【施工方案】顶管施工中的爆破技术（二）

5 岩层爆破施工

由于岩层需从工具管开挖舱向外钻孔爆破，为减少震动、冲击波等爆破有害效应，确保爆破面平整度，岩层采取短进尺多循环光面爆破［2］。

地质资料剖面示意图

5.1 岩层爆破参数

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q 是相互制约的［3］。

( 1) 、光爆层厚度( B) 及炮孔间距( a) :

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。

对于小的圆形断面顶管施工来说，每个工作循环的爆破推进长度一般可选择为1 /2 的工具管直径［1］，但本工程考虑到部分顶管穿越岩层区域下部为岩层、上部为土体及顶管穿越全断面岩层处上方覆盖岩层较溥。

且岩层节理裂隙很发育，因而每次掘进距离选择在1 m 左右，即光爆层厚度为1 m。本工程岩层爆破采用YT24 型手风钻机钻孔，孔径为Φ32 mm ～ Φ40 mm，其孔距可取孔径的12～ 16 倍( a = 40 ～ 65 cm) 。

( 2) 周边眼密集系数: 周边眼密集系数是周边眼间距( a) 与光爆层厚度( B) 的比值，是影响爆破效果的重要因素。

m = ( 12 ～ 16) d K = a /B

式中:

a 为周边炮眼间距，cm; d 为炮眼直径，mm; K值总是小于1。

( 3) 装药量计算: 光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg /m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q = QaB

式中:

q 为装药集中度，kg /m; Q 为单位体积耗药量，kg /m3 ; a 为周边眼间距，m; B 为光爆层厚度，m。通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q = 0. 15 ～ 0． 25 kg /m。其参数详见表2:

表2 光面爆破参数表

本工程选用2 #防水乳胶炸药，炸药单耗取2 kg /m3，虽然其能量比凝胶炸药低，需增加钻孔数量，但乳胶炸药释放出相当少的有害烟雾，同时乳胶炸药只有在装进钻孔后才真正成为炸药，具有很高的工作安全性，特别适合管道内爆破作业［4］。光面爆破的分区起爆顺序为: 掏槽孔———辅助孔———周边孔［5］，炮孔布置如下图4，

图4 炮孔布置示意图

分13 段，图中1 ～ 13 编号为起爆顺序，按顺序起爆。采用火雷管和非电毫秒导爆雷管多段微差起爆。孔内装药量应根据孔深、岩性( 依据单位时间内钻杆进尺评估岩石硬度的差异) 、前一次爆破效果等情况对爆破参数做适当调整，使之在实践中优化、改进。

本图按顶管穿越全断面岩层设计，如穿越土层与岩层交界面时，炮孔按实际情况布置，加固土体Ⅳ类土处理，药量减半。

5.2 爆破安全验算爆破地震是炸药在地表中以弹性波的形式所引起的介质振动效应，它与自然地震相同之处在于: 两者都迅速的释放能量，并以波的形式向外传播，产生地震效应［6］。爆破地震与自然地震二者不同之处在于:

( 1) 爆破地震源在地表浅层或地表以上，炸药释放能量有限，影响范围和危害程度可根据被保护对象通过精心设计进行控制。

( 2) 爆破地震频率高，持续时间短，振幅大，但随着爆破中心距离的增加而迅速衰减，对周围影响范围小。因本工点属控制爆破，爆破震动速度可按下式计算:

式中:

K 对硬岩取100; α 取1. 5; Q 为最大段药量，约为1． 8 kg; K1为控制爆破修正系数，取0. 5。

根据国家相关规范，对于钢筋混凝土结构爆破震动速度一般控制在5 cm/s 以内; R 为30 m 处油罐的震动速度为0.41 cm/s，相当自然地震3 度，而国内多数地区的建( 构) 筑物的抗震标准为7 度，因而爆破不会影响周边建( 构) 筑物［4］。

对于机械设备来说，其允许震速可达100 cm/s，本工程选用的气压平衡顶管工具，其结构简单，爆破震动不会损坏工具管。本工程属地下控制爆破，爆破时操作人员位于地面，所以对空气冲击波、爆破飞石可不预计算。

但为避免飞石损坏工具管观察玻璃等易损设备，应在易损设备设置防护装置。同时为了确保工人的健康和安全，必须加强管内通风，保证爆破现场有充足的新鲜空气，使工作面有害气体最高含量在允许范围内。

6 岩层段顶管掘进施工措施

( 1) 岩层清渣: 岩层爆破后，石渣体积较小，可以由人工清理。本工程工具管采用可拆卸格栅，以便于作业人员到格栅外装药、清渣; 爆破完成后重新安装格栅。清渣时，作业人员应先将工具管土仓内土石清理干净，为格栅外清渣提供作业面，工具管内土石清除后，应及时在工具管格栅处安装临时挡土支护系统。

确保格栅外作业安全。由于爆破岩面并不能完全满足顶管掘进面要求，在顶管穿越岩层施工时，每爆破清渣一段距离后，由人工清整隧道四周毛刺，确保隧道内径，并在扩径部位回填砂土。

以确保顶管按设计轴线及高程进行，可避免因爆破面不平整卡住工具管，甚至损坏工具管，也可减小管节推进时侧壁摩阻力，确保钢管外防腐不被损坏。

图5 现场钻孔

( 2) 顶管推进: 岩层段顶管推进同正常施工，但因岩层四周被超爆，操作面与超挖部分直接相连，不能采用触变泥浆减阻，同时顶管不能进行正常纠偏，顶管推进依靠爆破轨迹。

( 3) 爆破清渣后，工具管刃脚推进至岩层前30 ～ 40 cm 时停止推进，以便下一循环爆破钻孔。

7 结论

经过实际施工证明: 在采取地基加固等措施后，采用短进尺、多循环、光面爆破、顶管掘进的施工方法是可行的。爆破对工具管和管内设备没有造成损坏，施工过程未发生任何安全事故，顶管平均每天掘进1.7 m，使得工程在进度、质量、安全、经济等各方面均取得较理想的效果。顶管全断面穿越中风化岩层，实现了顶管施工禁区的突破与跨越。

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