微差爆破盾构机刀盘前方孤石施工技术应用

微差爆破盾构机刀盘前方孤石施工技术应用

魏坤华

魏坤华

粤水电轨道交通建设有限公司广州511340

摘要：本在隧道施工中，复杂的地质中存在不均匀风化的产物（如花岗岩的球状风化），孤石对盾构机掘进产生较大的影响，容易出现刀盘刀具损坏、卡阻或其它安全隐患，采用微差爆破处理孤石，在保证安全的情况下，能快速有效的处理孤石，恢复盾构机正常掘进。

关键词：孤石、隧道、爆破、安全

一、工程概况

广州市轨道交通十四号线支线工程【施工5标】土建工程，工程内容包含：【马头庄站～枫下站】区间及【枫下站～知识城站】区间四条隧道，采用盾构法施工，四条隧道均存在大量的微风化花岗孤石，强度在70Mpa~120Mpa,对盾构掘进产生极大的安全影响。由于孤石分布不规则，以目前的地质勘探技术无法全部准确的探明，难免在盾构机掘进过程中，直至掘进参数异常，刀盘刀具损坏严重，才发现孤石。没有提前处理孤石，在盾构机刀盘前方处理孤石，是一项非常大的技术难题，需要考虑处理孤石的同时而不损坏盾构机。

二、周边环境及处理孤石的方案选定

枫下～知识城区间右线1264环孤石爆破处理位置地质情况

开仓位置地层情况

3、隧道穿越地层：上部穿越<5H-2>，下部穿越<6H>强风化花岗

枫下～知识城区间右线1264环的左侧垂直距离约15米有1条埋深约1.48米直径1.2米的供水管，该点处于九龙大道与育贤路交界附近，南面是占用的九龙大道行车道，最近约8米外是多层框架结构房屋，东西两向是九龙大道，北面是九龙大道绿化带及九龙大道，约10米外是多层框架结构房屋（详见图枫知右1264）。本工程环境较复杂的主要是枫知右1264的施工点，其除具有所有施工点的共同因素且有其它点没有的复杂环境，因而技术方案以该点为侧重，其余点均可参照实施。

孤石处理的方法主要有地层注浆加固后盾构直接推进、钻孔爆破孤石、人工挖孔破碎孤石、冲孔桩破碎法、岩石分裂机破碎孤石等。根据广州市轨道交通十四号线支线工程【施工5标】项目经理部提供的有关马枫、枫知孤石处理设计图纸，处理方法为提前地面爆破处理后盾构掘进通过，但由于详勘及补勘结果均未发现孤石侵入隧道，未能提前进行处理，而是经开仓后发现刀盘已碰孤石，因此直接进行常规爆破风险较大。

该线路要求2017年确保通车，工期急迫，任务艰巨，因此需要快速处理孤石，确保盾构机正常掘进，才能完成工作任务。通过方案筛选，认为只有采用爆破方法才能快速有效的处理孤石，在确保盾构机和已完成隧道结构安全的前提下。

三、爆破方案的技术要求

为了确保盾构机、和成型隧道的安全，保证盾构能顺利掘进。本次爆破采用加强松动爆破方案，在离现在盾构机停机处刀盘面30cm处打一排防震孔（由于盾构机可以后退10～20cm，最终爆破时防震孔离刀盘面为30cm～50cm），孔径为90mm，孔超深盾构机底部0.5米，孔内下Ф75cmPVC塑料套管，不需要填充，减少爆破震动对盾构机刀盘的危害。爆破孔采用地质钻，钻孔直径为90mm，下直径为75cmPVC套管护孔。加强松动爆破是为了使岩石充分破碎及避免大块的产生，采用“梅花型和正方型”布孔，排间微差起爆方式。

对于已经开挖完成的相邻的隧道，根据《爆破安全规程》，交通隧道15～20cm/s，本工程取15cm/s，计算得出允许同段最大装药量为8.14kg，本工程最大单孔装药量约为1.88kg，通过微差爆破方法能保证爆破震动对相邻隧道的安全。对于通讯电缆，由于线缆是柔性结构而对爆破振动要求不大，只要不产生刚性冲击是不会对线缆造成影响。

四、爆破方案参数设置和实施

根据现场探孔及周边管线情况，本工程的重点和难点在枫知右线上方的供水管以及对盾构机的保护，由于爆破距离盾构机刀盘约0.5米，因此在爆破施工时要保证不损坏刀盘及盾构机的转动机构。

目前枫知右1264环位置孤石勘探初步情况是：隧道深度13.56～19.56米，探孔的孤石平均厚度约0.9米，埋深约18.2米，初算方量约2.6～3.0立方米，左侧垂直距离约15米有1条埋深约1.48米直径1.2米的供水管，该点处于九龙大道与育贤路交界附近，南面是占用的九龙大道行车道，最近垂直距离约18米外是多层框架结构房屋，东西两向是九龙大道，北面是九龙大道绿化带及九龙大道，距离约22米外是多层框架结构房屋。参考预裂爆破以保证孤石能裂开计算，以装药在0.4～0.6公斤/米或炸药单耗2.0～3.0公斤/立方米来计算，最大的单孔药量约0.6公斤，按爆破安全允许质点振动速度V=2.0cm/s计算，允许最大单段药量在1.86公斤左右，因此采用毫秒延时爆破能解决和保证供水管的安全。

为更好地控制爆破可能对盾构机的影响，在厚度大于2米的孤石上采用间隔装药、间隔空腔（预裂爆破装药）和孔内分段等来控制单段最大药量。

起爆网路的时间间隔，对改善爆破效果与降低爆破震动有重要作用，在确定微差间隔时间时主要考虑满足药包直径、合理的孔网参数和岩石的物理力学性质等因素，按我公司在类似爆破工程的经验，选用微差间隔时间为50ms，孔内雷管使用5段，孔外使用3段雷管连，炮孔少时可使用孔内延时，本次施工中根据实际情况采用不同的连接方式；孔内非电毫秒导爆管雷管→孔外延时用同段非电毫秒导爆管雷管双发簇联→导爆管雷管起爆。起爆顺序则是：导爆管雷管起爆→孔外延时非电毫秒导爆管雷管→孔内非电毫秒导爆管雷管。

为了保证爆破施工的安全，避免爆破施工造成与周边村民产生纠纷，爆破前对1264环周边的民房进行一次拍照摸查，爆破时使用专用的爆破测振仪对爆破震动进行爆破震动监测。爆破时主要考虑爆破震动对周边民房、已修建好的对向隧道及周边管线的影响。在装药试爆时，根据1264环需要进行爆破震动监测的对象距爆破点的距离，距离试爆点8米、15米、21米、22米、23米的地方布置监测点，安装测振仪，通过试爆得出爆破震动速度，根据爆破震动速度的大小，通过回归分析，得出K、α值，调整单孔装药量，从而控制最大起爆药量。在爆破时，再使用测振仪对相邻隧道，1264环周边民房监测点进行爆破震速监测。

五、爆破效果的检测

根据之前的同一施工标段内的爆破情况，当时是采用了孔网参数为0.6X0.6米孔排距，Ф60mm药卷的孤石处理专项爆破方案，爆破后的出碴基本是完全破碎，随机抽芯无完整芯样，本次采用0.5X0.5米的孔网参数，用Ф32mm药卷并用底部加强装药，预计爆破效果能达到破裂孤石并满足爆破破碎区域内的岩石使盾构机能顺利通过的要求，同时对保护对象不造成损坏，爆破后要求岩石体积不超过0.3m³。。

六、结论

孤石对盾构机掘进产生较大的影响，容易出现刀盘刀具损坏、卡阻或其它安全隐患，由于详勘及补勘结果均未发现孤石侵入隧道，未能提前进行处理，而是经开仓后发现刀盘已碰孤石，因此直接进行常规爆破风险较大，通过控制装药量参数微差爆破爆破处理孤石，并在施工过程中，严格控制炸药量，做好各项安全措施，最终顺利在短时间处理了大量的孤石群和完成隧道贯通。

参考文献:

[1]《爆破安全规程》（GB6722-2014）

[2]公安部《爆破作业项目管理要求》(GA911-2012)