淺談城市地鐵下穿建筑物爆破控制技術

紀帥

摘要：城市地鐵礦山法施工在下穿建筑物過程中，為保證房屋結構安全，避免施工擾民，合理有效的進行爆破控制是非常關鍵。編制爆破設計專項方案時，應根據隧道埋深、圍巖地質、爆破振動控制要求以及爆心與建筑物基礎的空間關系等情況，對鉆爆設計與爆破施工進行分級管理。

關鍵詞：爆破振速、鉆爆設計、薩道夫斯基公式

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

1工程概況

青島市地鐵一期工程（3號線）土建03標，起于太平角公園內，線路基本延香港路布置，標段尾止于延安三路與香港中路交叉口沿香港中路以東約600m。

太延區間正線往太平角公園站方向下穿多棟建筑物，區間沿線兩側建筑物較多。區間下穿房屋段線路長度約528.98m（按單線長度計），分別下穿伊美爾整形醫院、青島市商業總公司（如家快捷酒店太平角店）、湛山路3號民房（濟軍一療理發店）、濟南軍區第一療養院口腔科。隧道拱頂距建筑物基礎距離在6.3m-17m，建筑物基礎均為毛石條形基礎。下穿房屋段區間所處地層由上至下分別為：強風化、中風化和微風化花崗巖層。工作區內的地下水類型按賦存方式主要為：第四系松散堆積層孔隙水，基巖裂隙水。

2.鉆爆設計原則

根據工程實際、工程要求、地質地形條件和地表建筑物分布情況，確定設計原則為：

（1）確保地面建筑物、市政管線和現場施工人員的安全。設計方案要進行爆破振動安全計算，要嚴格按照《爆破安全規程》GB6722-2003進行設計和施工，要有具體的安全施工措施。

（2）采用聯合布置大直徑中空孔，臺階分部開挖、預裂爆破等方法盡可能多的創造爆破臨空面，有效降低爆破振動對保護目標的有害影響。

（3）通過降低掘進進尺、增加鉆眼數量，控制爆破規模等措施，控制單孔裝藥量和最大單段起爆藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆巖體中，從而將地面控制點的爆破振動速度控制在2cm/s以內。

（4）根據隧道所處圍巖比較堅硬的特點，采用橫分縱錯一次起爆分部延時爆破技術。也就是將隧道的橫斷面分成若干部分，各部分之間大時差孔外延時，每一部分內毫秒延時，一次點火起爆。通過將各部分在縱向錯開一定距離來增加有效臨空面，提高孔外延時爆破的可靠性。對軟弱巖層采用縮短錯開距離，及時支護等手段，保證頂板安全。

（5）對設計確定的鉆爆參數進行現場爆破試驗和爆破振動監測，以取得合理的爆破參數。爆破參數應根據地質地形條件、地面建筑物、地下管線、保護巖柱的具體情況，結合爆破振動監測結果，適時調整、動態管理。

（6）根據隧道埋深、圍巖地質、爆破振動控制要求以及爆心與建筑物基礎的空間關系等情況，對鉆爆設計與爆破施工進行分級管理。本設計將隧道左右線里程K4+780.51~K4+980開挖段分為一級爆區和二級爆區兩個爆區。其中，一級爆區是指隧道下穿建筑，且隧道拱頂距建筑物基礎的最小距離小于10m或隧道圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級的爆破區域。二級爆區是指隧道不下穿建筑物，隧道拱頂距建筑物基礎的最小距離大于10m且圍巖級別為Ⅰ~Ⅲ級的爆破區域。在本設計中，一級爆區的里程范圍包括，左線K4+780.51~K4+980，右線K4+780.51~K4+958。該區段下穿主要建筑物有，伊美爾整形醫院、青島療養區供應公司（如家快捷酒店）、湛山路3號民房、濟軍一療理發店和濟軍第一療養院口腔科。隧道斷面類型有A4、C1、A2、A3。二級爆區的里程范圍包括，右線K4+958~K4+980。該區段沒有下穿建筑物，隧道斷面類型為A10。針對不同的爆區和斷面，采用不同的鉆爆設計。

3 爆破振動對地面建筑物的安全驗算

目前我國對地面建筑物的爆破振動判據，采用保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率。安全允許標準如表4-1。本工程所用淺孔爆破的主振頻率在40Hz～100Hz之間。

表4-1 爆破振動安全允許標準

根據表4-1選取建筑物安全允許振速時，應綜合考慮建筑物的重要性、建筑質量、新舊程度、自振頻率、地基條件等因素。 對于省級以上（含省級）重點保護古建筑與古跡的安全允許振速，應經專家論證選取，并報相應文物管理部門批準。對于非擋水新澆大體積混凝土的安全充許振速，可按表4-1給出的上限值選取。

（1）一級爆區振動驗算

一級爆區的上方建筑物有伊美爾整形醫院、青島療養區供應公司（如家快捷酒店）、湛山路3號民房、濟軍一療理發店和濟軍第一療養院口腔科。其中，伊美爾整形醫院和如家酒店建于2004年，磚混結構，毛條石基礎。隧道拱頂至該建筑物基礎底部最小距離為5m。湛山路3號民房、濟軍一療理發店和濟軍第一療養院口腔科，建于上世紀四五十年代，建筑物結構老化嚴重，抗振能力較差。一級爆區上部地層包括素填土、粉質粘土、強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化花崗巖。以中風化花崗巖計算，取K=200，α=1.65。根據工程經驗，掏槽爆破時產生的振動最大。對于一級爆區，5種爆破方案中掏槽眼單段最大起爆藥量Qmax = 0.075kg，爆心距如家酒店基礎底部最小距離約為7.2m。根據薩道夫斯基公式得出爆破振速為：

V=K(Q1/3/R)α=200( )1.65=1.85cm/s<2cm/s

式中 K-場地系數

α-衰減系數

Q-單段最大裝藥量

R-測點與爆破位置距離

對于一級爆區，5種爆破方案中掏槽眼單段最大起爆藥量Qmax = 0.075kg，爆心距湛山路3號民房和濟軍一療理發店基礎底部最小距離約為11.7m。根據薩道夫斯基公式得出爆破振速為：

V=K(Q1/3/R)α=200×( )1.65=0.83cm/s<1.5cm/s

一級爆區的5種爆破方案對地面建筑物產生的振動均小于2 cm/s，符合《爆破安全規程》的振動控制要求。

（2）二級爆區振動驗算

二級爆區隧道拱頂距最近建筑物基礎的最小距離距離最小為14m，地質主要為微風化和中風化花崗巖。濟軍第一療養院口腔科為上世紀五十年代磚混結構、毛石條基礎。本工程的場地系數按K=150，α=1.5。根據工程經驗，掏槽爆破對地表質點振動最大。本設計方案A掏槽最大單段起爆藥量Qmax = 0.2kg，爆心距離建筑物基礎最小距離為16m。根據薩道夫斯基公式得出爆破振速為：

V=K(Q1/3/R)α=150( )1.5=1.05cm/s<2cm/s

爆破方案B掏槽最大單段起爆藥量Qmax = 0.4kg，爆心距離建筑物基礎最小距離為16m。根據薩道夫斯基公式得出爆破振速為：

V=K(Q1/3/R)α=150( )1. 5=1.57cm/s<2cm/s

二級爆區的A、B兩套爆破方案對地面建筑物產生的振動均小于2 cm/s，符合《爆破安全規程》的振動控制要求。

參考文獻

[1]《青島市地鐵一期工程（3號線）施工設計技術要求》（試行版）2010年6月。

[2]青島市地鐵一期工程（3號線）施工圖設計第四篇區間工程，第五冊太平角公園站～湛山站區間，第二分冊《區間主體結構及雜散電流防護設計圖》。

[3]《青島市地鐵一期工程（3號線）施工設計文件編制統一規定》（試行版），北京城建設計研究總院。

[4]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）。

[5]《錨桿噴射混凝土支護規范》（GB50086-2001）。

[6]《爆破安全規程》（GB6722-2003）。

[7]《鐵路隧道監控量測技術規程》（TB10121-2007）。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。