爆破

序号	钻孔编号	面积/m²	厚度/m	体积/m³	埋深/m	与隧道关系	岩性	备注
1	T4－30	4.15	1.2	5.02	16.7	位于隧道内	18－5微风化安山岩	孤石
2	T4－36	4.66	3.2	14.77	10.8	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
3	T4－49	8.43	2.2	18.55	18.6	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
4	M2Z3－THD－B48	9.69	4.9	47.19	11.7	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
5	DK19＋042~DK19＋048	2.42	4.0	68.05	17.1	侵入断面2.42 m	18－5微风化安山岩	基岩
6	DK19＋110~DK19＋117	0.45	2.0	6.33	18.7	侵入断面0.45 m	18－5微风化安山岩
7	DK19＋038~DK19＋045	2.35	5.7	94.17	16.5	侵入断面2.35 m	17－5中等风化花岗岩

序号	钻孔编号	面积/m²	厚度/m	体积/m³	埋深/m	与隧道关系	岩性	备注
1	T4－30	4.15	1.2	5.02	16.7	位于隧道内	18－5微风化安山岩	孤石
2	T4－36	4.66	3.2	14.77	10.8	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
3	T4－49	8.43	2.2	18.55	18.6	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
4	M2Z3－THD－B48	9.69	4.9	47.19	11.7	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
5	DK19＋042~DK19＋048	2.42	4.0	68.05	17.1	侵入断面2.42 m	18－5微风化安山岩	基岩
6	DK19＋110~DK19＋117	0.45	2.0	6.33	18.7	侵入断面0.45 m	18－5微风化安山岩
7	DK19＋038~DK19＋045	2.35	5.7	94.17	16.5	侵入断面2.35 m	17－5中等风化花岗岩

序号	a/m	b/m	b₀/m	q₁	q₂	q₃	q₄	q/(kg·m^－3)	Q_0max	Q_1max	A	E	边缘孔X₅₀/cm	边缘孔X₅₀/cm	备注
1	0.8	0.8	0.6	2.34	0.06	0.34	0.04	2.78	1.35	2.15	10	110	4.771	5.159	孤石
2	1.0	1.0	0.8	2.34	0.08	0.29	0.10	2.80	6.65	8.88	10	110	6.188	6.493
3	0.8	0.8	0.7	2.34	0.02	0.32	0.07	2.75	3.08	3.87	10	110	5.526	5.741
4	1.0	1.0	0.8	2.34	0.05	0.25	0.15	2.79	10.41	13.58	10	110	6.694	6.996
5	1.5	1.5	1.2	2.34	0.05	0.34	0.07	2.80	11.18	15.24	10	110	6.752	7.109	基岩
6	1.2	1.2	1.2	2.34	0.08	0.35	0.01	2.78	1.00	1.80	10	110	4.540	5.008
7	1.5	1.5	1.2	2.34	0.06	0.31	0.07	2.78	10.77	14.72	10	110	6.740	7.100

序号	a/m	b/m	b₀/m	q₁	q₂	q₃	q₄	q/(kg·m^－3)	Q_0max	Q_1max	A	E	边缘孔X₅₀/cm	边缘孔X₅₀/cm	备注
1	0.8	0.8	0.6	2.34	0.06	0.34	0.04	2.78	1.35	2.15	10	110	4.771	5.159	孤石
2	1.0	1.0	0.8	2.34	0.08	0.29	0.10	2.80	6.65	8.88	10	110	6.188	6.493
3	0.8	0.8	0.7	2.34	0.02	0.32	0.07	2.75	3.08	3.87	10	110	5.526	5.741
4	1.0	1.0	0.8	2.34	0.05	0.25	0.15	2.79	10.41	13.58	10	110	6.694	6.996
5	1.5	1.5	1.2	2.34	0.05	0.34	0.07	2.80	11.18	15.24	10	110	6.752	7.109	基岩
6	1.2	1.2	1.2	2.34	0.08	0.35	0.01	2.78	1.00	1.80	10	110	4.540	5.008
7	1.5	1.5	1.2	2.34	0.06	0.31	0.07	2.78	10.77	14.72	10	110	6.740	7.100

序号	边缘B	其它B	边缘d/mm	其它d/mm	边缘W	其它W	边缘m	其它m	边缘H/m	其它H/m	边缘b	其它b	边缘n	其它n
1	0.6	0.8	60	60	0.05	0.06	1	1	1.01	1.21	2.5	2.6	0.96	1.06
2	0.8	1.0	60	60	0.15	0.16	1	1	2.97	3.17	2.6	3.2	1.18	1.49
3	0.7	0.8	60	60	0.10	0.11	1	1	2.00	2.20	2.2	2.3	0.95	0.98
4	0.8	1.0	60	60	0.23	0.24	1	1	4.67	4.87	2.1	2.7	1.02	1.33
5	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.22	2.42	2.2	2.7	1.08	1.33
6	1.2	1.2	100	100	0.01	0.02	1	1	0.25	0.45	2.6	2.4	0.98	0.97
7	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.15	2.35	2.2	2.7	1.07	1.33

序号	边缘B	其它B	边缘d/mm	其它d/mm	边缘W	其它W	边缘m	其它m	边缘H/m	其它H/m	边缘b	其它b	边缘n	其它n
1	0.6	0.8	60	60	0.05	0.06	1	1	1.01	1.21	2.5	2.6	0.96	1.06
2	0.8	1.0	60	60	0.15	0.16	1	1	2.97	3.17	2.6	3.2	1.18	1.49
3	0.7	0.8	60	60	0.10	0.11	1	1	2.00	2.20	2.2	2.3	0.95	0.98
4	0.8	1.0	60	60	0.23	0.24	1	1	4.67	4.87	2.1	2.7	1.02	1.33
5	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.22	2.42	2.2	2.7	1.08	1.33
6	1.2	1.2	100	100	0.01	0.02	1	1	0.25	0.45	2.6	2.4	0.98	0.97
7	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.15	2.35	2.2	2.7	1.07	1.33

海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法研究

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魏海霞 ¹ , 崔有权 ¹ , 陈建福 ² , 杨小林 ¹ , 褚怀保 ¹ , 祝杰 ¹ , 陈士海 ³

爆破 | 矿岩爆破 2025,42(1): 81-88

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爆破 | 矿岩爆破 2025, 42(1): 81-88

海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法研究

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魏海霞¹, 崔有权¹, 陈建福², 杨小林¹, 褚怀保¹, 祝杰¹, 陈士海³

作者信息

^1.河南理工大学　土木工程学院，焦作　454003

^2.中铁十四局集团有限公司，济南　250000

^3.华侨大学　土木工程学院，厦门　361021

魏海霞（1982-），女，博士、副教授，主要从事爆炸理论及应用研究，（E-mail）whx19820828@163.com。

WEI Hai-xia (1982-), female, Ph. D, associate professor, mainly engaged in research on explosion theory and application, (E-mail) whx19820828@163.com.

通讯作者:

崔有权（1996-），男，硕士生，主要从事地下与隧道工程技术研究，（E-mail）1684010048@qq.com。

A Refined Blasting Pretreatment Method for Boulders and Bedrock Traversed by Shield Tunnels in Sea Area

Hai-xia WEI¹, You-quan CUI¹, Jian-fu CHEN², xiao-lin YANG¹, Huai-bao CHU¹, Jie ZHU¹, Shi-hai CHEN³

Affiliations

^1.School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China

^2.China Railway 14th Bureau Group Co., Ltd., Jinan 250000, China

^3.College of Civil Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China

出版时间: 2025-07-20 doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2025.01.010

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摘要

收起

海域盾构施工中常遇到大粒径孤石和基岩凸起段，通常采用爆破法进行预处理，爆破预处理的效果是盾构机顺利通过的关键。依托厦门轨道交通2号线工程，综合考虑海域孤石和基岩凸起段的覆盖层条件、爆破块度控制指标及海洋生物安全控制标准，提出了一种盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法。具体步骤包括：爆破孔网参数设计；炸药单耗、单孔装药量、平均块度尺寸的计算；装药结构及爆破网路设计；爆破块度分布效果预测；考虑生态环境影响进一步优化爆破方案。现场应用结果表明：爆破预处理后的块度在30 cm以内，满足盾构机推进的块度尺寸要求；盾构机在爆破预处理段能够顺利掘进，与正常段推进参数基本相近。实现了海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化、生态化、高效化和安全化爆破施工。

关键词

海域盾构 / 孤石 / 基岩凸起段 / 爆破预处理 / 块度

Abstract

收起

In constructing shield tunnels in a sea area, large-sized boulders and bedrock are often encountered, necessitating pretreatment via blasting. The effectiveness of blasting pretreatment is crucial for the regular excavation of shield machines. Based on Xiamen Metro Line 2 project, a refined blasting pretreatment method for boulders and bedrock in shield tunnels under the sea area is proposed. The method comprehensively considers overburden conditions, blasting fragmentation indexes, and marine biological safety standards. Specific steps include designing blasting parameters, calculating powder factor, determining single-hole charges and average block size, designing charge structures and initiation networks, predicting the distribution of blasting fragments, and optimizing the blasting program to minimize ecological impact. Field application results indicate that post-blasting fragment sizes are within 30 cm, meeting the size requirements for the shield machine. The shield machine could excavate smoothly through the blasting pretreatment section, with excavation parameters similar to those in regular sections. The proposed method achieved a refined, ecological, efficient and safe blasting construction in the sea section containing boulders and bedrock.

Key words

shield machines in the sea area / boulders / bedrock / blasting pretreatment / fragments

引用本文

魏海霞, 崔有权, 陈建福, 杨小林, 褚怀保, 祝杰, 陈士海. 海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法研究. 爆破, 2025 , 42 (1) : 81 -88 . DOI: 10.3963/j.issn.1001-487X.2025.01.010

Hai-xia WEI, You-quan CUI, Jian-fu CHEN, xiao-lin YANG, Huai-bao CHU, Jie ZHU, Shi-hai CHEN. A Refined Blasting Pretreatment Method for Boulders and Bedrock Traversed by Shield Tunnels in Sea Area[J]. Blasting, 2025 , 42 (1) : 81 -88 . DOI: 10.3963/j.issn.1001-487X.2025.01.010

正文

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随着我国地下空间开发利用步伐的不断加快，盾构施工作为隧道、地铁、市政管线、越江、跨海等基础设施建设的一种主要方法得到了广泛的应用^[1]。在中国东南部沿海城市的复杂地层中，厦门、福州、广州等地，都不同程度地存在孤石和基岩局部侵入隧道开挖断面的情况^[2]，若不对其进行预处理，盾构直接掘进将会使刀盘刀具磨损严重，产生施工进度缓慢，费用高等问题。针对孤石和基岩入侵情况，提前进行预处理是最好的选择。目前提前预处理的办法有人工挖孔、冲击破碎、旋挖钻取芯等，而对比各种处理技术的效果、安全、经济及对周边环境的影响，爆破技术则更有优势^[3]。

不少学者结合实际工程开展了孤石和基岩凸起段不同爆破预处理方法的应用研究，取得不错的爆破预处理效果。欧玉峰等提出了导爆管雷管孔外接力控制起爆技术并应用于基坑开挖项目大片区孤石处理^[4]，成功实现了一次性安全、可靠的起爆。许贵华将聚能装药技术运用到地铁盾构掘进过程遭遇的孤石处理中^[5]，发现在装药量减少的条件下，通过聚能装药起爆后产生的聚能效应仍能提高岩石的破碎效果。沈顺平等采用水下深孔爆破预处理海底盾构隧道内孤石、基岩的复合地层^[6]，改善了岩石破碎效果和盾构掘进效率。梁奎生等对海底取水隧道存在的孤石群和基岩凸起^[7]，采用地面垂直钻孔进行了无自由面爆破预处理，确保了盾构顺利通过。丁悦等采用地表钻孔地下爆破的方法对侵入盾构隧道的不同基岩厚度选择不同的炮孔间距及装药量并对基岩预处理效果进行了验证^[8]，结果表明基岩破碎效果良好。卢少壮等采用地质钻机钻孔和深孔爆破的方式进行了滨海沉积地区孤石地层的处理^[9]，处理效果良好。

爆破预处理的效果是盾构机顺利通过的关键。现有的孤石和基岩凸起段爆破参数一般借鉴露天台阶爆破设计方法或同类工程经验进行确定，对于海域盾构隧道孤石和基岩凸起段爆破预处理缺少理论指导依据，没有考虑海域孤石的覆盖层具体条件和块度粒径的细化控制指标，容易造成爆破后岩石块度过大，导致爆破预处理达不到预期效果，同时增加了二次破碎成本。另外，现有的海域爆破预处理方法鲜少考虑水下爆破冲击波对海域生态环境的影响，导致水下爆破作业引发的中华白海豚及其他海洋哺乳动物和鱼类的死亡事件时有发生。本文依托厦门轨道交通2号线工程，综合考虑海域孤石和基岩凸起段的覆盖层具体条件、爆破块度粒径的细化控制指标及海洋生物安全控制标准，提出一种同时考虑爆破破岩块度效果和海域生态环境影响的精细化爆破预处理方法，对实现海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化、生态化、高效化和安全化爆破施工具有重要意义，可为海域同类工程施工提供借鉴和指导。

1　工程概况

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1.1　工程简介

厦门地铁2号线跨海隧道(起讫里程右DK18＋531.484~DK21＋267.569)自海沧大道站起，至东渡路站。区间隧道采用盾构法＋矿山法施工，盾构法隧道采用圆形断面，开挖直径7.03 m。盾构区间采用“点”钻探“线”物探综合勘探，发现地层地质情况复杂多变，堪称“地质博物馆”，海上段加密补勘段(海沧侧海堤~大兔屿)主要为中等、微风化的花岗岩和中等、微风化的安山岩，地层分布如图1所示。

1.2　孤石及基岩的探测与分布

海上段已完成海沧侧海堤~大兔屿段(左线DK18＋907.11~DK19＋151.84、右线DK18＋897~DK19＋121.73)地质加密补勘，沿左右线线路中心线5 m一个补勘孔进行地质取芯，共发现孤石8处，基岩凸起5处。部分分布情况如表1所示。

2　海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法

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针对现有海域孤石和基岩凸起段爆破预处理技术的不足，根据海域环境和工程特点，在此提出了一种考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法，该方法的具体步骤采用流程图的方式表示，如图2所示。

2.1　爆破孔网参数初步设计

根据规范规定及前期勘探资料^[10]，采用地质钻机对揭露的孤石和侵入隧道的基岩凸起段进行垂直钻孔，采用ϕ 130 mm钢套管，ϕ 108 mm钻头和ϕ 146 mm钢套管，ϕ 130 mm钻头，一般钻至底部(部分侵入隧道断面外的可适当超深1~2 m)。成孔后，将90 mm PVC管和125 mmPVC管埋设至设计深度。沿隧道轴线方向采用梅花形交错形式布置炮孔，边缘孔距同侧边缘的距离b₀取0.5~0.8 m。孔间距a和孔排距b取值如下：

(1)孤石爆破：当孤石厚度小于2 m时，a、b均取0.7~0.8；当孤石厚度大于2 m小于3 m时，a、b均取0.8~1.0；当孤石厚度大于3 m时，a、b均取1.0~1.2。

(2)基岩凸起段爆破：当基岩厚度小于2 m时，a、b均取0.8~1.0，当基岩厚度大于2 m时，a、b均取1.0~1.5 m。

2.2　炸药单耗计算

在海域进行爆破作业时，为了尽量扩大“爆腔”、“粉碎区”、“裂纹区”，其炸药单耗q要大于陆地爆破的炸药单耗。参照文献[11]，考虑海域中孤石和基岩凸起段的水压深度、软土覆盖层厚度及岩石厚度等具体爆破环境条件，提出如下的炸药单耗计算公式

(1)

式中：q为水下钻孔爆破炸药单耗量，kg/m³；q₁为无覆盖层条件下陆域爆破炸药单耗；k₁为q₁的系数；q₂为爆区上方水压增量，q₂＝0.01h₂，h₂为爆区上方水压等效深度；q₃为爆区上方软土覆盖层增量，q₃＝0.02h₃，h₃为爆区上方软土覆盖层等效厚度；q₄为孤石和基岩凸起段的膨胀增量，q₄＝0.03h₄，h₄为孤石和基岩凸起段的等效厚度。

本工程中孤石和基岩凸起段的覆盖层厚度在15~25 m之间，且爆破对象在水下，取k₁为0.65，其余参数取值及炸药单耗的计算结果如表2所示。

2.3　单孔装药量计算

每个炮孔的单孔装药量孔Q_i由以下公式计算

(2)

式中：Q_i为孤石和基岩凸起段第i个炮孔的单孔装药量，kg；对于首先起爆的边缘孔，b＝b₀；h_4i为第i个炮孔位置处孤石和基岩凸起段的厚度，m。

孤石和基岩凸起段的参数选取和单孔装药量的计算结果如表2所示。

2.4　平均块度尺寸计算

在计算孤石和基岩凸起段的平均块度尺寸时，分别计算边缘孔、其它孔的最大单孔装药量，记为Q_0max和Q_1max。最大单孔装药量边缘孔、其它孔对应爆破块度的平均尺寸X₅₀由Cunningham修正的Kuznetsov方程计算^[12]

(3)

式中：X₅₀为爆破块度的平均粒径，cm；A为岩石系数，可参考取值^[13]；Q为每孔装药量，kg；对于边缘孔Q＝Q_0max，对于其它孔Q＝Q_1max；E为相对重量爆炸能量，铵油炸药E＝100，水胶炸药E＝110，TNT炸药E＝115。

考虑盾构机的排渣要求，孤石和基岩凸起段爆破后块度最大尺寸控制值X_max＝30cm，平均块度尺寸的计算结果如表2所示。

2.5　装药结构及爆破网路设计

(1)装药结构

采用特制的圆形塑料筒装药柱，孤石和基岩凸起段处药柱直径为d＝60 mm和d＝100 mm，爆破的孔内雷管选用工业电子雷管，炸药选用高密度(ρ₀＝1100 kg/m³)、高性能抗水乳化炸药。每个炮孔的装药段长度按照下式进行计算

(4)

式中：

为孤石和基岩凸起段爆破的第i个炮孔的单孔装药量，kg；d为装药直径，mm；ρ₀为炸药密度，kg/m³。

对每个炮孔处的孤石和基岩凸起段厚度进行分类：(1)厚度在2 m以下的，采用轴向集中装药；(2)厚度在2 m以上的，采用轴向间隔装药。装药结构如图3和图4所示。

(2)爆破网路设计

爆破网路采用工业电子雷管逐孔起爆网路，孔间延期时间为25~50 ms。首先对孤石和基岩凸起段的边缘孔进行爆破，利用边缘孔爆破产生的能量挤压周围土层而产生新的自由面，然后对其它孔进行爆破。

2.6　爆破块度计算模型及预测结果

2.6.1　计算模型

Ouchterlony等通过将Kuz-Ram模型中的R-R分布函数替换为Swebrec函数^[14]，提高了对大颗粒的预测能力，并将此模型称为Kuznetsov-Cunningham-Ouchterlony(KCO)模型。Swebrec函数与Kuz-Ram模型中Rosin-Rammler方程一样，仍使用X₅₀的50%作为中心参数，但增加了X_max的最大极限值，参数b则是定义曲线波动的参数，表达式如下^[15]

(5)

(6)

式中：P_x为通过x尺寸筛网的块度累积含量；X_max为孤石爆破的块度最大尺寸控制值，无明确控制值时取所用盾构刀盘开口平均宽度的一半；b为波动参数；n为均匀性指数。

对均匀性指数n，由Cunningham通过现场试验提出的方程进行计算^[16]

(7)

式中：B为最小抵抗线，m；W为钻孔精度标准差，m；m为炮孔密集系数；L为实际装药长度，m；H为梯段台阶高度，m。

2.6.2　预测结果

每块孤石和基岩凸起段的最大单孔装药量边缘孔、其它孔，采用KCO模型中Swebrec三参数分布模型。孤石和基岩凸起段均匀性指数相关参数的选取及计算结果如表3所示。

利用KCO模型绘制的孤石边缘孔、其它孔爆破后块度累计曲线如图5所示。孤石区域边缘孔、其它孔爆破后20 cm以下的碎片占94%以上，1 cm以下的块度占20%以下，块度尺寸大部分集中在7 cm左右，相对于大块度的孤石，主要集中在8~9 cm之间。基岩边缘孔、其它孔爆破后块度累计曲线如图6所示，基岩区域边缘孔、其它孔爆破后20 cm以下的块度占95%以上，1 cm以下的块度占20%以下，块度尺寸大部分集中在8~9 cm左右，相对于大块度的基岩，主要集中在10 cm左右。故孤石和基岩凸起段块度分布均达到了比较好的爆破效果。

在爆破块度尺寸分布模型中，分别求解孤石和基岩凸起段最大单孔装药量边缘孔、其它孔块度尺寸x＝0.8X_max对应的块度累计含量，取二者的较小值，记为P_{c max}；块度尺寸x＝0.01X_max对应的块度累计含量，取两者的较大值，记为P_{c min}。孤石和基岩凸起段P_{c max}、P_{c min}计算结果如图7和图8所示。

由图7和图8可知，孤石和基岩凸起段区域P_{c max}>90%且P_{c min}<10%，说明较大爆破块度占比低，有利于提升盾构推进速度；另外微小爆破块度占比低，炸药能量利用率高。故爆破效果良好，孔网参数设计可行。

2.7　考虑生态环境影响进一步优化

厦门海域是我国国家一级保护哺乳动物中华白海豚的主要栖息地，研究表明水下爆破产生的冲击波是爆破作业导致海洋生物死亡的主要原因^[17]，为了控制海底隧道爆破施工对海洋生物的影响，采用如下公式确定爆破作业在本海域被保护海洋动物的安全峰值速度

(8)

式中：P_max为被保护海洋动物的安全超压临界值，一般可以参考鱼类取2×10⁵ Pa；ρ_w为海水密度，此处取1.025×10³ kg/m³；C_p为海水纵波波速，此处取1500 m/s。海域爆破条件下的峰值速度预测公式采用依托翔安海底隧道工程基于量纲分析原理对现场监测数据回归建立的如下公式^[18]

(9)

式中：R为被保护海洋动物所在海域位置监测点至孤石和基岩凸起段爆破药包中心距离，m；

为考虑被保护海洋动物安全的孤石和基岩凸起段爆破最大单孔装药量，kg。

综合考虑最不利因素及安全系数，取R＝80 m，联立公式(8)和(9)，计算出考虑被保护海洋动物安全的孤石和基岩凸起段爆破的最大单孔装药量

。将孤石和基岩凸起段边缘孔、其它孔的Q_max和考虑海洋生物安全的

计算结果采用散点图绘制，结果如图9和图10所示。由图9和图10可知，孤石和基岩凸起段边缘孔、其它孔的最大单孔装药量均小于考虑海洋生物安全的最大单孔装药量，爆破方案可行。

3　现场爆破预处理效果验证

收起

3.1　现场取芯检测结果

为检验所提方法在实际工程中的爆破效果，对爆破预处理后的结果进行取芯检测验证。对孤石段区域每处取芯2处，其中一处位于孤石中心位置，所取芯样如图11所示；基岩凸起段处检测数量按总爆破孔数的3%，某处所取芯样如图12所示。取芯检测结果表明，爆破预处理后的全部块度都在30 cm以内，大部分块度在25 cm以内，满足盾构出渣要求，不需要进行二次爆破。

3.2　爆破预处理段盾构推进情况

孤石和基岩凸起段经爆破预处理后采用盾构机进行作业，推进过程中，压力、液位稳定，盾构机在此区间未产生异常情况，均顺利通过。

进一步地，对正常段和爆破后孤石和基岩凸起段的盾构总推力、总扭矩、掘进速度和刀盘转速参数进行分析。其中，左线(246~408环)正常段平均总推力为14 074 kN，爆破后孤石和基岩凸起段的平均总推力14 554 kN，爆破预处理段相对于正常段平均总推力增加了3.41%；右线(239~388环)正常段平均总推力为11 959 kN，爆破后孤石和基岩凸起段的平均总推力12 397 kN，爆破预处理段相对于正常段平均总推力增加了3.66%；爆破预处理段与正常段的盾构掘进平均总推力相近。此外，爆破预处理段的盾构总扭矩为1~2 MN/m，掘进速度为10~20 mm/min，刀盘转速为1.0~1.5 RPM。从参数上来看，采用本文所述方法对孤石和基岩凸起段进行爆破预处理达到了理想的效果。

3.3　对海域生态环境的影响

为最大程度确保爆破作业对白海豚不造成危害，爆破作业开始前利用声墙驱赶法将海域中华白海豚驱赶至安全距离(保险起见，取200 m)之外的保护水域，爆破作业过程中现场监测保护水域的声压峰值均未超过2 kPa，据观测附近海域中华白海豚活动无任何明显异常，证明了所提爆破预处理方法对海域生态环境没有产生不良影响。

4　结论

收起

(1)依托厦门轨道交通2号线工程，综合考虑海域孤石和基岩凸起段的覆盖层条件、爆破块度控制指标及海洋生物安全控制标准，提出了一种海域盾构隧道孤石和基岩凸起段的精细化爆破预处理方法。基于现场取芯检测结果、盾构推进情况及对海域生态环境影响的监测结论，验证了所提方法取得了良好的爆破预处理效果。

(2)本文所提爆破预处理方法科学精细、步骤明确、可操作性强，在进行海域盾构隧道孤石和基岩凸起段爆破方案设计时除了考虑各种常规设计因素外，同时全面考虑了海域中孤石和基岩凸起段每个设计炮孔处的水压深度、软土覆盖层厚度及孤石和基岩凸起段厚度等具体爆破环境条件，比现有设计方法具有更加明确的理论依据和针对性。同时，克服了现有技术中海域孤石和基岩凸起段爆破参数无针对性理论确定依据、块度效果控制不理想以及不考虑爆破作业对海洋生态环境影响等缺点和不足。

(3)文中计算单孔装药量时安全距离取R＝80 m，尽管有研究数据表明距爆源安全距离以外的声压峰值和声压级均较小，但为了最大程度减小爆破作业对白海豚的危害，建议采取适当的措施(如渔船、声波或电磁波驱赶法)对海洋生物进行驱赶和保护，从而达到更高的安全性。

(4)由于孤石和基岩凸起段上方的覆盖层构造较为复杂，简单的等效深度和等效厚度不能够反映现场的真实条件，更精细的水下炸药单耗确定方法及块度控制模型有待进一步研究。

基金

收起

国家重点研发计划(2023YFC2907200)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

[1]

竺维彬, 黄威然, 孟庆彪, 等. 盾构工程孤石及基岩侵入体爆破技术研究[J]. 现代隧道技术, 2011, 48(5): 12-17.

ZHU

Wei-bin

, HUANG

Wei-ran

, MENG

Qing-biao

, et al. Research on controlled blasting technology for boulders and invading bedrock in shield construction[J]. Modern Tunnelling Technology, 2011, 48(5): 12-17. (in Chinese)

[2]

祝思然, 孙利. 盾构隧道花岗岩球状风化体控制爆破效果数值分析[J]. 现代隧道技术, 2019, 56(5): 150-156.

ZHU

Si-ran

, SUN

. Numerical analysis of controlled blasting effect of the spheroidal weathered granite body in shield tunnelling[J]. Modern Tunnelling Technology, 2019, 56(5): 150-156. (in Chinese)

[3]

周文海, 胡才智, 包娟, 等. 含节理岩体爆破过程中应力波传播与裂纹扩展的数值研究[J]. 力学学报, 2022, 54(9): 2501-2512.

ZHOU

Wen-hai

, HU

Cai-zhi

, BAO

Juan

, et a1. Numerical study on crack propagation and stress wave propagation during blasting of jointed rock mass[J], Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2022, 54(9): 2501-2512. (in Chinese)

[4]

欧玉峰, 陈培义, 李友军, 等. 大片区孤石爆破控制起爆技术分析及应用[J]. 工程爆破, 2019, 25(6): 71-75.

Yu-feng

, CHEN

Pei-yi

, LI

You-jun

, et a1. Analysis and application of controlled initiation technology for large-area boulders blasting[J]. Engineering Blasting, 2019, 25(6): 71-75. (in Chinese)

[5]

许贵华. 聚能装药技术在地铁盾构孤石爆破处理中的应用研究[D]. 厦门: 厦门大学, 2018.

Gui-hua

. Research on the application of shaped charge technology in the blasting treatment of isolated stone of metro shield[D]. Xiamen: Xiamen University, 2018. (in Chinese)

[6]

沈顺平, 陈建洲, 林育仁. 复合地层海底隧道盾构岩石控制爆破技术[J]. 工程爆破, 2020, 26(2): 65-68.

SHEN

Shun-ping

, CHEN

Jian-zhou

, LIN

Yu-ren

. Controlled blasting technology for shield rock in subsea tunnel of composite stratum[J]. Engineering Blasting, 2020, 26(2): 65-68. (in Chinese)

[7]

梁奎生, 荆永滨, 柴修伟, 等. 泥水平衡盾构隧道基岩孤石控制爆破预处理技术[J]. 爆破, 2017, 34(2): 105-109.

LIANG

Kui-sheng

, JING

Yong-bin

, CHAI

Xiu-wei

, et a1. Technology of controlled blasting pre-treatment of bedrock and boulders in slurry shield tunnel[J]. Blasting, 2017, 34(2): 105-109. (in Chinese)

[8]

丁锐, 路耀邦, 党如姣, 等. 侵入盾构隧道基岩地面钻孔地下爆破预处理及效果检验技术[J]. 隧道建设, 2013, 33(3): 224-230.

DING

Rui

, LU

Yao-bang

, DANG

Ru-jiao

, et a1. Pretreatment of bedrock intruding into shield tunneling scope by means of blasting hole drilling from ground surface and blasting underground[J]. Tunnel Construction, 2013, 33(3): 224-230. (in Chinese)

[9]

卢少壮, 赵璐, 郭志峰. 大直径盾构穿越滨海孤石地层精准物探与处置技术研究[J]. 现代隧道技术, 2023, 60(5): 195-204.

Shao-zhuang

, ZHAO

, GUO

Zhi-feng

. Study on precise geophysical prospecting and processing technique for large-diameter shield tunnelling through coastal boulder strata[J]. Modern Tunnelling Technology, 2023, 60(5): 195-204. (in Chinese)

[10]

JTS 204—2023　水运工程爆破技术规范[S].2023: 14-22.

JTS 204—2023 Technical Code of Blasting for Port and Waterway Engineering[S].2023: 14-22. (in Chinese)

[11]

张庆彬, 阳军生, 吴从师, 等. 上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(5): 695-702.

ZHANG

Qing-bin

, YANG

Jun-sheng

, WU

Cong-shi

, et a1. Experiment of explosive consumption by blasting pretreated boulders with overlying stratum of rock-soil[J]. Explosion and Shock Waves, 2016, 36(5): 695-702. (in Chinese)

[12]

CUNNINGHAM

C V B

. The Kuz-Ram model for prediction of fragmentation from blasting[C]//Proceedings of 1st International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Sweden, 1983(8): 39-453.

[13]

张正宇, 张文煊, 吴新霞, 等. 现代水利水电工程爆破[M]. 北京: 中国水利水电出版社2003: 110-111.

ZHANG

Zheng-yu

, ZHANG

Wen-xuan

, WU

Xin-xia

, et al. Blasting of modern water conservancy and Hydropower Engineering[M]. Beijing: China Water Conservancy and Hydropower Press, 2003: 110-111. (in Chinese)

[14]

OUCHTERLONY

. The Swebrec function: linking fragmentation by blasting and crushing. Institution of Mining and Metallurgy[J]. Transactions. Section A: Mining Technology, 2005, 114(1): 29-44.

[15]

OUCHTERLONY

, SANCHIDRI

N A J

. A review of development of better prediction equations for blast fragmentation[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2019(11): 1094-1109.

[16]

CUNNINGHAM

C V B

. The Kuz-Ram model for prediction of fragmentation from blasting[C]//Proceedings of the 1st International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, (ed: R Holmberg and A Rustan), Lulea, Sweden, 1983(8): 439 453.

[17]

JIANG

, LYU

G P

, WU

T Y

, et al. Vibration effect and ocean environmental impact of blasting excavation in a subsea tunnel[J]. Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research, 2023, 131.

[18]

费鸿禄, 关福晨, 包士杰, 等. 海底爆破振动强度衰减规律及中华白海豚保护措施研究[J]. 海洋通报, 2019, 38(4): 405-414.

FEI

Hong-lu

, GUAN

Fu-chen

, BAO

Shi-jie

, et a1. Study on attenuation law of submarine blasting vibration intensity and protection measures of Chinese white dolphins[J]. Marine Science Bulletin, 2019, 38(4): 405-414. (in Chinese)

2025年第42卷第1期

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doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2025.01.010

接收时间：2024-05-12
首发时间：2026-03-18
出版时间：2025-07-20

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收稿日期：2024-05-12

基金

National Key Research and Development Program of China(2023YFC2907200)

国家重点研发计划(2023YFC2907200)

作者信息

^1.河南理工大学　土木工程学院，焦作　454003

^2.中铁十四局集团有限公司，济南　250000

^3.华侨大学　土木工程学院，厦门　361021

通讯作者:

崔有权（1996-），男，硕士生，主要从事地下与隧道工程技术研究，（E-mail）1684010048@qq.com。

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

序号	钻孔编号	面积/m²	厚度/m	体积/m³	埋深/m	与隧道关系	岩性	备注
1	T4－30	4.15	1.2	5.02	16.7	位于隧道内	18－5微风化安山岩	孤石
2	T4－36	4.66	3.2	14.77	10.8	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
3	T4－49	8.43	2.2	18.55	18.6	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
4	M2Z3－THD－B48	9.69	4.9	47.19	11.7	位于隧道内	17－4中等风化花岗岩
5	DK19＋042~DK19＋048	2.42	4.0	68.05	17.1	侵入断面2.42 m	18－5微风化安山岩	基岩
6	DK19＋110~DK19＋117	0.45	2.0	6.33	18.7	侵入断面0.45 m	18－5微风化安山岩
7	DK19＋038~DK19＋045	2.35	5.7	94.17	16.5	侵入断面2.35 m	17－5中等风化花岗岩

序号

钻孔编号

面积/m²

厚度/m

体积/m³

埋深/m

与隧道关系

岩性

备注

T4－30

4.15

1.2

5.02

16.7

位于隧道内

18－5微风化安山岩

孤石

T4－36

4.66

3.2

14.77

10.8

位于隧道内

17－4中等风化花岗岩

T4－49

8.43

2.2

18.55

18.6

位于隧道内

17－4中等风化花岗岩

M2Z3－THD－B48

9.69

4.9

47.19

11.7

位于隧道内

17－4中等风化花岗岩

DK19＋042~DK19＋048

2.42

4.0

68.05

17.1

侵入断面2.42 m

18－5微风化安山岩

基岩

DK19＋110~DK19＋117

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2.0

6.33

18.7

侵入断面0.45 m

18－5微风化安山岩

DK19＋038~DK19＋045

2.35

5.7

94.17

16.5

侵入断面2.35 m

17－5中等风化花岗岩

序号	a/m	b/m	b₀/m	q₁	q₂	q₃	q₄	q/(kg·m^－3)	Q_0max	Q_1max	A	E	边缘孔X₅₀/cm	边缘孔X₅₀/cm	备注
1	0.8	0.8	0.6	2.34	0.06	0.34	0.04	2.78	1.35	2.15	10	110	4.771	5.159	孤石
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序号

a/m

b/m

b₀/m

q₁

q₂

q₃

q₄

q/(kg·m^－3)

Q_0max

Q_1max

边缘孔X₅₀/cm

备注

0.8

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0.06

0.34

0.04

2.78

1.35

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4.771

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孤石

1.0

0.8

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0.08

0.29

0.10

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6.65

8.88

110

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0.8

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2.34

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0.07

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10.41

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1.5

1.2

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2.80

11.18

15.24

110

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基岩

1.2

2.34

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0.01

2.78

1.00

1.80

110

4.540

5.008

1.5

1.2

2.34

0.06

0.31

0.07

2.78

10.77

14.72

110

6.740

7.100

序号	边缘B	其它B	边缘d/mm	其它d/mm	边缘W	其它W	边缘m	其它m	边缘H/m	其它H/m	边缘b	其它b	边缘n	其它n
1	0.6	0.8	60	60	0.05	0.06	1	1	1.01	1.21	2.5	2.6	0.96	1.06
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5	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.22	2.42	2.2	2.7	1.08	1.33
6	1.2	1.2	100	100	0.01	0.02	1	1	0.25	0.45	2.6	2.4	0.98	0.97
7	1.2	1.5	100	100	0.11	0.12	1	1	2.15	2.35	2.2	2.7	1.07	1.33

序号

边缘B

其它B

边缘d/mm

其它d/mm

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其它W

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其它m

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100

0.11

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