盾构隧道的爆破施工监测与安全防护

1、摘要城市地铁盾构穿越上软下硬地层施工中，通常采取爆破方案对基岩进行处理。文章针对施工现场地处深圳市5A 级主要大型主题乐园欢乐谷内的盾构工程，对在建构筑物和已建成构筑物的安全防护提出了一些关于爆破施工中地上、地下安全防护与监测的思路和解决办法。关键词盾构隧道 爆破 监测 安全防护 1工程概况 深圳地铁二号线世界之窗站侨城北站为盾构区间隧道，隧道下穿欢乐谷旅游景区，左右线间距为 13.2 m ，左线全长 1 244 m ，右线隧道全长 1 218m，共812环。原设计地层主要以粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩为主，右线盾构正常贯通；左线盾构掘进至 562环时，经补勘发现盾构机刀盘

2、前方 1027 m 的隧道开挖范围内出现上软下硬地层，主要为微风化球状花岗岩和基岩突起，盾构机头处在深圳市欢乐谷内。为保证盾构机能顺利通过，同时确保建构筑物安全，拟采用爆破的方法处理盾构前方 1027 m范围内突起的基岩。 线路爆破区域处于深圳市 5A级主要大型主题乐园欢乐谷内，距最近居民区有 200300m，虽然在改扩建项目施工场地内，但与正常开放景区仅有一墙之隔，周边高风险娱乐设施（过山车）等在建构筑物和已建成不同材质和结构类型的构筑物众多（盾构隧道右线、金山面点王等），施工地点又紧临水世界演绎广场的深基坑，开园期间景区内工作、游玩人员繁杂。项目面临的周边情况非常复杂，要确保项目施工安全可

3、控、万无一失，必须制定非常严密的爆破安全监测与防护方案. 2安全防护及监测方案2.1安全防护方案 基于以上因素，线路爆破以地下深孔控制爆破施工为主，主要爆破盾构线路开挖轮廓内基岩。根据爆区的周边环境，采用减震爆破和控制炸药量，分段施工、分段爆破的方法，对可能出现爆破震动、飞溅、地表隆起、机械伤害等安全风险分类别进行全方位防护。2.2监测方案 爆破施工安全监测先以实地建、构筑物调查为主，并对现场爆破区域进行地质补勘，结合现场情况与图纸核对。通过爆破安全风险排查，确定爆破警戒区域内需要监测的重点项目及范围。 爆破作业时，重点做好爆破震动和地表位移监测，以便及时反馈数据。其中建筑中金矿面点王、灯塔距

4、离左线盾构隧道爆破区域较近，应作为重点监控项目。而盾构隧道左线洞衬砌迎爆侧所受地震波的影响最为显著，如果震速过大会导致衬砌的损伤，因此施工中应作为监测的重中之重。 3施工监测3.1爆破点附近构筑物、设施及在建工程调查统计 爆破前，安排专人对现场在建工程、临近构筑物以及设施进行调查，重点调查其距爆破地点的直线距离、结构类型、露天边坡的稳定状况以及爆破安全规程规定允许爆破震速。具体调查结果见表1。3.2施工检测 经分析，爆破施工产生的最大震速出现在盾构隧道迎爆侧的拱脚和边墙，综合考虑上述因素并结合工程实际 爆破线路长度为 17 m ，震动测试监测点在左线盾构隧道内以 5 m 为间距依次布置四个断面

5、，监测长度为20 m ，每个断面各两个测点，即拱脚和边墙，每个测点布置径向和切向各一个拾振器。 爆破区域附近的其它建筑物上，根据欢乐谷及相关规范的要求布设沉降及位移监测点，在每次爆破前后对附近建筑物进行沉降及位移监测，并请专业的第三方监测单位对爆破区域附近的建筑物进行爆破震速监测。若发现有超出规范的监测点，及时上报，调整方案后方可根据方案进行下一步施工。 4安全防护4.1警戒区域与时间安排 考虑到欢乐谷开园夏季为 9 : 00，将实际爆破施工定为 6 : 008 : 00内两个小时，赶在开园前 1 小时完成爆破施工，为园区工作人员进入工作岗位，完成开园的准备工作预留充足的时间。 以爆破区域为中

6、心，半径 100m圆形范围为警戒范围，爆破前对地上和地下盾构隧道内的人员进行清场，并单独设置四个警戒点位置，防止人员和其它车辆进入爆破警戒区域。具体布置见图1。4.2震动控制 炸药用量的震速控制 按照 GB6722-2003 爆破安全规程和深圳市公安局的规定，对既有建筑物等按照规程规定爆破震速进行控制。距离最近的木结构允许安全震动速度为 3.5 cm/s，交通隧道的允许安全震动速度为1020 cm/s。为了保证爆破震动不影响邻近居民与游客的生活，分别按木结构取 3.5 cm/s、交通隧道取 10 cm/s进行装药设计对比。与爆破场地条件有关系数，取k = 180；与地质条件有关系数，取 a=1

7、.9；药量指数，取m = 1/3，代入公式 计算。在施工中严格控制单段最大药量 ，使其小于 3.28 kg 。 爆破方法的震动控制 爆破施工采用分段爆破的方法，共分16 个基岩爆破断面和 8 个孤石爆破断面，每个断面45个炮眼不等。每 20 个眼为一段，每次起爆 5 个眼分四次起爆。正式爆破前通过试爆确定爆破参数，调整炸药用量。爆破时首先对前排孔进行爆破创造临空面，再对后排孔进行逐个起爆。起爆方向背向左线隧道方向，先起爆离左线最远的炮孔，创造出临空面使其震动对左线隧道的影响最小。 在水世界看台与爆破区域之间加设两排减震孔，孔深25 m ，孔距 0.5 m,长度不小于20m。4.3爆破飞溅防护

8、爆破位置在地下 24 m ，控制爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外。为了防止涌出的泥浆飞溅和地面隆起，爆破作业时地表采取沙袋 + 铁板的联合防护体系，沙包加铁板总重不得小于1 t，如图 2 所示。4.4既有建筑物的保护 左线既有盾构隧道的保护 世侨盾构区间左右线隧道间距为 7 m ，为防止右线爆破对左线隧道管片结构造成影响，采取对爆破区域隧道进行加强支护的措施来保证左线隧道的安全。在右线爆破区域对应的左线隧道区段内，布设工字钢拱架对隧道进行加固，拱架排间距 1.5m，两排拱架之间采用 I10型钢进行连接。每榀拱架与隧道管片间设 14个接触点，钢拱架与管片之间

9、可采用木楔填塞，以保证管片有一定的弹性变形。具体加固示意见图 3 。 过山车基坑和结构保护措施 过山车基坑周围预埋水平位移及沉降监测点，爆破前、后进行监测，距离爆破点较近的基坑采取满堂脚手架进行支撑，支撑点与基坑壁接触部位采用木板、丝杠支撑。新、老过山车的钢结构连接处，爆破前、后进行详细检查，爆破前对所有受力螺栓、锚具等依据相关规范施加预紧力，检查焊接处有无脱焊；爆破后检查有无新生裂纹和位移情况。对于在建项目受力体系需要转换的，爆破前未转换需要临时验收。4.5应急预案及其它防护 在施工中发生人身伤亡事故和其它事故可能有钻孔机械伤害、爆炸伤害等。根据国内同类事故的案例特点，主要表现为换杆时旋转马

10、达和钻杆滑落砸伤、换杆时机械卡伤手指和高压风管接头断开风管狂甩打人事故、装药过程的意外早爆等事故。爆破前除需要检查设备的完好状况、加强警戒清场和责任方签认程序、做好爆破器材管理、完善安全技术交底、落实个人防护和安全教育外，针对原作业场地属于欢乐谷的改扩建工地、现场作业场地狭窄、当地存在的台风、雨季等气象恶劣条件，制定如钻孔机械、爆破施工、雨季及台风防护等方面的应急预案。爆破前对各风险因素的应急预案进行不少于一次的演练。 5结论与建议 爆破施工过程中实际测得震速0.71.5 m/s，远低于现场建、构筑物安全要求的 3.5 m/s 的震速，既有盾构隧道、灯塔、过山车结构与水世界基坑得到了多方位完整

11、的防护，有效地保证了爆破安全施工和园区的正常运营。总结安全防护主要有以下几点： (1)爆破施工现场位于深圳市 5A级主要大型主题乐园欢乐谷内，周边情况非常复杂，受爆破震动影响的有四种结构类型、十几座具体构筑物，施工时考虑运用最简单的安全防护方案，未对所有构筑物进行防护，仅选取了 7 个最不利构筑物进行分析，并在爆破时间控制、爆破药量控制及震动隔离、爆破飞溅防护、既有结构物的加固等方面进行防护，适当地放宽了安全警戒距离，最大限度地保证了安全防护的覆盖面。 (2)施工现场大部分的建、构筑物均可按 GB 6722-2003 爆破安全规程规定的爆破震速进行设防。但未建成的盾构隧道、过山车结构和水世界基坑等，其防护要求不能简单地按照最小爆破震速进行防护，应根