城市地下快速公路隧道下穿城区施工技术研究

城市地下快速公路隧道下穿城区施工技术研究

作者：于海涛

来源：《城市建设理论研究》2013年第15期

摘 要：青岛市胶州湾湾口海底隧道青岛端连接线四川路地下公路隧道上方全部为青岛西部团岛居民区，人口密集、楼群林立。采用小导洞超前分部开挖方法结合控制爆破技术，较好的解决了这一施工难题，实现了安全快速施工。

关键词：三线地下公路隧道浅埋城区分部开挖控制爆破安全快速 中图分类号： P633.2 文献标识码： A 文章编号： 一、前言

随着城市现代化建设的不断发展，城市规模的不断扩大，城市人口数量激增。交通问题，已经成为制约城市经济发展和社会进步的重要问题之一。由于地上空间资源有限，地下空间的开发成为城市发展的必然趋势。城市地下轨道交通、城市地下快速公路甚至跨海隧道等新的交通体系得到了快速发展。目前在国内，厦门翔安隧道和青岛胶州湾湾口海底隧道都已经通车正式运营，取得了良好的社会效益。胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程是连接海底隧道跨海区段和青岛城区快速路之间的城市地下公路隧道，隧道上方全部为青岛西部团岛居民区。在建设单位组织的国内专家论证会上，专家们指出：在城市人口密集地区修建的双线三车道城市地下公路隧道，跨度大、埋深浅，且受各种条件限制采用了钻爆法施工，这在国内外尚属首例，因而科技含量高，施工难度大。胶洲湾湾口海底隧道接线工程，地理环境复杂，地质条件多样，工期要求紧，施工时如何降低爆破振速，将爆破振速控制在地表既有建筑允许振速范围内，确定合理的爆破影响距离，确保围岩和地表既有建筑物在施工期间的安全性至关重要。 二、工程概况

青岛市胶州湾湾口海底隧道青岛端连接线工程四川路地下公路隧道总长1638米, 隧道上方全部为青岛西部团岛居民区，人口密集、楼群林立。地质勘察报告显示隧道工程沿线地貌单元较多,各地貌单元岩土层分布有规律,体现了自上而下地质年代由新到老、土层结构及强度渐好的沉积韵律。自上向下依次为杂填土、亚粘土、含粘性土粗砂、强风化花岗岩、弱风化花岗岩、微风化花岗岩。隧道最大开挖宽度15.6m，最大开挖高度9.6m，拱顶结构覆盖层厚度在12m～16m，洞身开挖范围多处于弱风化花岗岩、微风化花岗岩之中，以II、III级围岩为主。 图1隧道与上方建筑物位置关系断面图

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

三、施工方法 1．方法原理

在II、III级围岩条件下，三车道浅埋隧道下穿城市楼群，重点即为爆破振速的控制，一旦爆破振速过大将会对楼体结构带来破坏性的影响。根据《爆破安全规程》以及现场建筑物的实际情况，经专家论证，将爆破振速标准定为2.0cm/s以内。在隧道下穿城市楼群施工过程中，针对II、III级围岩，采用了小导洞超前分部开挖法施工，兼顾施工安全和进度，取得了良好的社会效益和经济效益。小导洞超前分部开挖法就是利用超前小导洞创造出的临空面，降低爆破振速。施工过程中合理控制各分部之间的作业距离，降低各作业面之间的相互干扰，以形成各部之间的平行作业，加快施工进度。隧道标准断面为122㎡，将断面分为五个小断面施工，超前小导洞的断面为38㎡。小导洞超前分部开挖法各部分尺寸如下图所示： 图2小导洞超前台阶法施工断面图 4.2施工方法

在四川路地下公路隧道施工过程中，暗挖段II、III级围岩区域均采用了小导洞超前分部开挖法施工，以降低爆破振速、保证施工进尺。 图3小导洞超前分布开挖法施工流程图

首先进行超前小导洞I的钻爆法施工。为了降低掏槽爆破的震动，掏槽采用复式掏槽。超前小导洞的开挖进尺一般控制在1.5米以内。超前小导洞I与两侧II部的作业距离控制在20米左右，以保证I部与II部可以平行进行钻孔与装药作业。由于超前小导洞开挖完成以后整个隧道断面已经产生了一个临空面，大大降低了其余各部爆破开挖时的爆破震动。II部开挖进尺一般在3米左右，每天一个循环即可保持与超前小导洞进度同步。III部和IV部分部开挖，其目的主要是为了保证上方的运输道路畅通。III部和II部的作业距离一般保持在50米左右，III部和IV部的作业距离一般保持在20米左右。IV部开挖完成后，适时施作二次衬砌，二次衬砌距离IV部控制在80米左右。 四、爆破控制措施 1．钻爆设计

采用理论计算、工程类比与现场试爆相结合的方法确定爆破参数。在保证爆破振动速度符合《爆破安全规程》GB6722-2003和设计要求的前提下，提高隧道开挖成型质量和施工进度。 由于爆破振速最大值一般均在掏槽爆破，所以采用多重复式楔形掏槽，掏槽夹角50°，掏槽炮眼共有3排，每组（排）个数为6个。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

爆破布置原则、装药结构、眼间距等爆破参数见爆破设计图。开挖断面122㎡，距离隧道上方的8层居民楼15米左右，在隧道下穿建筑物区域具有典型的代表性。该爆破设计主要针对小导洞超前分布开挖法Ⅲ级围岩断面进行了爆破设计。本次爆破设计经过萨道夫斯基公式检算以及斜井和主隧开挖的振速监测结果检验。 图4Ⅲ围岩断面小导洞超前分部开挖光爆设计图 萨道夫斯基公式计算如下：

由于爆破最大振速均出现在掏槽部分，所以只取三重掏槽装药量最大段位进行检算。爆源与需要保护的建筑物之间的距离R是已知的，可以用萨道夫斯基公式，求算理论最大爆破振速。

V = K(Q1／3／R)α

式中R —— 爆源与需要保护的建筑物之间的距离R，按照目前隧道的埋深，取20m（拱顶埋深取15m，掏槽眼位于拱顶以下5m）； Q —— 炸药量，3.6kg，延时爆破最大一段药量；

K、α—— 与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，《爆破安全规程》GB6722-2003规定可按表2-4选取，初步选定爆破系数以后再根据现场爆破试验监测不断调整并最终确定。本次检算K取102，取1.6。

经过理论计算，得出拱顶正上方爆破振速最大值为1.65,在拱顶上方实际监测振速一般在1.5-1.6cm/s之间，二者基本相符。需要强调的是，不同的围岩节理以及地表回填层厚度的不同可能会对爆破振速产生很大的影响。所以爆破振速的计算仅仅存在于理论上，只是起一个指导性的作用。在施工过程中必须依赖于振速监测的结果，根据爆破振速的监测结果及时调整爆破设计，确保振速控制在规范和设计允许范围内。在施工过程中坚持每爆破循环振速监测结果反馈制度，当单段振速超过1.8cm/s以后必须及时调整爆破设计，确保振速满足规范和设计要求。

2．降低爆破振动强度的措施

⑴采用低爆速、低密度的2号岩石乳化炸药，药卷直径32mm，爆破振速≥3200m/s，密度1.02g/cm-3。

⑵控制单段最大起爆药量，严格按照萨道夫斯基公式进行检算，同时通过爆破振速监测调整K和α值。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

⑶选择不耦合装药结构，以控制初始爆压和作用于介质的冲击压力。在其它条件相同下，在炮孔爆破中采用不耦合，可以控制初始爆压和作用于介质的冲击压力。现场采用φ42的钻杆直径，药卷直径32mm。 ⑷选择最小抵抗线方向。

爆破中，在最小抵抗线方向上的爆破振动强度最小，反向最大，侧向居中。然而最小抵抗线方向又是主抛方向，从减振和控制飞石危害综合考虑，一般应该使被保护的对象位于最小抵抗线的两侧位置。所以选择合理布孔顺序和合理的起爆顺序可以有效地降低爆破振速。 ⑸采用微差延时起爆技术。本工程采用1-20段非电毫秒雷管分段起爆，使爆炸能量在时间和空间上得以分散。大量的工程实践表明，采用微差起爆技术是实现将爆破产生的地震效应控制在合理的范围内的有效措施。

⑹在爆破掘进过程中采用小导洞超前分部开挖法施工，增加了布药的分散性和临空面，减小了爆破振动的速度，即减小了爆破振动的强度;

⑺建立系统的爆破振动测试体系，施工期间坚持量测和纪录爆破振动。施工监测与信息反馈是进行动态设计施工的关键，根据监测信息及时调整爆破参数，使施工更安全、迅速和经济合理。 五、结束语

该施工方法较好地解决了硬岩条件下在城市居民区进行大断面城市地下公路隧道施工所带来的技术难题，既控制了爆破振速，又最大限度地保证了施工进度。与非减振暗挖法相比，小导洞超前分部开挖避免了对地面建筑物的破坏，同时又保证了施工进度，在规定的早七点至晚七点12小时的爆破作业时段内，平均月进尺可达120米/月，保证了工期目标。该方法实现了三线大断面浅埋公路隧道下穿城市楼群安全快速施工，取得了良好的社会效益和经济效益。