暗挖隧道侧穿桥桩的初期支护措施及爆破

摘 要:根据工程实践，以大连地铁工程南关岭站至华北路站区间暗挖隧道穿越甘南立交桥为例，结合工程地质条件，针对性的提出了暗挖隧道内初期支护加固措施及爆破控制措施，以期为今后类似暗挖隧道工程的安全施工提供参考。
关键词:暗挖隧道，桥桩，初期支护，爆破

0引言
随着城市建设的高速发展，为满足城市交通需要，解决城市交通、停车、贸易、通讯、供水以及供电等工程项目占地的重大难题，人们将大力开发利用地下空间［1］。其中，地铁隧道逐步成为城市发展的推进器，也成为城市发展水平的体现，在城市交通中占据越来越重要的地位。地铁隧道多位于城市中心，地铁施工对周围邻近建( 构) 筑物的影响不可避免，采取措施不当，极易引起周边建( 构) 筑物沉降、倾斜，甚至坍塌［2］。因此，地铁隧道穿越建( 构) 筑物时的控制措施成为了地铁施工的重点和难点。

1工程概况
南关岭站至华北路站区间设计范围里程为 DK3 +114． 101 ～DK4 + 072． 076，线长约 957 m。
1) 本区段地貌为剥蚀低丘陵，地形起伏较小，地面高程 21． 61 m ～24． 14 m，地面为华北路，南侧为加油站、房屋和修理厂，沿线建筑物密集，管线、管道众多;
2) 地下水水量中等 ～ 丰富，为基岩裂隙水。隧道开挖在溶洞发育处，该处裂隙发育，地下水渗流通道发育，水量较丰富;
3) 岩溶中等发育，钻孔岩溶遇洞率为 54% ，岩溶裂隙水较发育，溶洞充填粘土、全风化和强风化灰岩碎屑，对隧道施工影响较大。
区间暗挖隧道自华北路站向小里程方向施工，甘南路立交桥“主⑥”两个既有桥桩位置处于正线里程 DK3 +964． 964 及 DK3 +946． 946 处，其直径为 2． 5 m，桥桩边缘距右线水平净距为 2． 14 m，距左线水平净距为 2． 06 m，左线和右线拱顶埋深分别为 9． 67 m，9． 97 m，距桥桩桩底为 6． 85 m。
区间暗挖隧道采用浅埋暗挖法( 台阶法) 施工，隧道为单拱马蹄形断面，采用钻爆法开挖。区间隧道侧穿桥桩段开挖地层围岩为Ⅴ级和Ⅵ级，隧道围岩为中风化石灰岩，局部夹强风化，岩体裂隙发育，溶洞发育，若暗挖隧道施工采取措施不当，易产生局部坍塌、桥桩沉降等风险。另外，该段区间隧道下穿繁华的华北路，路面车流量较大，且重型车辆居多，对暗挖隧道施工也有一定的影响。

2初期支护措施
2． 1初期支护结构
断面支护参数为: 拱部打设 120°超前小导管支护，每两榀打设一道，环向间距300 mm，?42，t =3． 25，L =2 500 mm，双层? 6 钢筋网片( 150 mm × 150 mm) ，格栅钢架间距 500 mm，300 mm 厚C25 喷射混凝土封闭。
2． 2初期支护背后注浆
为确保施工安全，在该浅埋地段初支施工时严格按照设计台阶法步长进行下台阶施工，及时封闭成环。并在下台阶封闭后距掌子面 5 m 范围内及时进行初支背后注浆。初期支护背后采用二次压浆，注浆材料采用水泥浆液，注浆孔沿拱部及边墙布设，环向间距: 拱部 2 m，边墙 3 m，纵向间距 3 m，梅花形布置，注浆深度为初支背后 0． 5 m，注浆终压 0． 5 MPa。

3区间隧道钻爆法施工设计
针对本区段暗挖隧道的环境特点、结构特点、施工方法等，并综合考虑钻爆施工对隧道结构及桥墩的影响，在保证施工安全的前提下，本着“短进尺，弱爆破，早封闭，勤量测”的原则［3］，决定采用微差、分部、多段、多次弱爆破技术施工的减振措施。
根据《爆破安全规程》标准，结合设计变更及联系单相关要求，甘南路立交桥桥墩振速限制在 2． 5 cm/s。
3． 1爆破减振措施控制
3． 1． 1控制爆破原理
控制爆破主要是通过在拱部周边布设减震孔形成减震隔离带和小导坑超前开挖所创造爆破凌空面达到减震之目的，其原理就是利用爆破凌空面和减震隔离带在爆破时对爆破震动能力的大量吸收及消耗，使隔离带后面的区域受到的震动大大减小; 同时减少了断面的装药量，在爆破时也大大减少了对洞顶附近建筑物的扰动，从而确保了爆破安全。
3． 1． 2爆破地震效应安全标准
炸药在岩石中爆炸时强烈的冲击波和应力波，随着传播距离的增加，逐渐衰减为地震波。地震波虽然不能使岩石破坏，但它会引起岩石的强烈弹性振动，从而使爆区周围建筑物出现破坏甚至倒塌现象，根据中国 GB 6722-2003 爆破安全规程［4］提出了爆破对建筑物和构筑物的爆破震动安全标准判断可采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主频率的对应关系，以主振频率的频段确定相应的振动速度，并考虑了延时间隔的影响。
3． 2爆破设计方案
3． 2． 1爆破设计
1) 选择合理的炸药品种。
炸药品种与炸药的爆破震动速度有直接影响，根据工程地质和水文地质条件，本工程施工中选用防水效果好的乳化炸药，每卷重量 200 g。
2) 选择合理的雷管起爆时差。
设计爆破网络为孔内微差和孔外同段的非电微差起爆技术。非电导爆管雷管跳段使用，间隔时间大于 50 ms。
3) 选择合理的掏槽形式。
掏槽是隧道爆破成败的关键，也是产生最大爆破震动速度的主要震源。为了达到减震的目的，选用楔形掏槽，充分利用楔形掏槽的易抛掷和减震作用与贯通掏槽的临空面来最大限度地减轻震动。
4) 选择合理的钻爆参数。
根据开挖的大小、部位、工程地质情况、周边环境条件等，选择合理的炮眼深度、间距、装药量、起爆顺序等钻爆参数，炮眼采用线性布孔、线形起爆，注意提高装药质量和炮口堵塞质量，达到减震、提效的目的。本工程钻爆参数如下: a． 掏槽眼。孔深: 考虑到掏槽眼只有一个临空面，爆破条件较差，炮眼利用率低，故掏槽眼比其他炮孔加深 20 cm。炮孔间距: 根据岩性及工作面的大小、炮孔深度，孔间距取 a =0． 5 m。b． 辅助眼。孔间距: 辅助眼间距与岩石软硬、掌子面大小、炮孔深度密切相关，水平隧道爆破一般取 a =0． 6 m ～0． 8 m。为保护桥墩不受破坏，本次取0． 6 m。排距取 0． 5 m。c． 周边眼。孔间距: 孔间距取 a = 0． 30 m，排距取 b =0． 45 m。每延米药量: 根据岩性，每延米装药量 q = 0． 15 kg / m ～0． 25 kg / m。
5) 装药结构和填塞。
掏槽眼和辅助眼采用反向不耦合连续装药，周边眼采用反向不耦合底部空气间隔装药，为了确保爆破效果，炮孔的填塞长度一般不得小于炮孔长度的 1/3。
6) 起爆方式及顺序。
由于此段对震动控制要求严格，且距桥墩距离较近，为避免爆破产生的震动对桥墩结构的破环，本次设计方案在桥墩前后 10 m初步进尺 0． 5 m，采用双楔形掏槽方式，起爆采用非电导爆管。台阶分部开挖施工，采用多孔、多次、多段和微差爆破，进尺 0． 5 m。
把上台阶分为左右两部分，并在靠近桥墩一侧打设加密隔振孔，利用孔内和孔外相结合延时爆破，最大限度的减少单段起爆药量，起爆顺序为: 掏槽孔→辅助孔→周边孔; 下台阶在靠近桥墩一侧打设加密隔振孔，采用多段微差弱爆破( 松动) 一次完成，严格控制住最大段的药量。
3． 2． 2爆破地震波控制验算
根据本区间已经实施的爆破震动监测经验可知，爆破开挖的最大震动速度值不取决于一次起爆的总药量，而取决于某最大段装药量及炮孔布置、装药结构。
打设隔振孔时，测点振速大小主要取决于分段装药量的大小，在桥墩处振速控制原则为 V≤5 cm/s，隧道开挖爆破中，振速主要跟单段起爆的药量有关，本设计方案加设隔振孔，对减少爆破震动起到一定作用。
根据岩石性质、爆破方式，爆破地震动速度计算公式为:

其中，V 为地震波波速，cm/s; K =150; α =1． 8; Q 为单段最大装药量，kg; R =8 m。这里 V 取 1． 5 cm/s，经计算单段最大装药量: Q =0． 586 kg; 爆破设计中在周边打设加密隔震孔，单段最大装药量: Q =0． 6 kg 满足要求。
3． 2． 3爆破安全距离验算
在隧道开挖爆破中，会有个别岩块飞散距离较远，易对人员、设备或隧道结构成品产生危害，必须予以重视和控制。个别飞石的飞散距离跟爆破参数、孔口堵塞质量等因素有关。隧道开挖爆破中，掏槽孔最有可能产生危害性飞石，应特别注意其填塞质量，并作飞石距离验算。
飞石距离验算公式:
R = 20 × K × W × n2。
其中，R 为飞石安全距离，m; K 为飞石安全系数，一般取 K =1． 0 ～ 1． 5; W 为最大一个药包的最小抵抗线，m; n 为最大一个药包的爆破作用指数; 经验算，设计中可能产生的最大飞石距离 R =35 m。
3． 2． 4爆破减震措施
1) 采用分部、分台阶开挖，孔内和孔外相结合微差爆破技术;2) 采用多段位非电毫秒导爆管雷管，选择科学合理的雷管起爆时差，增加起爆段数，降低同段起爆药量; 3) 采用低密度、低爆速、低猛度、高爆炸力的乳化炸药，严格控制装药量; 4) 从传播途径上隔震、减震。在主炮孔与开挖边界之间打设加密隔震孔，从传播途径上减震和消震; 5) 采用混合掏槽形式，利用空眼减少爆破对围岩的扰动，提高炮孔炮眼利用率; 6) 利用监测数据进行回归分析，不断调整、优化爆破参数; 7) 加强特殊地段的超前地质预报工作，根据地质情况及时调整钻爆参数。

4结语
1) 基于甘南立交桥现状、隧道施工影响范围及华北路交通情况，地铁隧道侧穿桥桩时，采取加强洞内初期支护、控制爆破震动等措施，以减少隧道施工对桥桩的影响。工程实践表明: 在隧道侧穿立交桥桥桩期间，对桥桩采取上述处理措施是合理的，地层沉降和桥桩变形指标都在控制范围内，保证了工程的顺利进行，也为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验。
2) 为了使工程措施的选择更加理性和更具有针对性，应结合具体工程，在满足影响控制标准的前提下选择爆破控制方案，以及初期支护措施。地铁隧道对邻近既有桥桩的影响应引起高度重视，从监测、施工和投资等多方面综合权衡，因地制宜制定科学的施工方案。同时应加大协调、监督和管理力度，确保施工方案得以贯彻实施，达到地铁建设与桥梁安全的目的。