复杂地层条件下地铁隧道下穿建筑物爆破设计

复杂地层条件下地铁隧道下穿建筑物爆破设计
朱木锋
【摘要】青岛地铁一期工程3号线是青岛市的首条地铁线路,地铁隧道沿线下穿众多的房屋建筑.青岛市的地层上部多为软弱层,下部为基岩,表现为上软下硬的复合地层.地铁隧道的现场施工多采用钻爆法施工,爆破对上软下硬复合地层的变形有着重
大的影响,施工中对爆破震动具有严格的要求.针对青岛地铁某区间下穿建筑物洞段,爆破设计中采用微差毫秒爆破技术有效地的控制了爆破震动,为类似的工程提供了
参考.
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2015(040)004
【总页数】4页(P38-40,73)
【关键词】地铁;建筑物;爆破;设计
【作者】朱木锋
【作者单位】江西省交通工程质量监督站,江西南昌330009
【正文语种】中文
【中图分类】U452.2
0 引言
随着我国经济的发展，各主要城市交通压力随之剧增，在北、上、广、深圳、南京、青岛、大连等全国23个大中型城市中，已规划或者在建的地铁等轨道交通项目，
总长近2 000 km，在建总长已超过500 km，建设速度、规模在世界上首屈一指。

青岛地铁一期工程3号线是青岛市的首条地铁线路，线路上部多为软弱层，下部
为基岩，表现为上软下硬的复合地层。

对于上软下硬的复合地层，一般表现为隧道顶部以上为砂层、回填土等软弱层，下部以强度较高岩石为主的硬层。

在特殊的情况下还会表现为掌子面一半为软弱层，一半为岩石的特殊情况。

地铁隧道的现场施工多采用钻爆法施工，在爆破施工时会对地面的建筑物产生影响和危害。

炸药在介质中爆炸后产生强大的冲击波，当冲击波传播至离爆源10～15 R时，冲击波转变为介质中的应力波，当它的强度超过一定限度时，会引起地表或附近建构筑物的破坏［1－5］。

对于上软下硬的复合地层，岩石层需要采用爆破来进行开挖，而上部砂层或土层需要采取相应的减震措施来保护地层，减少对地层的破坏，起到保护上部建筑的目的。

故上软下硬的这种复合地层，对爆破设计有着更高的要求［6－9］。

青岛地铁一
期工程3号线某区间，隧道地层表现为上部为富水砂层，下部为花岗岩的基岩层，而且隧道上方存在大量建筑物，施工分险极大，对爆破震动控制有着极高的要求。

针对特殊的上软下硬地层，进行了爆破设计，为类似工程提供的参考。

1 工程概况
1.1 工程概况
青岛地铁一期(3号线)是青岛市的首条地铁线路，研究的区间隧道为单洞单线区间，区间两端暗挖，沿黑龙江路向北，下穿张村河，然后下穿黑龙江路立交桥到河东站，区间隧道起始里程为K16+149.875，终点里程为K17+24.969，左线线路总长876.09 m，右线线路总长为884.295 m，本隧道穿越地层为饱水砂层，埋深
2.5～10.5 m，区间线间距为13～36.35 m。

地层表现为上部为饱水砂层，下部为花岗岩的基岩层。

1.2 穿越既有建筑物
区间隧道主要穿越2座建筑物，建筑物基本信息如表1所示。

表1 隧道下穿建构筑物表Table 1 Buildings above tunnel序号建成年代基础方式围岩等级房屋结构层数下穿方式穿越长度/m 隧道顶部距基础距离/m 1 不详毛石条形基础 V 砖混结构三层正穿 10 约8.0 2 不详毛石基础 V 砖混结构四层正穿 20 约8.0
2 爆破设计
爆破设计主要考虑砂岩交界面在上台阶时这种情况，掌子面开挖示意图见图1。

掌子面上部砂层较少，下部岩层较多，分上、下台阶开挖时，上台阶砂层部分采用超前注浆加固，岩层部分采用松动爆破开挖，是根据此岩层较软，无需常规爆破方式即可满足开挖装渣要求，另外主要原因是松动爆破震动较小，对上部注浆加固体扰动影响能降到最小［10－15］。

图1 上软下硬地层示意图Figure 1 Schematic diagram of upper-soft lower-hard ground
2.1 上台阶岩层部分爆破设计
由于上台阶岩层高度是随砂岩分界面变化而变化，爆破施工采用松动爆破技术，以“短进尺，弱爆破，强支护，快封闭”为作业原则，爆破进尺控制在0.5 m。

2.1.1 爆破材料
钻孔机具选用YT28型凿岩机，钻头选用一字形合金钻头，直径为40 mm。

炸药选用2号岩石乳化炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆网路。

2.1.2 爆破参数
①炮孔直径:d=42 mm。

②孔深:根据地质条件和爆破施工规程，开挖进尺为0.5 m，孔深L=0.6 m。

③ 炮孔布置及装药量如图2，表2所示。

图2 上台阶岩层爆破炮孔布置图Figure 2 Layout of blasting blasthole on
upper bench rock
表2 上台阶岩层爆破参数表Table 2 Blasting parameters table of upper bench rock炮眼名称段别孔深炮孔个数炸药类型药卷规格单孔药量/kg 单段药量/kg 装药结构掘进眼 1 0.6 7 乳化Φ32 0.2 1.4 连续5 0.6 8 乳化Φ32 0.2 1.6连续底板眼 9 0.6 9 乳化Φ32 0.2 1.8 连续周边眼 11 0.6 12 乳化Φ32 0.1 1.2 连续综合参数开挖断面/m2预计进尺/m爆破石方/m3 炮眼总数炸药总量/kg 炸药单耗/(kg·m －3)周边眼间距E/mm周边眼抵抗线W/mm 15 0.5 7.5 36 6 0.8 350 600
2.2 下台阶爆破设计
当砂岩交界面在上台阶，下台阶为中风化岩层，采用光面爆破技术施工，施工进尺为1.0 m，炮孔直径为40 mm，孔深1.2 m，具体爆破参数设计如表3及图3所示。

表3 岩层爆破参数表Table 3 Blasting parameters table of lower bench rock 炮眼名称段别孔深单段孔数炸药类型药卷规格单孔药量/kg 单段药量/kg 装药结构掘进眼1 1.2 5 乳化Φ32 0.3 1.5 连续3 1.2 4 乳化Φ32 0.3 1.2 连续5 1.2 3 乳化Φ32 0.3 0.9 连续7 1.2 6 乳化Φ32 0.3 1.8 连续9 1.2 5 乳化Φ32 0.3 1.5连续周边眼 11 1.2 12 乳化Φ32 0.15 1.8 连续底板眼 13 1.2 8 乳化Φ32 0.15 1.2 连续综合参数开挖断面/m2预计进尺/m爆破石方/m3 炮眼总数炸药总量/kg 炸药单耗/(kg·m －3)周边眼间距E/mm周边眼抵抗线W/mm 18.23 1.0 18.23 43 9.7 0.532 350 700
图3 下台阶岩层爆破炮孔布置图Figure 3 Layout of blasting blasthole on lower bench rock
3 现场监测
根据现场监测，研究的区间下穿建筑物期间共进行120余次爆破震动监测，整理
数据分类见表4。

表4 下穿建筑物爆破震动监测数据统计表Table 4 Statistics table of blasting vibration monitoring data月份爆破震速/(cm·s－1)0～1 1～2 共计/次6 20 3 23 7 24 2 26 8 23 4 27 9 22 3 25 10 18 1 19
研究的区间下穿建筑物期间的爆破震动监测结果表明，爆破震速多在0～1 cm/s 之间，超过1 cm/s的只有13次，爆破震动速度在控制值2 cm/s之内，没有出现爆破震动速度超标的情况。

其中典型监测点的爆破振动波形图如图4所示。

图4 爆破震动监测波形图Figure 4 Oscillogram of blasting vibration monitoring
从图4可以得出:爆破震动波形图出现了多个波峰，每个波峰的震动速度并不是很大，这是由于采用了微差毫秒爆破技术，将一次爆破转变成多次爆破，减少单次起爆的药量。

从波形图上可以看出最大垂直振动速度－1.948 cm/s，在爆破控制标准2 cm/s范围之内。

由此可见，设计给出的爆破开挖方案是可行的，满足的房屋的爆破震动要求。

4 结论
青岛地铁一期工程3号线，区间隧道下穿建筑物洞段，地层表现为明显的上软下硬特征，隧道施工对爆破控制的要求极高。

爆破设计主要考虑砂岩交界面在上台阶，设计中采用了微差毫秒爆破技术，将一次爆破变成多次爆破。

通过现场连续跟踪爆破震动监测，爆破震动速度在控制值2 cm/s之内，没有出现爆破震动速度超标的情况。

由此可见，设计给出的爆破震动方案是可行的，满足的房屋的爆破震动要求。

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