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摘要：在地铁隧道建设的过程中，爆破是一项必不可少的环节。为降低爆破作业在大断面中产生的爆破振动，控制单孔单段起爆时因雷管段别造成的爆破振速叠加效应，使爆破振速控制在规定范围内，避免或减少对周边建筑物造成的影响，采用了一种新型爆破网路优化方案，即改变爆区雷管段别和分成A，B，C三个部分分别起爆。通过对现场实测数据的分析，优化后的网路与之前相比，振速降低率达到了57%。
关键词：大断面；爆破振动；孔外延期；网路优化
1引言
近年来，我国地铁（工程）项目发展迅速，隧道建设逐渐向大断面，超大断面的方向发展。在大断面隧道建设的过程中，爆破网路的合理设计对于爆破振速的控制以及断面轮廓的形成具有重要意义。于是如何把振速控制在规定范围内并形成平整的断面轮廓，优化爆破网路就成了国内外专家学者必须解决的问题。王海等人通过现场实测表明，得出了在隧道爆破施工时，可控影响因素对峰值振动速度的影响主次顺序为单段最大药量值、爆破自由面的数量、雷管段别间隔时间最小值、总药量、地形地质条件、雷管段数、孔网参数、爆破持续时间、起爆方向的结论；目前，对于超大断面隧道和大断面隧道的爆破，如何保证起爆网路安全可靠的情况下，降低爆破振速并提高工效，成为目前施工过程中的一大难题。
通过对相关施工案例的分析与总结，本文以青岛地铁1号线贵州路站～西镇站区间（以下简称贵西区间）的四线大断面钻爆施工为施工背景，由于区间隧道位于台西五路及部分居民小区正下方，如图1所示。居民小区及道路两侧分布有大量的老式居民楼，安全性评级为Csu级，V≤0.5cm/s的。所以在保证振速为0.5cm/s的条件下，通过爆破作业时的现场实验和实测数据分析，得出了利用不同段别普通导爆管雷管在多组之间进行孔外延期的导爆网路。
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图1 四线大断面周边环境
2 工程概况
青岛地铁1号线贵西区间，全长约546.9m，根据运营需要西镇站前设置双存车线，形成四线大断面隧道。断面面积为214m²，按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道横断面积大小划分标准，贵西区间四线大断面为特大断面隧道（大于100㎡）。本工程为特大断面，TBM双导洞超前，在复杂建筑群下爆破扩挖的施工方法在国内尚属首例。整个大断面被分成4部分，按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ顺序开挖，施工示意图如图2所示。爆破网路试验和振动监测以西镇站为主，西镇站主体结构位于青岛市市南区费县路与郓城北路交叉口到西藏路与费县路交叉口之间，沿费县路东西方向布置，为地下两层暗挖岛式车站。如图3可知，控制爆破振动的关键位置在Ⅰ，Ⅱ区，由于当时施工进程，选择Ⅰ号面作为爆破试验面进行爆破检测。
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图3 爆破振动检测仪布置图
3 Ⅰ号面爆破参数
Ⅰ号面爆破参数作为本工程最先开挖的面，在确定最终的爆破参数时，进行了多次试炮试验。最初选定的循环进尺是1.5米，由图2可知该大断面有两个先行掘进隧道，因此不需要掏槽来产生自由面，Ⅰ号面共有145个炮孔，周边眼间排距为600mm，辅助眼间排距600mm，单孔装药量为周边眼0.2kg，辅助眼0.3kg。等距的一排眼起爆，爆破效果较好，但测振仪监测的振速大于规定的最大安全振速0.5cm/s。炮眼布置图见图4。
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除标注尺寸外，阿拉伯数字均代表雷管段别.
图4 优化前炮眼布置图
根据施工经验，降低爆破振动就必须降低单段最大起爆药量，对于本工程的爆破，为了使爆破振动速度小于0.5cm/s，到达规定的安全振速，须采取单孔单段起爆方法，单段最大起爆药量按照萨道夫斯基公式进行计算[6]。
经计算，单段最大起爆药量为0.154kg，取0.15kg。
3.1 起爆网路
目前城市隧道爆破中，孔外延期网路实现分段起爆已得到广泛使用。由图4可知，本工程要实现单孔单段起爆，提高爆破效率，减少爆破次数，可以采用孔外延期技术对爆破网路进行设计。每一段孔外延期雷管段别均为5段，每段延期由段别为7~17段的雷管组成（包括7~9段，7~10段，7~11段，7~12段，7~13段，7~14段，7~15段，7~16段，7~17段），相邻两个周边眼用一段5段延期雷管相连，Ⅰ号面孔外延期整体连接图如图5所示。
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除标注尺寸外，阿拉伯数字均代表孔外延期雷管段别.
图5 孔外延期起爆网路示意图
3.2 爆破振速
对于本工程，利用如图5所示的孔外延期起爆网路进行起爆试验，在如图3所示的位置布置TC-4850爆破振动智能监测仪，随着工程的进行连续监测5次，每次与其对应的最大爆破振速图见图6。
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图6 爆破振速最大值
由图6可知，采用上述的孔外延期网路，平均振速为0.55cm/s，可以使爆破振速控制在0.5cm/s左右，但还是超过规定的0.5cm/s。由图7可知，炸药爆炸时有明显的叠加现象，导致振速超过0.5cm/s。对于超振情况，经分析可知，出现超振原因是雷管段别造成的。相同段别的雷管起爆时，会引起振动叠加使得振速过大产生超振现象。因此，雷管段别对于振速峰值有一定影响。针对以上的超振现象，提出了以下的改进方案。
4起爆网路及雷管段别的改进
4.1 改进后的炮眼布置
由分析可知，针对本工程，降低爆破振速的方法主要是改变炮孔中雷管段别，分段起爆。经过一系列现场试验和研究，得出将Ⅰ号面分成A，B，C三个部分分别起爆的方案。炮眼布置图和A，B，C三个部分孔外延期网路示意图见图7。
图8 三个部分孔外延期网路示意图
4.2 改进后网路的优点
优化后的网路与开始的网路相比具有以下优点：
孔内雷管的布置：将原先方案中（图4）均为19段的周边眼布置转变为5~19段雷管布置。同时加大周边眼的间距，减少周边眼的孔数，将辅助眼按照打孔弧度的一圈一个段别转变为不同段别雷管交错排布。两种转变形式均避免或减低了同时起爆相同段别雷管造成的振速叠加，导致振速超振的情况，同时提高了工人打孔的效率，节省时间。
孔外延期雷管的布置：将原先方案中（图5）均为5段的孔外延期雷管布置，在A，C部分，有1段，3段孔外延期。在B部分，有18段孔外延期。同时，B部分通过18段孔外延期，C部分通过20段孔外延期与A部分的1段孔外延期雷管相连起爆，具体孔外延期爆破网路见图8。利用不同的孔外延期雷管正好错开起爆时间，可以实现逐孔起爆，降低或避免了振速叠加现象。
4.3 改进后实际爆破测振情况
Ⅰ号面采用优化后的爆破网路后，在如图3位置布置TC-4850爆破振动智能监测仪连续监测5次爆破震动后，得出如图9所示的最大爆破振速图。
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图9 优化后的爆破振速最大值
由图9可知，优化后的爆破网路将振速控制在规定的爆破振速0.5cm/s以下，平均爆破振速为0.234cm/s，远小于规定的爆破振速。与优化前的平均爆破振速0.55cm/s相比，降低率为57%。因此优化后的爆破网路降低爆破振速明显。
5 结论
在隧道建设中，爆破振速对周围环境或建筑物具有严格要求。本文通过贵西区间大断面的爆破试验，得出了一种新型孔外延期爆破网路，得出以下结论：
1）将相同段别的周边眼布置转变不同段别的雷管布置，同时加大周边眼的间距，减少周边眼的孔数，提高了工人打孔的效率，节省时间。将辅助眼按照打孔弧度的一圈一个段别转变为不同段别雷管交错排布，两种转变形式均避免或减低了同时起爆相同段别雷管造成的振速叠加。
2）将爆区分为多个部分，利用不同的孔外延期雷管连接。可以错开起爆时间，实现逐孔起爆，降低或避免了振速叠加效应。
3）本文以青岛地铁1号线贵西区间四线大断面现场试验为依据，提出了适用于本工程的孔外延期爆破网路的优化方案，但是具有一定的局限性。类似大断面工程可以借鉴并优化适合自身的网路。
参考文献：
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