復雜環(huán)境下的隧道爆破振動控制技術及應用

張 杰

（四川公路橋梁建設集團有限公司大橋工程分公司 610071）

0 引言

在市區(qū)隧道爆破時，會經(jīng)常面臨隧道施工區(qū)與周圍建筑物距離較近的情況，對隧道爆破振動進行控制，以此保護周邊建筑物的安全。所以，根據(jù)試爆測試各項參數(shù)，合理地進行鉆爆設計，制定出合理的實施方案，是市區(qū)隧道施工的是否順利和成功的前提條件。

1 南山隧道工程情況簡介

圖1 -3 南山隧道衛(wèi)星圖

1.1 工程概況

擬建南山隧道新方案進口位于廣元市利州區(qū)南河街道接官亭社區(qū)南山麗景小區(qū)南側斜坡地帶，穿越南山山嶺。擬建隧道為分離式雙洞隧道，左線起止樁號為K23+070～K25+955，全長2925m，右線起止樁號為YK23+063～YK25+989.3，全長2926.3m。左線進、出口設計標高分別為499.33m、534.92m；右線進、出口設計標高分別為499.34m，534.89m。隧道最大埋深約345.50m。

南山隧道是國道212 線廣元南山隧道工程的重點控制性工程，全線共設一座分離式長隧道，隧道全長2925.65m，隧道最大埋深346m，其規(guī)模如下表：

表1 -1 隧道表

1.2 周邊環(huán)境

南山隧道周邊有建筑物、高壓鐵塔，且距離較近，爆破作業(yè)環(huán)境較復雜。隧道進口段洞門位于南山麗景小區(qū)附近，與小區(qū)建筑物最近距離只有27m。建筑物為底框結構，基礎采用柱下獨立基礎，地上6 層，地下1 層，安全性等級為（Bsu）級。隧道左側有一個10KV 高壓線鐵塔，與隧道直線距離約有70m，周邊環(huán)境詳見圖1-1 至1-3。

圖1 -1 南山麗景小區(qū)

圖1 -2 隧道進口及附近10KV 鐵塔

1.3 工程特點和難點

1.周圍環(huán)境復雜

隧道進口段洞門附近分布有大量民房和10KV 高壓線鐵塔，且距離較近；因此，必須確保爆破振動不會傷及民房及高壓線鐵塔；同時，需采取防止飛石及噪音的有效措施，減小對周邊居民生活的干擾。

2.滑坡

南山隧道出口端洞頂斜坡分布有一夾曲溝滑坡,滑坡左側邊界距離隧道洞口約130m, 其主滑方向與隧道走向夾角約15°?；抡w對隧道影響較小,隧道掘進過程中將對滑坡產(chǎn)生擾動影響,爆破挖等大能量的振動影響可能導致坡頂建筑物開裂，坡體局部出現(xiàn)失穩(wěn)破壞的現(xiàn)象。

2 爆破方案及安全檢算

2.1 爆破總體設計

根據(jù)設計文件的要求和南山隧道巖體實際情況，擬將隧道爆破分成兩階段實施。1、試驗階段，隧道進口段洞口以內(nèi)50m 范圍暫定為試驗階段，試驗階段就是要用最小的炸藥量獲取影響爆破震動衰減的相關數(shù)據(jù)、指標，為調(diào)整、修正爆破參數(shù)提供依據(jù)。試驗階段現(xiàn)場選取掌子面一定區(qū)域進行鉆孔爆破，爆破總裝藥量控制在10kg 以內(nèi)，通過微差起爆技術控制最大單響藥量分別為3.0kg，在隧道底板及最近建筑物基礎上處安裝測振儀器，收集爆破震動數(shù)據(jù)。

2、正式實施階段，該階段利用爆破試驗取得的成果，制定科學的爆破參數(shù)和實施細節(jié)，嚴格、科學的收集振動數(shù)據(jù)。實施階段隧道V 類圍巖采取臺階開挖，全斷面分為上下兩個臺階，上臺階高度5.87m，下臺階高度3m。按照“短進尺、弱爆破”原則嚴格控制循環(huán)進尺，前期循環(huán)進尺控制在1m 以內(nèi)，后期根據(jù)爆破振動監(jiān)測結果調(diào)整循環(huán)進尺。上臺階采取水平鉆孔，采用孔內(nèi)、孔外微差起爆技術嚴格控制最大單響藥量，有效降低爆破震動。下臺階采取豎直鉆孔，采用逐孔起爆技術降低爆破震動。

2.2 爆破振動安全檢算

建筑物距隧道最小距離約27m。根據(jù)GB 6722-2014《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定以及建筑物的性質(zhì)，擬定振速控制在2.0cm/s 以內(nèi)。采用薩道夫斯基預測公式來驗算爆破振動速度，

式中:

Qm——最大段安全藥量；

νk——建筑物允許的最大振動速度；

R——爆心距；

k——與爆破場地條件有關的衰減系數(shù)；

α——與地質(zhì)條件有關的衰減指數(shù)。

爆區(qū)不同巖性的k ，α 值如表2-1 所示。本工程k 取250，α 取2.0。經(jīng)計算，爆破施工時，mQ =14.08kg＞3.0 kg（試驗階段最大單響藥量）。爆破藥量小于安全藥量，符合爆破安全要求，安全驗算通過。

表2 -1 爆區(qū)不同巖性 α,k 值

3 爆破振動監(jiān)測及結果分析

3.1 測試方法及測點布置

本次測試采用UBOX-5016 爆破振動儀，該儀器可在爆破時記錄X、Y、Z 方向的振動速度和頻率。

3.2 測試結果及分析

通過對距離隧道最近建筑物獲取的爆破振動數(shù)值分析，當單響藥量為3.0kg時，垂向、水平、徑向獲取的爆破振動速度最大值分別為0.124、0.140、0.185cm/s。因為徑向振動數(shù)值最大，因此主要對徑向爆破振動進行分析。圖3-1 為南山麗景建筑物的爆破振動時程曲線。

圖3 -1 南山麗景建筑物的爆破振動時程曲線

選取有代表性的點，對數(shù)據(jù)進行篩選和分析，得出掌子面上方地表振速回歸直線如圖2-2 所示。

圖3 -2 南山麗景建筑物振速回歸直線

擬合得到Z 方向參數(shù)k=186.84，α =1.826；線性回歸決定系數(shù)R 為0.94。因此，Z 方向振速為：

由此可知，振速v 的大小主要由最大段起爆藥量Q 決定，由式（1）可得徑向方向質(zhì)點振速控制的最大段起爆藥量。隧道爆破開挖時，不同振速ν的允許最大單響藥量與爆心距的關系見圖3-3。

圖3 -3 不同ν 峰值下爆心距與允許最大單響藥量的關系

在每次施工前，測量起爆位置與周邊建筑物的距離，代入式（1）進行計算，算出最大單響藥量，可有效保證建筑物的安全。同時收集爆破振動數(shù)據(jù)，驗證爆破振速是否與計算相符，并加以分析，為后續(xù)爆破施工提供依據(jù)。在后續(xù)施工中，動態(tài)調(diào)整鉆爆參數(shù)，保證施工進度和周邊建筑物的安全。

4 結論

（1）對于復雜環(huán)境下的隧道爆破施工，應嚴格遵循“斷進尺、弱爆破”的原則。

（2）應通過試爆確定各項參數(shù)，測定建筑物與爆破位置的距離，以此計算鉆爆參數(shù)，輔以振動數(shù)據(jù)的收集和分析，后續(xù)施工中，進行動態(tài)調(diào)整。

（3）定期檢查周圍建筑物的情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即調(diào)整鉆爆參數(shù)。