隧道穿越爆破控制研究

何國華

摘 要：以某市一項新隧道工程為背景，研究了施工過程中如何合理確定爆破設(shè)計參數(shù)與選擇爆破方案等方面問題，解決了新建隧道近距離同時穿越既有建筑和既有隧道的關(guān)鍵技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：隧道設(shè)計；爆破；控制

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16723198（2014）03019001

1 引言

隨著城市軌道交通設(shè)施不斷完善，出現(xiàn)了大量的穿越工程。國內(nèi)很多研究人員對此進(jìn)行了研究。李旭東等提出了淺埋隧道穿越高層建筑的方法；許登根研究了淺埋隧道穿越火車站候車廳的控制爆破，提出了利用施工試驗來確定爆破參數(shù)的方法；龔倫等認(rèn)為干擾爆破是控制爆破地震的有效方法；鄭俊杰等認(rèn)為采用弱振動爆破技術(shù)可以減小新建隧道施工對既有隧道的影響；譚忠盛等采用數(shù)值法較全面地反映爆破振動對既有隧道影響的變化規(guī)律。通過工程實踐研究，積累了很多經(jīng)驗。但是目前的工程實例多為新建隧道穿越地表建筑物或既有隧道，兩者同時存在的情況是很少見的。在這種復(fù)雜條件下減振控制爆破技術(shù)的研究成為難點。

2 工程概況

圖1 隧道地理位置

平面圖椒金山新隧道工程是XX市重點工程，用于緩解東北路交通擁堵現(xiàn)狀。隧道全長為1098m，為雙向兩車道。隧道途徑路段的地層自上而下分為第四系填充層和基巖，區(qū)段內(nèi)存有斷層及兩個溶洞。其爆破斷面輪廓線高為1006m，寬為12.3m。在爆破施工過程中，要穿越兩條既有隧道和一些既有建筑物。既有隧道是位于東北路中段，分為東、西兩洞，西線長為1095.0m，東線長為1050.0m。既有建筑物包括金家街第一小學(xué)教學(xué)樓和大鋼集團所屬的簡易民宅，分別為框架與磚混混合結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)。隧道地理位置圖如圖1。

3 爆破設(shè)計參數(shù)

3.1 炮孔深度

炮孔深度是指爆破工作面至炮孔底部的垂直距離。它是重要的爆破參數(shù)，即影響爆破循環(huán)進(jìn)尺和掘進(jìn)速度，又影響爆破地震效應(yīng)。針對本工程的圍巖狀況，如果選用過大的炮孔深度，一方面爆破的夾制作用增大，炮孔利用率降低；另一方面，爆破會產(chǎn)生的地震效應(yīng)會破壞圍巖的整體穩(wěn)定性，對既有建筑物和既有隧道造成破壞。在綜合考慮各方面影響因素后，本次爆破中上臺階炮孔直眼深度選為27m，下臺階炮孔直眼深度選為3m。

3.2 炮孔數(shù)目

根據(jù)相關(guān)的施工經(jīng)驗，單次掘進(jìn)炮孔總數(shù)可用下式確定：

N=K·S·LL·n·r

（1）

式中N—孔數(shù)目（個）；K—單位炸藥消耗量（kg/m）；L—炮孔深度（m）；S—開挖面積（m2）；r—炸藥的線裝藥密度（kg/m）；n—炮眼裝藥系數(shù)。

根據(jù)本工程實際情況，上臺階各參數(shù)為：K取0.74 kg/m，L取2.7 m，S取58.62 m2，r取0.78 kg/m，n取0.50。將上述參數(shù)代入式1得N=111，實際孔數(shù)為112。下臺階各參數(shù)為：K取0.60 kg/m，L取3.0m，n取0.50，r取0.78 kg/m，S取20.40m2。代入式1得N=31。各段炮眼數(shù)目詳見表1。

3.3 裝藥量計算

3.3.1 單孔裝藥量

單孔裝藥量可按下式計算。

q=K·a·W·L·λ

（2）

式中q—單孔裝藥量（kg）；K—單位炸藥消耗量（kg/m）；a—炮孔距離（m）；W—炮孔爆破方向的抵抗線（m）；L—炮孔深度（m）；λ—炮孔所在部位系數(shù)。

3.3.2 單次爆破總裝藥量

單次爆破總藥量按下式計算：

Q=K·S·L

（3）

式中K—單位炸藥消耗量（kg/m）；L—炮孔深度（m）；S—開挖面積（m2）。

將上述各參數(shù)代入式（3）可得：上臺階單次爆破總藥量為130.2kg，下臺階Ⅱ區(qū)裝藥量為40kg，Ⅲ區(qū)裝藥量為3225kg。以上結(jié)果均未超過規(guī)定值，取為實際裝藥量。

3.4 炮孔分布形式

本隧道在綜合考慮周圍復(fù)雜的環(huán)境、現(xiàn)場鉆孔的干擾程度及鉆孔精度的技術(shù)要求后，主要采用垂直多層楔形掏槽形式。內(nèi)層掏槽孔傾斜角度為55°，由內(nèi)向外逐漸過渡到90°。具體形式如圖2所示，掏槽孔分別為1、3、5、7、9段，采用跳段排列方式；輔助孔分別為11、12、13段；周邊眼分別為14、15段，采用不對稱爆破方式。

圖2 炮孔分布示意圖