道钻爆法施工时,炸药的潜能瞬时释放,使炸药周围的岩石产生非弹性变形,形成岩石压碎圈和破碎圈。其中有一部分能量转换为地震波,另一部分能量转换为空气冲击波。由此而引起的爆破地震效应、冲击波超压、爆破噪声等副效应被合称为爆破三害。青岛地下工程很多,但其工程环境条件与地铁相差甚远,并且没有进行过系统的关于降低爆破副效应的研究。因此,在地铁工程全面开工之前,我们选择了一座车站和一个区间共1400m作为试验段,先期进行钻爆法施工,为确保全线施工顺利进行,减小爆破副效应积累经验。3青岛地铁试验段钻爆法施工实践地铁青纺医院站为单拱车站,全长218m,宽18.5m,高14m(图1),位于四流南路与开封路交叉路口东南,覆盖层厚8～10m。车站南北两端有多层砖房。车站拱部采用大拱角模筑混凝土复合式衬砌,边墙喷锚支护模筑混凝土衬砌。车站5个出入口及通道采用全断面模筑混凝土衬砌(图2),断面宽4.7m,高4.2m。1#、3#、4#人行出入口需穿越四流南路交通主干道,隧道拱顶与路面距离2～4m,其中含各种城市管线4条;路面行人川流不息,交通十分繁忙。我们选择作出碴口的1#出入口先进行钻爆施工,该通道上方有一5层旧砖房,年代久远,已被列入市拆迁改造范围,房屋基础与隧道拱顶距离4m。通道以中风化岩和微风化岩为主,局部为强风化岩。图1车站结构图2出入口通道爆破施工必须防止地面建筑物、地下管线、隧道结构受爆破振动的影响;同时必须使居民受噪声和震动的影响减至最小程度。311确定评价爆破效应的安全标准地下隧道爆破产生的副效应是通过仪器量测建筑物等所在地面质点振动最大加速度或最大速度来反映的。确定爆破效应安全标准,寻找振动传播规律,具有十分重要的意义。①采用我国国标GB6722-86《爆破安全规程》,作为评价爆破地震效应的标准。地铁通道及车站上方建筑物安全振动速度值宜控制在20～50mms.②根据爆破地震效应对人员影响的评价标准,其安全振动速度值宜控制在20mms内。③评价空气冲击波引起地面建筑物振动、噪声危害、对洞室人员及设备的影响。大量工程实例表明,洞室爆破产生冲击波对地面以上的影响多在0101MPa以下,一般只引起房屋玻璃震动和电灯摇晃,实际上由冲击波引起的建筑物振动和噪声影响不大。另外,空气冲击波沿洞室传播时,对洞室人员及设备可能造成危害,洞室内部应控制其超压值0103MPa。实际爆破时,安全距离可据一次爆破用药量、隧道断面大小取保守值。短距离通道内起爆前,作业人员应全部撤出洞室。④评价爆破对地下洞室影响的标准。爆破对地下洞室围岩稳定的影响程度取决于爆破后形成的岩石破碎圈和裂隙圈的大小。青岛市人防工程实例表明,采用光面爆破时,一般只形成极小的裂隙圈,破碎、裂隙圈的范围一般为普通爆破的1�3～1�2,不影响隧道的稳定。312确定爆破地震安全振动速度在实际爆破施工中,主要依据是“评价爆破地震效应的标准”和“爆破地震效应对人员影响的评价标准”。施工前查勘地面建筑物等环境条件,对照国标GB6722-86《爆破安全规定》和国外资料,类比青岛地下工程,先理论确定爆破安全振动速度值,实施爆破,量测地面质点振动最大速度,询问当地居民了解受爆破影响的实际情况,不断修正、调整后确定地震安全振动速度,及时调整爆破参数,经过多次反复,得出地铁试验段爆破地震安全振动速度V安:①交通主干道下隧道爆破:V安=50mm�s;;②砖房下隧道爆破:V安=20mm�s;③车站主体开挖爆破:V安=30mm�s。313一次起爆最大用药量的确定爆破地震效应引起的地表质点振动速度,除了与介质、炸药性质、装药结构、爆破部位、爆破参数、临空面等因素有关外,与一次起爆最大用药量关系最大。一次起爆最大用药量可采用下式计算求得:Q=R1�m(V�K)1�Αm式中:Q——炸药量(kg),齐发爆破取总炸药量;微差爆破或秒差爆破取一次起爆最大用药量。R——测点至爆源的距离(m)。V——地震安全振动速度(cm�s)。m——药量指数,取1�3。K——与爆破点地形、地质等条件有关的系数。Α——衰减指数,通过试验确定。通过爆破监控量测反馈的数据,可以绘出R�3Q—V图,找出V安—Q的相关关系,这样可以从回归线图查出“一次爆破最大用药量”,来控制循环进尺爆破参数的选择(图3)。图3爆破振动控制速度与一次起爆药量、离爆心距离的关系图314优化爆破方案设计根据设计要求,按照确保安全、优质、高效、低耗的原则,针对不同的环境条件,不同的断面大小、岩石性质及地质构造等情况,不断优化爆破设计方案,调整爆破参数,达到了开挖效果最佳而爆破危害最小之目的。①过街道段浅埋暗挖爆破方案隧道断面高4.2m,宽4.7m,马路宽25m;拱顶距路面垂直距离210～411m,有管线四条,其中650和400上水管各一条,400雨水管一条,200污水管一条。管底离拱顶1.5～2.0m。50上水管为焊接铁管,年代久远,锈蚀严重。过街隧道围岩以国标3、4类为主,局部�5类,围岩节理发育,整体性差。采用光面爆破,2#岩石炸药及乳化油炸药,起爆网络为复式网络。非电起爆塑料导爆系统,毫秒微差有序起爆,采用孔内外差。为避免叠加可能,微差大于50ms。循环进尺取1～115m,一天放两排炮,进尺2～3m�d。②旧砖房下浅埋隧道爆破方案隧道正上方地面是一5层砖房,建筑年限达30年,已列入市拆迁改造范围,基础距隧道拱顶4m。国标3、4类隧道围岩,节理发育,岩石整体性较差。采用光面爆破,起爆网络与过街的方案同,循环进尺取0.8～1.0m,一天放两排炮,进尺1.6～2.0m�d。③车站隧道爆破方案车站长218m,宽18.5m,高14m。南北两端分别有6层和5层砖房,覆盖层厚8～10m。国标�类围岩为主,岩石整体性好。为便于车站拱部进行大拱角复合衬砌的施工以及考虑到汽车出碴运输时与出入口通道在同一标高上,采用上导洞先行开挖方式(图1)。采用光面爆破,起爆网络与过街的方案同,循环进尺取1.8m,一天放两排炮,进尺3.6m�d。315爆破施工工艺与减振措施提高爆破工艺是提高工程质量的重要环节。提高爆破工艺并采取有效减振措施是降低爆破危害的重要手段。要求做到:①严格遵守GB6722-86《爆破安全规程》。②光面爆破时,周边炮眼的质量直接影响爆破效果和光面效果。钻眼时尽量做到周边眼互相平行,炮眼尽量垂直钻入,减少欠挖和超挖现象。③清孔装药。装药前将炮孔内的石屑、杂物用水冲净,严格按设计装药量装药。④暗挖光面爆破后,实行早封闭,强支护,保证洞室的稳定和安全。⑤采取水平楔形掏槽,掏槽体积大,增大爆破临空面。并将掏槽眼布置在开挖断面的下半部,可增大爆心距,以便取得更好的爆破效果。在4、5�类围岩节理发育带,增加双排缓冲孔,减少地震效应对围岩的扰动,增强围岩自稳能力,避免塌方。4结果分析与讨论(1)青岛地铁试验段1#出入口通道,采用浅埋暗挖钻爆法施工,安全通过了城市交通主干道和旧砖房地段,工程质量好,地下管线无破损,地面砖房无裂损。开挖通道时地面砖房沉降量为5～6mm,开挖车站时地面砖房沉降量为～4mm,路面沉降量为0。符合安全沉降量12mm的要求。(2)地铁隧道开挖爆破所产生的爆破危害是能通过调整爆破设计参数进行控制的,其中“一次爆破最大用药量”是最为关键的因素。若能满足地下洞室稳定性计算所确定的合理埋深条件,针对工程现场的地质条件,采用适当的爆破方式,是可能安全施工的。(3)在城市中大规模长时间进行钻爆施工作业,必须严格执行评价爆破效应安全的标准。由于爆破三害对居民产生的影响主要是爆破地震效应和爆破噪声,而爆破噪声又与地震地表振动速度相关,故对钻爆施工起控制作用的主要因素是爆破地震动。(4)地铁工程是一项市政工程,在实施爆破之前要进行宣传。一般在市区,当质点峰值速度超过10mm�s时,居民便会产生强烈的抱怨,但事实上,如果事先知道,人们的耐受力会大大提高,从而使这种“骚扰”能被人们善意地接受。(5)在钻爆施工期间,要坚持量测和记录振动,选择适当的量测仪器,做好信息反馈工作,总结经验规律。但是,地铁全线的地质条件及其环境因素千变万化,不能把现有的经验规律生搬硬套,要实行动态爆破设计,才能确保工程质量,取得良好的减振效果。(6)青岛市地铁采用暗挖钻爆法施工,可以大大减少地面建筑的拆迁量,大大节约三材用量,有效控制工程造价,减少工程施工对人们正常生活的干扰,取得良好的经济效益和社会效益。(7)选择一支技术过硬、素质高的施工队伍是保证工程施工质量的前提。班级铁工1335学号201303143310姓名李文目录1青岛地铁一期工程规划....................................................................................................22钻爆法施工的爆破效应.....................................................................................................23青岛地铁试验段钻爆法施工实践...................................................................................24结果分析与讨论................................................................................................................4