广州地铁暗挖隧道微振爆破技术
摘要:在建筑物密集且部分建筑物抗震性能差的城市繁华地带的地下,进行浅埋隧道爆破开挖施工,只有采用微(减)振控制爆破技术才能使地表建筑物免受爆破振动的危害。详细介绍广州轨道交通五号线广州火车站站的钻爆施工的设计、爆破控制、振动监测等内容,采取闭合双回路孔内外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量,爆破达到了预期效果。
关键词:城市地下铁道 浅埋隧道开挖 微振爆破 孔内外微差爆破
1 工程概况
广州轨道交通五号线首期工程(口至文冲段)位于广州市老城区中最繁华且交通流量较大的城市主干道环市西路北侧、广州火车站中广场与东广场之间。车站为东西走向,周边高楼密集,道路纵横。广州火车站位于荔湾单斜的东侧,地层呈北东向展布,倾向北西,倾角约45°。五号线广州火车站站所处地面为广州火车站广场,地形较平坦,地面高程8.36~9.00 m,站址所处地段为微丘台地,东临越秀山。五号线广州火车站站位于广三断裂以北,广从断裂以西的构造区。
根据勘察揭露,本场地主要土层有人工填土层、冲洪积砂层、冲洪积土层、湖泊相淤泥质土层、残积土层,下伏基岩为泥质粉砂岩、砾岩、含砾泥质粉砂岩、含砾砂岩等各风化带组成。地下水水位埋藏较浅,稳定水位埋深为1.09~2.50 m,平均埋深1.83 m,高程为6.00~7.49 m,平均为6.74 m。本工程站台层为暗挖隧道, 位于地下约20 m处,隧道上方是车站广场和地中海商场,其中穿越地中海商场段距离地中海商场桩基础底部约6 m,西面接二号线站台,隧道长为128 m,爆破开挖直径约为11.3 m。 2 总体设计构思
针对本工程地处城市地段,所处地层围岩上软下硬,同一工作面分布不同围岩类别等特点,进行隧道微振控制爆破技术设计。设计中充分体现微振控制爆破技术研究成果。
隧道爆破采用微振控制爆破,通过控制炸药单耗实现降低爆破振动强度,减少爆破对施工区段建筑物的影响,拱部采用光面爆破,墙部采用预裂爆破,核心掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术,以尽可能减轻对围岩扰动,充分利用围岩自有强度维持隧道的稳定性,有效地控制地表沉降,控制隧道围岩的超欠挖,达到良好的轮廓成形[1-2]。 3 爆破方案
主隧道采用CRD(交叉隔壁法)法施工,爆破顺序为A→B→C→D。施工过程中,炮孔位置依据岩体保留情况做适当调整。炮孔布置如后图3。根据本工程地质条件及结构断面,开挖方案决定采用拱部光面爆破,墙部预裂爆破。最大段允许用药量以允许爆破振动速度来控制,由萨道夫斯基公式进行计算
式中 Q———最大一段允许用药量(kg); V———振带安全控制标准(cm/s); R———爆源中心到振速控制点距离(m);
K———与爆破技术、地震波传播途径介质性质有关的系数; α———爆破振动衰减指数; m———经验系数。
由于一般情况下,掏槽爆破的地震动强度比其它部位炮眼爆破时的地震动强度都大,因此从减振出发,选用适于减振的楔形掏槽形式,如图1所示。由于广州地下水丰富,炸药采用乳化油炸药,周边眼爆破采用专用光爆炸药,引爆雷管采用非电毫秒雷管。起爆雷管采用电雷管[3]。有关实测资料表明:在软弱围岩中爆破振动频率比较低,一般在100 Hz以下;振动持续时间纵向、横向振动持续时间大时,可达到200 ms左右,垂直向
可达100 ms左右。为避免振动强度叠加作用,导爆管采取跳段使用,为尽量避免振动波形叠加,段间隔时差控制为100 ms[4-8]。
循环进尺根据地质条件及进度安排确定。结合本工程地质条件、工期要求及施工方法确定循环进尺为0.75 m,采用浅眼爆破,不仅控制一次爆破总用药量,也控制了段用药量,可以达到减振仅对围岩扰动的控制。 周边眼装药结构视地质情况灵活选用不同的形式:岩层比较破碎时,采用双传爆线结构,如图2中B所示;中等岩层采用竹片,传爆线,小直径药卷间隔不耦合装药结构,底部药量适当加强,如图2中A、D所示;较为完整的岩层,可采用专用小直径光爆炸药的连续装药结构,如图2中C所示。上述装药结构均用炮泥堵塞。其他炮眼结构装药均采用连续装药结构,如图2中E所示。其堵塞要求将炮泥堵在与装药相接的部位,实践证明这种堵塞方法比堵在眼口的爆破效果好。本工程地下隧道开挖爆破工程设计均依据上述方法及参数进行布孔设计,采用分段微差起爆技术。每段最大爆破药量以周围结构安全允许振动速度指标控制。
底板眼的爆破,传统的习惯作法是加大装药量,并且最后同时起爆,以达到翻渣的目的,便于出渣。而爆破振动观测说明,隧道爆破产生的地震动强度除掏槽眼最大外,其次是底板眼爆破。有时底板眼爆破产生的地震动强度最大,从保护围岩稳定的角度来看是不合理的。为此,将底板眼分成几个段分开起爆。这样可以减少底板眼同段起爆共同作用的装药量。改变底板眼抵抗线方向,从而减小底板眼爆破产生的地震动强度。 起爆顺序:预裂爆破时先预裂后掏槽,然后辅助眼。光面爆破,从掏槽眼开始,一层一层地往外进行,最后周边光面爆破。具体落实到段号时,遵循以下三点来考虑:①应有合理的段间隔时间;②同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量;③前一段爆破要尽量为后一段爆破创造良好的临空面。本工程爆破设计在既有条件下充分体现了这三点。
爆破参数的选取方法主要有工程类比法、计算法及现场试验法,本工程在参数选取过程中综合运用前两种方法,并在以后施工中根据现场试验调整。具体参数见表1。
根据工程特点,岩层条件,工期要求确定循环进尺为0.75 m。考虑炮眼利用率,拟炮眼深度为0.9 m,掏槽眼另加20%,约1.1 m。在小直径(35~42 mm)炮眼,开挖断面在5~50 m2的条件下,单位面积钻眼数为1.5~4.5个/m2,本设计根据工程实际情况选取,如图3。
4 爆破效果
采用微振爆破技术,周边轮廓尺寸符合设计要求,超欠挖控制在10 cm以内,炮孔利用率达95%,平均炸药单耗<0.98 kg/m3。虽然围岩软弱,但光爆半孔率仍达70%以上,地表测得的最大质点振速为0.949mm/s,洞内初期支护无开裂变形地下管线完好无损。顺利地完成该区段的隧道施工。 5 结语
通过对广州地铁五号线广州火车站站暗挖站台层隧道爆破设计及施工,详细介绍微振控制爆破设计及施工,以及在施工存在的重大技术问题的解决方法。为今后在浅埋地铁隧道爆破施工以及在类似工程中遇到的问题提供经验。 参考文献
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