浙江省机电设计研究院有限公司 杭州 310051
摘要：密集房屋下地铁隧道爆破施工技术是在微台阶法的基础上，台阶的水平方向上再次分部爆破的施工方法，即先开挖中槽，后开挖边墙的施工方法，既能很大程度上降低爆破振动对上方地面房屋的影响，又能保持围岩稳定，减小地面沉降，保证地面房屋的安全。
关键词：隧道；爆破；施工技术
Key words: Tunnel; Blasting; Construction technology
1 前言
隧道开挖除了采取盾构法施工外，在岩层中和一些不规则断面，采取矿山法开挖隧道也是应用较多，而且是比较经济、快速的施工方法。但城市地铁线路越来越多，不可避免的地铁隧道必须从房屋下穿越。隧道开挖需要对爆破有害效应控制在有效范围内，特别是地面沉降、爆破震动的控制，以保证隧道上方房屋的安全[1]。
为解决城市密集房屋下地铁隧道施工中地面沉降、爆破振动影响上方房屋的难题，参考地采工程房柱法中开采矿房保留矿柱以保持围岩稳定的方法，提出在微台阶法的基础上，在台阶的水平方向上再次分部爆破的施工方法，即先开挖中槽，后开挖边墙的施工方法，既能很大程度上降低爆破振动对上方地面房屋的影响，又能保持围岩稳定，减小地面沉降，保证地面房屋的安全。
2 工艺原理
2.1 开挖顺序
微台阶分部法在微台阶法的基础上，在下台阶水平方向上分部开挖，先中槽后边墙的开挖顺序如图1。
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图1 微台阶分部法开挖顺序
2.2 预防地面沉降原理
微台阶分部法和CD、CRD微台阶分部法中，将非掌子面的其他部位在水平方向上分部开挖，分成中槽和边墙两部分，开挖顺序为：先开挖中槽部分，后开挖边墙部分。开挖中槽后爆渣可修筑挖机作业平台或者修筑挖机临时上山道路使挖机能够抵达掌子面进行耙渣作业。保留的边墙能够避免围岩过早暴露，缩短围岩暴露时间，同时，避免了上部的初支结构例如钢拱架的悬空，保证了隧道在竖直方向的应力稳定，保持拱顶、边墙的初支稳定性，预防地面沉降[2]。
采用微台阶分部法，下台阶按照“先中槽，后边墙”的顺序分部开挖，后开挖的边墙支撑初支结构（钢拱架），竖向应力平衡，洞内稳定，地层、地面不容易发生沉降。如图2所示：
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图2 微台阶分部法钢拱架示意图
2.3 控制爆破振动原理
微台阶分部法或CD、CRD微台阶分部法在施工过程中，控制上台阶（掌子面）开挖高度和进尺，从而达到减少单响药量和单次爆破总药量；微台阶法极大的增加爆破自由面，特别是朝向上方建筑一侧自由面，以及边墙的侧向自由面等，将隧道开挖由比较单一的自由面[3]，变成多自由面爆破，大大减小了爆破夹制作用，极大地降低了隧道爆破开挖的爆破振动。
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图3 爆破振动控制示意图
3 爆破参数及优化
1 爆破循环进尺
左线隧道采用微台阶分部法后上台阶爆破循环进尺由1m增加到1.5m，下台阶增加到2.5m；右线隧道采用CD、CRD微台阶分部法后上台阶爆破循环进尺由0.8m增加到1.2m，下台阶增加到2.5m。
2 炮孔间排距
采用微台阶分部法后，上台阶保持原参数不变，下台阶增加了临空面，优化了爆破条件，可合理增大了各炮孔间排距，下台阶的最小抵抗线公式按如下公式计算：
W=(0.4~1.0)L.式中，Ｗ为最小抵抗线，L为炮孔深度。下台阶的爆破循环进尺优化为2.5m，炮孔深度约为2.6m，故Ｗ＝1~2.5ｍ[4]，由于最上排受到的夹制作用最小，即最小抵抗线定为1m。考虑到其他炮孔在爆破时需要承受上部岩石重量，故其他炮孔排间距应相应缩小，定为650~850mm。
3 孔深
优化后，台阶法掌子面掏槽孔孔深2m，辅助孔孔深1.8m，周边孔孔深1.8m。CD、CRD法掌子面掏槽孔孔深1.5m，辅助孔、周边孔孔深1.3m。下台阶孔深2.6m。
4 起爆网络
采用导爆管雷管起爆网络，大把抓的连接方式。位于不同垂直面的工作面可以采用适当段位的雷管连接延时起爆。
4 施工工艺流程
密集房屋下地铁隧道爆破施工工艺流程如图4：
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图4 密集房屋下地铁隧道爆破施工工艺流程图
5 操作要点
5.1 施工准备
班前教育。每次作业前，召开班前会，技术人员对全体作业人员进行班前安全技术交底，对本次爆破作业进行任务布置以及重点强调安全措施。
5.2 炮眼布置
炮眼布置直接决定了隧道爆破效果好坏以及爆破振动大小、对围岩的扰动大小等，在施工中严格按照调整后的设计布孔，特别是掌子面掏槽孔的布置，决定了整个上台阶爆破的成功与否。
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5.3 钻孔、炮孔验收
技术负责人、爆破监理、安全员对炮孔进行严格验收，严格控制炮孔深度和角度，严格验收孔距，各项爆破参数严格按照设计执行。
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5.4 装药连线
炮孔验收完以后，严格按照设计单耗进行装药，对于掏槽孔和底板孔应加强装药，除瞬发雷管正向装药外，其他雷管全部采用反向装药方式。装药完成后采用炮泥机制作炮泥堵塞。
5.5 警戒
在装药过程中、爆破时都要做好警戒工作。
6 控制要点
1 炮孔布置
隧道爆破炮孔布置是关键，特别注意掏槽孔、周边孔的布置，孔网参数严格按照既定的方案执行。
2 孔网参数
孔网参数要根据地质变化情况和炮孔的深度及时进行调整。
3 开挖顺序
上台阶掌子面、下台阶、中槽、边墙等部位的开挖应和初支相配合，同时应配合机械施工。
4 振动监测、沉降监测
每次爆破进行振动监测，若振动波动过大应分析原因，正常情况下相同部位的爆破振动应稳定在一范围内。
7 社会环境效益
7.1 经济效益
采用非爆破开挖，例如机械开挖、静态破碎等成本高昂，例如静态破碎市场价250元/m3～350元/m3，而本爆破综合开挖方法成本价约100元/m3，每立方米石方节约开挖成本150～250元/m3，机械开挖成本更高。
7.2 社会效益
微台阶分部法和CD、CRD微台阶分部法主要针对城市密集房屋下地铁隧道开挖容易出现的地面沉降、爆破振动等难题应运而生，在地铁隧道开挖过程中，保护地面建筑不受爆破破坏是非常重要的，土建工程石方爆破工程隧道爆破开挖采用这种新工艺，保护了地面居民建筑安全，使施工顺利进行，缩短了工期，取得了良好的社会效益。
8 结论
密集房屋下地铁隧道爆破施工技术适应用于城市地铁隧道工程，适用于各种软弱岩层，特别是隧道上方有密集建筑物时，具有明显优势。经过实际工程应用得到如下结论：
1 微台阶横向分部开挖：先中槽，后边墙。
2 边墙保护围岩、支撑隧道初支结构，预防地层、地面沉降。
3 保留的边墙体积小，边墙爆破规模小，对围岩扰动小。
4 将微台阶分部法与CD、CRD法结合。
参考文献
[1]方俊波.地铁隧道爆破施工下穿地表建筑物的减振技术研究[J].中国工程科学,2014,16(11):58-64.
[2]吴涛,彭立敏,翟旭东.下穿密集居民区地铁隧道施工爆破测试及安全评价[J].现代隧道技术,2009,46(6):48-52.
[3] 李术才,李克先,雷刚, et al.近距离下穿在建地铁隧道施工爆破变形及控制方法研究[J]. 岩土力学,2014,35(S2):284-289.
[4] 郭新新.密集居民区城市隧道爆破施工对周边构筑物的振动响应规律及安全控制技术研究[D].西南交通大学,2014.