臨近居民建筑隧道爆破設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)分析

張輝 ZHANG Hui

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng) 110013）

0 引言

我國(guó)交通網(wǎng)一日比一日擴(kuò)大，修建地鐵或臨近城市隧道已經(jīng)成為大中型城市必不可少的發(fā)展項(xiàng)目，但是城市中人口密集，地形復(fù)雜，隧道開(kāi)挖產(chǎn)生的地基震動(dòng)難免會(huì)影響到附近居民的正常生活以及周?chē)ㄖ锏陌踩虼怂淼来┰矫裼媒ㄖ飬^(qū)或臨近民用建筑物則需考慮對(duì)周?chē)鼗h(huán)境的影響，當(dāng)?shù)貙訋r體比較堅(jiān)硬人工機(jī)械開(kāi)挖不太方便時(shí)，目前主流方法是采用爆破開(kāi)挖，但其開(kāi)挖過(guò)程引起的地震效應(yīng)是很強(qiáng)烈的，爆破強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)其產(chǎn)生的地震波就可能對(duì)臨近建筑物產(chǎn)生危害，故需嚴(yán)格控制隧道的爆破方案。這就對(duì)隧道爆破開(kāi)挖的施工方法提出了更高的要求。因此，優(yōu)化隧道爆破施工方案，對(duì)降低爆破施工環(huán)境影響是很有必要的。本文以七賢嶺隧道工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)試、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及理論計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)，確保施工期間臨近建筑物和隧道洞身安全。

1 依托項(xiàng)目背景

本文依托大連市西部鐵路延申線(xiàn)—七賢嶺隧道項(xiàng)目工程，隧道線(xiàn)路呈東西走向，從凌水灣開(kāi)始到河口結(jié)束。隧道右線(xiàn)和左線(xiàn)長(zhǎng)分別為1546m和1527m，隧道RK7+820—7+960段臨近居民建筑物宏都峰景小區(qū)。

工程水文地質(zhì)條件：

該區(qū)域地址的地質(zhì)勘探報(bào)告表明，表層1m范圍內(nèi)主要為碎石粉土，1m到1.7m范圍內(nèi)為全風(fēng)化石英砂巖和板巖相互交織，1.7m到4.5m范圍內(nèi)為中度風(fēng)化石英砂巖并鑲嵌板巖結(jié)構(gòu)，4.5m以下以中度風(fēng)化板巖為主。具體隧道區(qū)地質(zhì)情況如圖1所示。

圖1 隧道渣樣圖

2 隧道爆破施工

2.1 隧道爆破開(kāi)挖工藝要求

①施工應(yīng)根據(jù)隧道洞口、洞身不同的段落和圍巖級(jí)別、狀況采用合理開(kāi)挖方法。②在隧道爆破工程施工前，應(yīng)針對(duì)施工階段圍巖的地質(zhì)要求、施工斷面、開(kāi)挖方式等原因，制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。③爆破應(yīng)采用光面爆破或預(yù)裂爆破，分步開(kāi)挖時(shí)可采用預(yù)留光面層爆破。④通過(guò)工程類(lèi)比法，或采用現(xiàn)場(chǎng)試爆方法確定對(duì)光面開(kāi)挖爆破的技術(shù)參數(shù)。⑤隧道爆破過(guò)程，應(yīng)監(jiān)測(cè)圍巖爆破擾動(dòng)范圍和振動(dòng)速度。⑥爆破開(kāi)挖時(shí)必須預(yù)留足夠的變形量，避免侵限。具體爆破開(kāi)挖施工流程如圖2所示。

圖2 爆破開(kāi)挖工藝流程圖

2.2 爆破施工方案選取

隧道施工方法主要根據(jù)場(chǎng)地的施工條件、圍巖種類(lèi)以及隧道埋置深度等條件選擇施工方法，同時(shí)選擇施工方法時(shí)應(yīng)考慮安全、環(huán)境條件等因素。隧道主要施工方法如表1所示。

表1 隧道開(kāi)挖施工方法

本項(xiàng)目隧道四個(gè)作業(yè)面按IV級(jí)圍巖采用上、下臺(tái)階法爆破施工，每循環(huán)爆破進(jìn)尺3榀（每榀0.8m，計(jì)2.4m）。

3 爆破施工方案設(shè)計(jì)

3.1 振速控制標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家規(guī)定了爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)范圍，詳見(jiàn)表2。

表2 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

為確保更加安全地通過(guò)小區(qū)，減少對(duì)居民住戶(hù)的施工干擾，該隧道K7＋820-K7＋960段爆破振動(dòng)速度控制為1cm/s。

3.2 施工方案簡(jiǎn)述

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的爆破振速情況，依次改變臺(tái)階法上導(dǎo)爆破進(jìn)尺長(zhǎng)度，從目前的上導(dǎo)爆破進(jìn)尺3榀基礎(chǔ)上減少1榀，再由臺(tái)階法爆破進(jìn)尺2榀變?yōu)橹懈舯诜ū七M(jìn)尺2榀。改變一次爆破進(jìn)尺長(zhǎng)度及改變施工工法的具體位置通過(guò)計(jì)算確定。通過(guò)監(jiān)控波形數(shù)據(jù)認(rèn)為，影響振速的主要因素是掏槽眼的裝藥量，故爆破施工方案主要針對(duì)掏槽眼的爆破參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

①按臺(tái)階法進(jìn)行爆破進(jìn)尺3榀施工至臨近建筑物最小距離驗(yàn)算，其爆破炮孔位置分布和網(wǎng)絡(luò)連接圖如圖3所示，爆破參數(shù)如表3所示。

圖3 炮孔分布位置分布和網(wǎng)絡(luò)連接圖

表3 爆破參數(shù)表

通過(guò)表3可知掏槽眼最大裝藥量為7.2kg，依據(jù)薩道夫斯基地震計(jì)算公式：

其中R為起爆原點(diǎn)中心到居民建筑的距離（m），Q為最大單段裝藥量（kg），V為現(xiàn)場(chǎng)所在地允許質(zhì)點(diǎn)振速（cm/s），K為介質(zhì)系數(shù)，α為爆破振動(dòng)衰減指數(shù)。

通過(guò)巖性分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)震動(dòng)數(shù)據(jù)推算K值在150～250之間；α值在1.5～1.8之間，K取均值200、α取均值1.65計(jì)算。因此按目前爆破方法，按振速為1.0cm/s計(jì)算可施工至距臨近居民建筑的安全距離R為47.90m，而上臺(tái)階掏槽眼距臨近居民建筑的最近斜線(xiàn)距離為35.37m，如圖4所示。

圖4 隧道距10號(hào)樓位置關(guān)系圖（cm）

因此修正施工至距臨近居民建筑的安全距離為R值為12.6m。即按上述臺(tái)階法進(jìn)行上臺(tái)階爆破作業(yè)，每循環(huán)進(jìn)尺3榀，在確保振速控制在1.0cm/s以下的最小距離為12.6m，實(shí)際按20m控制，對(duì)應(yīng)宏都峰景10號(hào)樓（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道進(jìn)口K7＋875和隧道明洞K7＋915處。

②按臺(tái)階法進(jìn)行爆破施工進(jìn)尺2榀可以施工至臨近居民建筑的最小距離計(jì)算。按臺(tái)階法爆破進(jìn)尺2榀的爆破炮孔分布位置及網(wǎng)絡(luò)連接圖同上述3榀圖示。通過(guò)上述類(lèi)似爆破參數(shù)表可計(jì)算掏槽眼單響最大裝藥量為5.4kg。依據(jù)薩道夫斯基地震計(jì)算公式，按目前施工方法，按振速為1.0cm/s計(jì)算可施工至距被保護(hù)物的安全距離R為43.52m而上臺(tái)階掏槽眼距被保護(hù)物的最近斜線(xiàn)距離為35.37m，因此修正施工至距被保護(hù)物的安全距離為R值為8.15m。

結(jié)論，即按上述爆破方法，每次進(jìn)尺2榀，振速控制在1.0cm/s以下的最小距離為8.5m，實(shí)際按10m控制，對(duì)應(yīng)宏都峰景10號(hào)樓（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道進(jìn)口K7＋885和隧道明洞K7＋905處。

③按中隔壁法進(jìn)行爆破施工進(jìn)尺2榀計(jì)算至臨近居民建筑7m位置的振速。其爆破進(jìn)尺2榀的爆破炮孔位置分布及網(wǎng)絡(luò)連接圖詳見(jiàn)圖5所示。

圖5 炮孔分布位置及網(wǎng)絡(luò)連接圖

隧道爆破位置距宏都峰景10號(hào)樓位置與圖5類(lèi)似，但其距離為36.88m。依據(jù)地震計(jì)算公式計(jì)算：

V=K（Q/R）1.65=200=0.841＜1.0（cm/s）

驗(yàn)算：

Q=R（V/K）=3.29（kg）＞2.4（kg）

R=（K/V）Q==33.21（m）＜36.88（m）

通過(guò)上述驗(yàn)算可知隧道距宏都峰景最小距離處，按照中隔壁法進(jìn)行2榀爆破施工，能夠確保振速在1.0（cm/s）以?xún)?nèi)。即隧道K7＋885-K7＋905段20m長(zhǎng)度按上述中隔壁法上臺(tái)階爆破作業(yè)，每循環(huán)進(jìn)尺2榀，能夠確保振速在1.0（cm/s）以下。

綜上所述，隧道進(jìn)口爆破作業(yè)面——K7＋875及隧道明洞爆破作業(yè)面——K7＋915按臺(tái)階法每循環(huán)爆破進(jìn)尺3榀施工，K7＋875-K7＋885及K7＋905-K7＋915按臺(tái)階法每循環(huán)爆破進(jìn)尺2榀施工，K7＋885-K7＋905按照中隔壁法每循環(huán)爆破進(jìn)尺2榀施工。

4 結(jié)論

本文以西延線(xiàn)-七賢嶺隧道建設(shè)工程為依托，分析介紹了爆破施工工藝以及方案選取原則，重點(diǎn)分析介紹了臨近宏都峰景小區(qū)爆破施工方案，對(duì)比介紹了臺(tái)階法和中隔壁法爆破方法，并詳細(xì)闡述了該項(xiàng)目爆破施工方案各個(gè)步驟要點(diǎn)，并通過(guò)理論計(jì)算優(yōu)化了爆破施工參數(shù)，研究結(jié)論能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)的工程項(xiàng)目建造時(shí)提供參照與借鑒。