暗挖矿山法隧道减震爆破技术

　　1 工程概况
　　广州市轨道交通三号线【广州东站～林和西站】暗挖区间分为左右两线隧道，折合单线长度1676. 99延米，隧道埋深9.2～27m，局部埋深5.0m。隧道穿越处围岩以红层全风化至红层微风化粉砂岩为主，拱部多处于土、石交界地层，施工中围岩变化频繁。
　　该段地形平坦，地表为林和西路，交通繁忙。线路两侧基本为多层和高层建筑物，起始端35m位于东站站厅层下方，终点左线45m紧邻中信大厦，东侧中间地段均为公共绿地；西侧建筑较多，主要建筑有广州东站建筑群、景星酒店、中水广场、电力设计院、中信广场等。
　　2 减震开挖方案
　　2.1 钻爆技术要点
　　本区间隧道洞身穿越处主要为中、微风化岩层，需要爆破开挖。但钻爆开挖必须考虑以下技术要点：
　　2.1.1 钻爆开挖时，要防止爆破震动引起上方软弱地层的坍塌，危及施工安全和地面安全。
　　2.1.2 由于本主体暗挖隧道左、右线间距较小,隧道之间岩墙体厚度最小间距为7.0m，因此，先行开挖的隧道易受后开挖隧道爆破震动的影响，甚至破坏。
　　2.1.3 隧道埋深浅，距离建筑物过近，钻爆施工易对地面建筑物及地下建、构筑物产生震动影响，甚至破坏。
　　为避免震动对地面建筑物的危害，采用减震、光面爆破。爆破作业遵循浅孔密布的原则：少装药，短进尺，多循环、分台阶开挖。左右线隧道同时施工时，严格控制光爆层的厚度、炮眼间距和装药量，尽可能的减少对地表建筑和周边地层的扰动。并先行一条隧道，后行隧道爆破开挖时，尽可能的减少对先行隧道已成结构的扰动。故爆破方案如下：
　　2.2 减震开挖方案
　　2.2.1 台阶法开挖爆破
　　当围岩结构为上断面松软下断面坚硬时，上断面采用人工开挖，开挖出上台阶临空面，下断面采用松动爆破开挖。
　　每次爆破进尺不超过1m，台阶法施工每次爆破进尺控制在0.75m左右。掏槽区炮眼深度控制在0.7～1.2m左右，每炮循环进尺控制在0.5～1.0m左右。控制单段药量，控制爆破规模以达到控制质点振速的目的。在围岩较好的地段，在保证地面安全的情况下，可以将隧道下断面每炮循环进尺控制在1～1.5m，以保证施工工期。
　　2.2.2 预留光面层的光面爆破
　　在对振速有严格要求地段,如与东站商业广场紧邻地段，为了控制振速及保证成形质量，均采用预留光爆层实现光面爆破技术。
　　2.2.3 光面爆破结合松动爆破
　　广林区间靠近林和西站侧，地表埋深仅有7.0～10.0m，围岩破碎，土石混杂，人工开挖困难，且左线靠近中信广场侧局部为建筑基坑回填土。为减轻震动及噪音，上断面采用机械配合人工开挖，下断面采用光面爆破结合松动爆破的爆破开挖形式。
　　2.3 爆破技术措施
　　爆破震动强度主要与爆破器材、岩石波阻抗、地形地貌条件、爆破方式及爆心与震动测点的间距等因素有关，因此，降低爆破震动将从以下几个方面入手： 把安全工程师站点加入收藏夹
　　2.3.1 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，本工程施工中采用在掏槽眼和辅助眼部位选用防水效果好的乳化炸药，在周边眼部位选用小直径低爆速的光爆炸药。
　　2.3.2 选择合理的雷管起爆时差。设计爆破网络为孔内微差，孔外同段的非电微差起爆技术。导爆管一般跳段使用，使段间间隔时间大于50ms，防止地震波相叠加而产生较大的震动。
　　2.3.3 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+密排监控眼混合掏槽法，即充分利用楔形掏槽的易抛掷和减震作用与贯通掏槽的贯通临空面来最大限度地减轻地震动。
　　2.3.4 选择合理的钻爆参数。根据开挖断面的大小、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、掏槽形式、装药量、起爆顺序等钻爆参数，炮眼采用线形布孔、线形起爆，注意提高装药质量和炮口堵塞质量，达到减震、提效的预期目的。
　　2.3.5 确定单段最大装药量
　　单段最大装药量根据爆破振速的大小确定。
　　控制基准按规范中规定的对地面建筑爆破垂直振速允许值控制：
　　砼或钢筋砼结构：2.5cm/s；
　　一般砖石结构：1.5cm/s；
　　砖砌平房：0.8～1.0cm/s。
　　针对本隧道的实际情况，我们制定的爆破振速基准为：
　　地面建筑物的爆破振速：2.0cm/s；
　　后开挖隧道爆破引起的先开挖隧道衬砌内的爆破振速：5.0cm/s。
　　最小爆距的确定为极大限度地减轻对周围地层的扰动，尽量减少扰民。结合现有资料，并积极向业主、设计院等单位咨询，并经实地勘踏调查，初步掌握区间隧道重要控制建筑及地下建筑距隧道的最小距离，并依此来确定最小爆距。以地面建筑物基础底部（或地面）至爆源中心的距离为安全控制半径，并以质点振动速度限值作为控制标准，进行反算各部分所允许的单段用药量。
　　单段最大装药量根据萨氏公式V=K（Q1/3/R），根据广州市公安治安处编制的《爆炸物品管理措施法规汇编》的规定，并根据施工经验、结合地层地质情况，选取适当K、α值。利用公式[Vmax]= K（Q1/3/R），反算出所允许单段最大装药量Q，并在施工中不断根据监测结果及爆破效果来调整单段装药量，或根据爆破漏斗试验来调整。控制了掏槽眼爆破振速就比较容易控制其它有更多临空面区域的爆破振速。在爆破震动监测信息反馈下可适当增减单段药量。
　　根据萨氏公式V=K（Q1/3/R），由于α＞1，在K、α为常数，Q值一定的情况下，V∝1/ R ，故爆破设计时掏槽区应尽量位于底部，以加大掏槽区爆源距地表的距离，降低爆破振速。掏槽眼采用分层装药结构以分散装药集中度，减轻震动。
　　2.3.6 孔内参数。因为隧道所通过围岩土、石混杂，围岩结构不固定，所以各种断面炮眼布置及钻爆设计参数的确定得根据实际情况来确定。
　　2.3.7 光爆技术。在对振速有严格要求地段如：与东站商业广场紧邻地段，为了控制振速及保证成形质量，采用预留光爆层实现光面爆破技术。周边眼装药结构为空气间隔装药，采用专用光爆药卷。在软弱围岩或围岩破碎段，周边眼采用隔眼装药，以尽可能减少对周边围岩的扰动。
　　2.3.8 起爆顺序。掏槽眼→掘进眼→内圈眼→上台眼→周边眼→底板眼。
　　3 爆破作业方法
　　3.1 根据测量的中线、标高划出开挖轮廊线，并根据钻爆设计标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼。
　　3.2 爆破作业装药前应将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净，经检查合格后方可装药。方法如下：
　　3.2.1 周边眼采用不耦合装药，使爆力均匀分散炮孔壁，有利于保护围岩；其余炮眼采用集中装药。
　　3.2.2 起爆药包位置确定：置于孔底，雷管穴能穴朝孔口，即采用底部反向起爆。若岩体渗水或湿度大，孔底先置乳化炸药，倒数第二个药卷作为起爆药包。
　　3.2.3 堵塞长度：装药完毕炮眼堵塞长度不宜小于200mm，采用预裂爆破时，应从药包顶端起堵塞，不得只堵塞眼口。堵塞物为1:3配比的粘土与砂子混合而成的炮泥。
　　4 监测分析及小结
　　测点分析。实际爆破施工中，为了建筑物的安全，我们在上断面爆破时分别在地表隧道中线，邻线隧道垂直距离最近点，地表建筑物的基岩埋设了三对（水平向、垂直向）测点。
　　监测结果分析。通过监测与分析监测数据，整理得出以下结论：
　　4.1 各段最大装药量与爆破振速的关系
　　为了研究最大装药量与爆破振速的关系，在爆破靠近广州东站段共进行了四次实验，该段围岩坚固、地表建筑物为钢筋混凝土结构的景星酒店，其中地表、邻线（相邻先行隧道）、建筑物测点距离均为定值，各段装药量亦为定值。
　　根据萨氏公式V=K（Q1/3/R）,由于该段围岩坚硬，K值取80，α值取1.6，用单段掏槽眼装药量计算各点振速分别为13.7，4.58，0.52cm/s，与上表实测结果非常接近。所以爆破振速只决定于只有一个临空面的掏槽眼装药量。另外，普遍情况水平向振速小于垂直向振速。
　　4.2 掏槽眼位置与爆破振速的关系
　　同样，在爆破靠近广州东站段又进行了2次实验，各种参数同上，惟有掏槽眼位置分别上移、下移各30cm。相比较可得，在距震源较近的情况下，适当降低掏槽眼高度，将会降低爆破振速。尤其是在爆源距离建筑物特别近（5～10m）的情况下，更具适用性。
　　4.3质点振速对建筑物及人群的影响
　　广林区间在共计54次的爆破振速监测中，有19次振速在2.0～2.5 cm/s之间，有22次在1.5～2.0 cm/s之间，有12次在1.5 cm/s以下。建筑物均没有任何损害，人群在振速为2.0以上时会受到一定程度的惊吓，在1.5 cm/s以下时基本没什么影响。因此在城市市区控制爆破，考虑到各种综合因素，建筑物的质点安全控制标准：2.5cm/s。另外从环境角度考虑，在人口稠密的市区进行地下爆破，为消除人群的恐惧心理，应尽可能把质点振速控制在1.5 cm/s以下，且爆破应尽可能安排在白天进行。