淺談深孔爆破在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用
摘要：盾構(gòu)法施工工藝具有施工速度快、安全性好、施工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在我國(guó)目前的地鐵施工過(guò)程中已經(jīng)越來(lái)越多的被廣泛使用。在盾構(gòu)法施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到隨機(jī)分布的孤石，且孤石形狀大小各異、強(qiáng)度不一。在這類地層中掘進(jìn)效率低，刀盤刀具磨損嚴(yán)重，易產(chǎn)生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨等，還會(huì)造成隧道軸線偏離從而不得不對(duì)設(shè)計(jì)做出變更，若土質(zhì)松軟，固定不住孤石，不能產(chǎn)生足夠的破碎反力，孤石就會(huì)隨著土體的破壞而移動(dòng)或被刀具彈開，或者會(huì)在刀盤前面循環(huán)，增加對(duì)土體的擾動(dòng)，造成地表沉降過(guò)大等安全隱患。怎樣處理好盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中所遇到的孤石，是當(dāng)前盾構(gòu)法施工中一個(gè)較大的技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法施工,地鐵,施工
人工清除孤石的工作對(duì)于工作人員和工程項(xiàng)目都很危險(xiǎn)，開挖面崩塌可能會(huì)使施工人員傷亡，也可能引起隧道頂部地面過(guò)大的沉降。在這種情況下進(jìn)入開挖面是不可能的。
深圳地鐵5號(hào)線翻靈區(qū)間右線在國(guó)內(nèi)首次采用了深孔爆破的方法，并取得了成功。作為該區(qū)間的監(jiān)理組長(zhǎng)，筆者親身經(jīng)歷了全過(guò)程，現(xiàn)把該案例介紹出來(lái)，以供參考。
該區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)前五個(gè)月，施工單位對(duì)盾構(gòu)施工線路做了補(bǔ)勘，補(bǔ)勘結(jié)果顯示，右線從DK4+240到DK4+310，有連續(xù)的基巖突起，侵入隧道最高達(dá)到3.9米，強(qiáng)度最高達(dá)到217.1MP，況且基巖上部有孤石群，最大的孤石長(zhǎng)度7.65米、厚度1.8米(見下表)
施工過(guò)程中，對(duì)已探明孤石及基巖突起等不良地質(zhì)，采用地面地質(zhì)鉆垂直打孔，裝炸藥爆破隧道范圍內(nèi)孤石及基巖，使孤石及基巖成為單邊長(zhǎng)度小于30cm的碎塊。
地質(zhì)鉆打孔孔徑為89mm，由于需要爆破處理的巖石位于地表以下14~22米左右的位置，厚度約0.3m-1.8m，采用地表深孔及水下鉆孔兩種爆破形式
爆破的部位位于創(chuàng)業(yè)一路路面下方，地表兩側(cè)均分布有居民樓，爆區(qū)環(huán)境示意圖如下圖所示：
爆區(qū)環(huán)境示意圖
爆破方法介紹：
采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，垂直鉆孔形式，土層鉆孔孔徑為100mm，進(jìn)入巖層鉆孔直徑為89mm，孔內(nèi)雷管選用毫秒導(dǎo)爆管雷管，起爆雷管選用順發(fā)電雷管，炸藥選用乳化炸藥，標(biāo)準(zhǔn)直徑為60mm。
由于炮孔深度達(dá)到約22米，需要爆破處理的巖石位置為地表以下約15~22m的位置，同時(shí)由于炮孔中有水，因此，起爆藥包采用軟鋼絲懸吊于爆破點(diǎn)的位置，且一端固定于孔口位置，標(biāo)高誤差不大于10cm。藥包裝在特制的PVC管體內(nèi)，由于起爆體上方有約15米高的水柱，壓強(qiáng)相當(dāng)大，因此在起爆體下方懸掛了一個(gè)抗浮金屬吊裝體。炮孔采用正向裝藥起爆，起爆選用電與非電兩種方式聯(lián)合起爆，采用兩發(fā)瞬發(fā)電雷管，且分別屬于兩個(gè)電爆網(wǎng)路，兩套網(wǎng)路并聯(lián)后起爆。網(wǎng)路示意圖如下所示：
單位耗藥量計(jì)算：
q=q1+q2+q3+q4
式中 q1—基本裝藥量，水下垂直孔q1=1.1kg/m3; q2—爆區(qū)上方水壓增量，q2=0.01h2;h2—水深，m; q3—爆區(qū)上方覆蓋層增量，q3=0.02h3;h3—覆蓋層(淤泥或土、砂)厚度，m;q4—巖石膨脹增量，q4=0.03h; h—梯段高度，m。
本工程h=4m，h2平均取18m，h3=15m，q1=1.1kg/m3
q=1.1+0.01×18+0.02×15+0.03×4=1.7kg/m3。
具體的裝藥結(jié)構(gòu)如下所述：
1)孤石爆破
雖然巖石厚度較小,但是考慮到測(cè)量以及藥包吊裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差(誤差累計(jì)不得超過(guò)10cm)。因此孤石爆破時(shí)，當(dāng)單孔單體爆破時(shí)裝藥長(zhǎng)度與巖石厚度相同,多孔單體爆破時(shí)，相鄰兩個(gè)炮孔，其中一個(gè)炮孔鉆至孤石底面(即鉆穿)，裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10cm不裝藥;其鄰孔孔底距離孤石底面10cm，裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10cm不裝藥。
具體鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示：
孤石爆破布孔平面示意圖
2)基巖爆破
由于基巖埋深較深，為18~22m，體積較大，厚度2~4米不等，從而導(dǎo)致其爆破爆碎難度較大，為了便于施工及爆破破碎效果，采取首先對(duì)前排孔進(jìn)行爆破，然后利用前排孔爆破擠壓周圍土層產(chǎn)生的自由面，再對(duì)后排孔進(jìn)行逐個(gè)起爆。炮孔間排距均為0.8~1.2m，鉆孔超深0.5~0.8m，裝藥深度比基巖厚度深約0.5~0.8m。
具體鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示：
3)孤石與基巖重疊爆破布孔示意圖
需要保護(hù)的建筑物距離最近的爆破點(diǎn)距離為約24米，爆破作業(yè)沒(méi)有對(duì)周圍的建筑物造成任何破壞。
歷時(shí)一個(gè)月的時(shí)間，對(duì)該地段的孤石和基巖進(jìn)行了爆破，從后來(lái)盾構(gòu)機(jī)順利通過(guò)這個(gè)地段的情況來(lái)看，可以說(shuō)明這個(gè)爆破的案例是成功的。只是爆破殘留物石英含量較高，對(duì)刀具的磨損較大。盾構(gòu)通過(guò)了這段不良地質(zhì)之后，開倉(cāng)更換了刀具。
該案例證明，對(duì)于預(yù)先探明的孤石和基巖突起，采用深孔爆破的方法是可行的。
