特大断面暗挖地铁车站爆破技术安全控制与评价

自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司地铁车站特大断面隧道爆破施工•重庆市轨道交通六号线二期北段BT3标自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司本项目位于重庆市北碚老城区，包括两座暗挖双层岛式车站（天生站、五路口站）及区间、施工通道、出入口、通风道和竖井。天生站位于北碚区老城天生路下大致呈南北向布置。沿街为大量8层居住楼。天生路为连接北碚新老城区的重要道路，道路较窄，车流量较大，交通比较拥挤。沿道路主要管线有通讯光缆、电力管、给排水管线等。五路口站位于北碚区的中山路上，紧邻北碚区老城的步行街，周边道路人与车流量较大。一、工程概况自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司天生站3#出入口1#出入口1#通风井2#通风井主车站施工通道施工区域自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司五路口站天生站～五路口站区间五路口站终点区间终点区间风井及地下风机房4#出入口2#出入口1#通风井2#通风井主车站施工通道施工区域自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司勘察区原始地貌属构造剥蚀丘陵地貌，后经改造原始地貌已发生显著变化，形成城市居民建筑区和城市道路，地形较平缓。地形坡角一般在1°左右，地面高程235～240m，最大高差约5m。经地面地质调查和钻孔揭示，场地分布的地层为第四系全新统及侏罗系中统沙溪庙组地层，勘察区位于川东南弧形地带，华蓥山帚状褶皱束东南部的次一级构造北碚向斜东翼。岩层呈单斜产出。岩层产状：倾向285°，岩层较平缓，倾角20°。出露的地层由上而下依次可分为第四系全新统(Q4)和侏罗系中统沙溪庙组(J2s)沉积岩层。二、工程地质自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司五路口站地质纵断面图自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司砂质泥岩：紫褐色，紫红色，泥状结构，泥质胶结，层状～厚层状构造，主要由粘土矿物组成。表层强风化带一般厚度0.6～1.3m，强风化岩心呈碎块状；中风化岩心呈短柱状～中长柱状，裂隙较发育。整个区间场地内均有分布。自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司天生站地质纵断面图自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司砂岩：灰白色为主，细粒～中粒结构，中厚层状构造，钙质胶结。主要矿物成分有：石英、长石、云母。砂岩强风化层厚度0.1～1.3m，强风化岩心多呈黄灰色、浅灰色，碎块状、短柱状；中风化岩心呈短柱状～中长柱状，裂隙较发育，完整性好，整个场地内均有分布。自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司共分为6个台阶123465三、隧道开挖方法最大开挖断面：车站区间342㎡宽20.59m,高18.09m（6车道）车站主体326㎡宽24.54m,高16.64m（5车道）曲墙+仰拱的五心圆马蹄形的特大断面自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司①采用新型起爆器材和爆破技术：电子雷管与非电毫秒雷管不受段别的限制，可以在不同时间一次起爆，最大限度的降低了爆破振动。②不耦合装药：使炸药在大于其自身体积的范围内发生爆炸，可以降低爆轰波的传播速度，从而降低了爆轰波对炮孔壁的冲击强度，从根本上使爆破振动强度降低。③改善光面爆破的起爆顺序：隧道采用光面爆破，周边眼最后采用同一段雷管一次起爆，以达到利用应力波叠加的原理破碎岩石。四、爆破技术安全控制微震爆破技术方法自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司为确保本项目隧道开挖施工安全，防止因开挖爆破引发对周边环境的影响，结合项目实际，采用光面控制爆破开挖技术。1)因隧道位于城市中心街区，爆破点距公路及居民区建筑物较近；2)隧道洞室岩性强度高，机械作业效率低下；3)宜在白天进行爆破作业，振速控制在1.0～1.5cm/s以内；4)原则上采用浅眼多循环、楔形掏槽进行施工；5)周边眼可采用机械钻孔，形成空腔阻隔震波，亦可有效降低振速6)爆破分区实行一次布孔、同时装药分段起爆。7)当分段药量不能满足要求时，则采用分次装药分次起爆。8)距建筑物10m范围内不允许爆破作业，采用机械破碎的方法；9)距建筑物基础底标高20m范围内的爆破，孔深不能超过1.5m；10)距离建筑物基础底标高30m范围内爆破，辅助手段可采用打设超前减震孔，周边打2-3排φ80孔径减震孔，孔间距10cm，排距15cm，孔深超过爆破孔深2.0m以上。爆破施工的原则四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司1)炮眼深度确定车站主体以周边炮眼深度1.0m为循环进尺，掏槽眼加10～20％。根据现场施工方法、围岩状况监控及周边环境综合考虑下，选择周边炮眼深度为1.5m，掏槽眼加10～20％。2)炮眼数量N=qS/ηγ；式中：N——炮眼数量，不包括未装药的空眼；S——开挖段面积，㎡；q——单位炸药消耗量，一般取q=0.76kg/m³，取值参照附表；η——装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.6；γ——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石硝铵γ=0.75。即：N=（0.76×70.87）/（0.6×0.75）=120个；其中掏槽眼6个，周边眼33个，底眼13个，辅助眼68个。3)左上导坑每一循环装药量计算及分配Q=qV；式中：q——单位炸药消耗量，取q=0.76kg/m³；V——1个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m³，有效进尺取95%：1.0米×95%=0.95米。即：Q=0.76×0.95×70.87=53.3kg炮眼数量及装药量参数设计四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司因为计算炮眼数量时，采用η=0.6，由周边眼装药集中度q=0.20kg/m，得出周边眼装药系数为0.2，设其它各炮眼装药系数取值：掏槽眼0.8，底眼0.8，辅助眼0.7，则：6×0.8+33×0.20+13×0.8+68×0.7=（6+33+13+68）τ计算得：η=0.6；若计算η≠0.6，则需重新调整τ值代入N=qS/ηγ，并适当调整所设掏槽眼、底眼、辅助眼装填系数，使试选τ值与计算τ相符。所以按上列装填系数进行分配是可以的。各炮眼装药量分配如下四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司名称孔数孔深装药长度填塞长度单孔装药装药量雷管炮孔（个）h(m)L(m)L1(m)量Q(kg)Q(kg)段位掏槽眼61.31.00.30.7684.61辅助眼681.00.70.30.5336.01～7底眼131.00.80.20.67.89、11周边眼二圈眼331.00.20.80.154.912合计12053.3①每个掏槽眼装药量：0.75×1.28×0.8=0.768kg，折合为5.1卷，用5卷；②每个辅助眼装药量=0.75×1.0×0.7=0.53kg，折合为3.5卷，用3.5卷；③每个周边眼装药量=0.75×1.0×0.2=0.15kg，折合为1卷，用1卷；④每个底眼装药量=0.75×1.0×0.8=0.6kg，折合为4卷，用4卷。四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司现场爆破炮眼位置自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司根据设计要求，隧洞的洞径取23.6米，X方向总长70米，模型边界（侧面）距隧道边缘50米，模型上边界取至自然地面，下边界（底面）距隧道55米，约3倍洞高。对于初始断面施加Z方向位移约束；对于左右两侧给定X方向位移约束；对于底面给定Y向位移约束，地表为自由边界，为防止地震波在边界处发生反射干扰，模型两侧/内面及底面施加无反射边界。模型由炸药、岩石和空气三部分组成，通过适当调整岩石的参数来考虑上覆浅层土的因素。计算模型采用SOLID-144单元，它是一个三维、8节点的实体单元，每个节点在X、Y和Z方向上均发生位移、速度和加速度，某些点重合，单元可以变成六节点的楔形单元、四节点的四面体单元及五节点的五面体单元。因此，该类型单元的适应性强，能够很好的适应爆破等大变形的数值模拟。分别采用不同的材料单元和网格建模形式，对模型进行网格划分（见下图）。四、爆破技术安全控制计算模型自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司数值模型立体图四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司本节研究隧道掌子面爆破对已成洞围岩的影响，故选取隧道距离工作面10m（断面1）进行质点振动沿断面分布规律分析。（1）位移分析图1-图4为隧道断面1垂直隧道方向、平行隧道方向、垂直地面方向以及合位移的位移包络图。由图1可看出在垂直隧道方向上位移最大值发生在左侧拱脚处，拱腰处的位移也稍大，在拱顶方向位移最小；由图2可以看出平行隧道方向位移拱肩处最大，拱顶次之，在离爆源较近的左侧壁整体位移大于右侧位移；由图3可以看出垂直地面方向位移最大值发生在左侧拱肩部分，且相对其他两方向位移最大，在隧道合位移中起着决定作用；在图4合位移包络图中可以看出最大位移发生在左侧拱肩，并向两侧逐渐变小，拱顶位移次之，在右侧拱脚处位移最小。隧道断面动力特性四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司0.069mm0.077mm0.058mm0.028mm0.068mm0.093mm0.13mm0.13mm0.093mm0.068mm0.028mm0.058mm0.077mm0.069mm图1断面1垂直隧道方向位移包络图0.05mm0.13mm0.19mm0.18mm0.12mm0.07mm0.053mm0.053mm0.07mm0.12mm0.18mm0.19mm0.13mm0.05mm图2断面1平行隧道方向位移包络图0.12mm0.15mm0.19mm0.24mm0.27mm0.21mm0.19mm0.19mm0.21mm0.27mm0.24mm0.19mm0.15mm0.12mm0.20m0.15mm0.13mm0.13mm0.15mm0.20m0.24mm0.27mm0.21mm0.19mm图3断面1垂直地面方向位移包络图图4断面1位移合矢量包络图四、爆破技术安全控制自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司四、爆破技术安全控制压力盒应力计自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司在隧道断面周边交错布设2～3排Φ80mm减震孔，间距为10cm,孔内不装药，减震孔孔眼底部要比周边炮眼深度加长1m，其他炮眼爆破后采用机械清除减震孔的围岩。爆破振动测试减震孔与炮孔布设在隧道断面中心采用机械掏槽，用以减少爆破总药量。④采用减震孔与机械掏槽降低爆破振动：减震孔掏槽（经过实践：效率低下）特大断面暗挖地铁车站爆破技术安全控制与评价自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司⑤调整起爆次序来降低爆破振动第二步：辅助眼、底板眼第一步：中心掏槽眼起爆第三步：二圈眼、周边眼（经过实践：可采用此工法）掏槽眼二圈眼周边眼辅助眼底板眼特大断面暗挖地铁车站爆破技术安全控制与评价自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司爆破振动测试仪自强奋进永争第一中交一公局第三工程有限公司天生站～五路口站区间两侧的主要建筑有中山商场(9F)和建设银行(5/-1F)文化馆等楼房，该段土层厚度小，这三处建筑基础埋深较小，但大部分建筑物距车站开挖边界平面距离较小，记录长度：2.0000s记录速率：16000,sps试验设备：TC-4850爆破振动：1.193cm/s通道号通道名称最大值cm/s主频HZ时刻s单位量程cm/s灵敏度1通道X-0.98663.4920.02975m/s35.71428.0002通道Y0.84183.3330.00169m/s35.71428.0003通道Z-1.19370.7960.00650m/s35.71428.000通道X测试波形通道Y测试波形通道Z测试波形爆破振动通道：X、Y、Z合并测试波形序号建筑物建筑物距隧道中线距离（米）与建筑基础距离（米）至地表深度（米）围岩级别开挖面积炮眼数炮眼深度单位装药量（Kg）总装药量（Kg）爆破振动（cm/s）对建筑物的影响1中山商场7.74.518.8Ⅳ51651.00.4823.21.0安全2中山商场7.74.518.8Ⅳ51561.00.7638.41.5安全3中山商场7.74.51