浅谈深孔爆破在地铁盾构施工中的应用
摘要：盾构法施工工艺具有施工速度快、安全性好、施工作业劳动强度低等特点，在我国目前的地铁施工过程中已经越来越多的被广泛使用。在盾构法施工过程中，经常会遇到随机分布的孤石，且孤石形状大小各异、强度不一。在这类地层中掘进效率低，刀盘刀具磨损严重，易产生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨等，还会造成隧道轴线偏离从而不得不对设计做出变更，若土质松软，固定不住孤石，不能产生足够的破碎反力，孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者会在刀盘前面循环，增加对土体的扰动，造成地表沉降过大等安全隐患。怎样处理好盾构掘进过程中所遇到的孤石，是当前盾构法施工中一个较大的技术难题。
关键词：盾构法施工,地铁,施工
人工清除孤石的工作对于工作人员和工程项目都很危险，开挖面崩塌可能会使施工人员伤亡，也可能引起隧道顶部地面过大的沉降。在这种情况下进入开挖面是不可能的。
深圳地铁5号线翻灵区间右线在国内首次采用了深孔爆破的方法，并取得了成功。作为该区间的监理组长，笔者亲身经历了全过程，现把该案例介绍出来，以供参考。
该区间盾构始发前五个月，施工单位对盾构施工线路做了补勘，补勘结果显示，右线从DK4+240到DK4+310，有连续的基岩突起，侵入隧道最高达到3.9米，强度最高达到217.1MP，况且基岩上部有孤石群，最大的孤石长度7.65米、厚度1.8米(见下表)
施工过程中，对已探明孤石及基岩突起等不良地质，采用地面地质钻垂直打孔，装炸药爆破隧道范围内孤石及基岩，使孤石及基岩成为单边长度小于30cm的碎块。
地质钻打孔孔径为89mm，由于需要爆破处理的岩石位于地表以下14~22米左右的位置，厚度约0.3m-1.8m，采用地表深孔及水下钻孔两种爆破形式
爆破的部位位于创业一路路面下方，地表两侧均分布有居民楼，爆区环境示意图如下图所示：
爆区环境示意图
爆破方法介绍：
采用地质钻机钻孔，垂直钻孔形式，土层钻孔孔径为100mm，进入岩层钻孔直径为89mm，孔内雷管选用毫秒导爆管雷管，起爆雷管选用顺发电雷管，炸药选用乳化炸药，标准直径为60mm。
由于炮孔深度达到约22米，需要爆破处理的岩石位置为地表以下约15~22m的位置，同时由于炮孔中有水，因此，起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差不大于10cm。药包装在特制的PVC管体内，由于起爆体上方有约15米高的水柱，压强相当大，因此在起爆体下方悬挂了一个抗浮金属吊装体。炮孔采用正向装药起爆，起爆选用电与非电两种方式联合起爆，采用两发瞬发电雷管，且分别属于两个电爆网路，两套网路并联后起爆。网路示意图如下所示：
单位耗药量计算：
q=q1+q2+q3+q4
式中 q1—基本装药量，水下垂直孔q1=1.1kg/m3; q2—爆区上方水压增量，q2=0.01h2;h2—水深，m; q3—爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3;h3—覆盖层(淤泥或土、砂)厚度，m;q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h; h—梯段高度，m。
本工程h=4m，h2平均取18m，h3=15m，q1=1.1kg/m3
q=1.1+0.01×18+0.02×15+0.03×4=1.7kg/m3。
具体的装药结构如下所述：
1)孤石爆破
虽然岩石厚度较小,但是考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差(误差累计不得超过10cm)。因此孤石爆破时，当单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同,多孔单体爆破时，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面(即钻穿)，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药;其邻孔孔底距离孤石底面10cm，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药。
具体钻孔装药结构如下图所示：
孤石爆破布孔平面示意图
2)基岩爆破
由于基岩埋深较深，为18~22m，体积较大，厚度2~4米不等，从而导致其爆破爆碎难度较大，为了便于施工及爆破破碎效果，采取首先对前排孔进行爆破，然后利用前排孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距均为0.8~1.2m，钻孔超深0.5~0.8m，装药深度比基岩厚度深约0.5~0.8m。
具体钻孔装药结构如下图所示：
3)孤石与基岩重叠爆破布孔示意图
需要保护的建筑物距离最近的爆破点距离为约24米，爆破作业没有对周围的建筑物造成任何破坏。
历时一个月的时间，对该地段的孤石和基岩进行了爆破，从后来盾构机顺利通过这个地段的情况来看，可以说明这个爆破的案例是成功的。只是爆破残留物石英含量较高，对刀具的磨损较大。盾构通过了这段不良地质之后，开仓更换了刀具。
该案例证明，对于预先探明的孤石和基岩突起，采用深孔爆破的方法是可行的。