地铁隧道爆破开挖临近建构筑物爆破振速控制

地铁隧道爆破开挖临近建构筑物爆破振速控制

刁国君

中铁隧道局集团路桥工程有限公司天津300000

摘要：为了解决隧道开挖过程中临近建构筑物爆破振速超标、减小爆破开挖对既有建构筑物的影响等问题，本文以重庆轨道交通五号线石桥铺~石新路站区间采用钻爆施工，打设减震孔、全断面分次爆破技术的方法为例进行论述。隧道采用钻爆施工，打设减震孔、全断面分次爆破是通过在掏槽眼中间打设减震孔，先预裂扩槽，破坏掏槽眼中间部位岩石的整体性，增加自由面从而减小掏槽眼起爆时产生的振速；然后将剩下部位再进行分部、分区、多次装药起爆从而增加自由面和减小单段装药量及一次起爆总装药量。从而减小爆破振速达到保护周边建构筑物的目的。通过现场实测振速和监控量测数据得出以下结论：隧道爆破开挖打设减震孔、全断面分次爆破临近建构筑物时能够明显降低爆破振速，减小对周边建构筑物的影响，保证隧道开挖安全通过。根据爆破振速及监控量测数据统计，打设减震孔、全断面分次爆破能够有效的控制爆破振速。

关键词：地铁隧道；爆破振速；分次爆破；临近建构筑物

BlastingVibrationVelocityControlofNearConstructioninBlastingExcavationofMetroTunnel

DiaoGuoJun

（ChinaRailwayTunnelBureauGroupRoadandBridgeEngineeringCo.，Ltd.，TianJin300000）

Abstract：Inordertosolvetheproblemsthattheblastingvibrationspeedofadjacentstructuresexceedsthestandardandreducetheimpactofblastingexcavationonexistingstructuresduringtunnelexcavation，thispapertakesthemethodofdrillingandblastingconstruction，settingshockabsorptionholesandfull-faceblastingtechnologyinShiqiaopu-ShixinRoadStationsectionofChongqingRailTransitLine5asanexample.Thetunnelisconstructedbydrillingandblasting，withshockabsorptionholesandfull-sectionblastingbylayingshockabsorptionholesinthemiddleofthecuthole，firstsplittingandexpandingthegroove，destroyingtheintegrityoftherockinthemiddlepartofthecuthole，increasingthefreesurfacesoastoreducethevibrationspeedwhenthecutholeisdetonated；thentheremainingpartisdetonatedbypartial，zoningandmultiplecharging，therebyincreasingthefreesurfaceandreducingthesingle-sectioncharging.Quantityandtotalchargeofprimarydetonation.Thus，theblastingvibrationspeedcanbereducedtoprotectthesurroundingstructures.Basedonthemeasuredvibrationvelocityandmonitoringdata，thefollowingconclusionscanbedrawn：theblastingvibrationvelocitycanbesignificantlyreduced，theimpactonsurroundingstructurescanbereduced，andthetunnelexcavationcanbeensuredtopasssafelywhenblastingexcavationwithshockabsorptionholesandfull-faceblastingapproachthebuilding.Accordingtothestatisticsofblastingvibrationvelocityandmonitoringmeasurementdata，theblastingvibrationvelocitycanbeeffectivelycontrolledbylayingshockabsorptionholesandfull-faceblastinginstages.

Keywords：MetroTunnel；BlastingVibrationVelocity；SegmentedBlasting；NearBuildings

引言

城市地铁施工位于闹市区，周边建构筑物较多且较近，暗挖隧道需下穿或旁穿各种管线、地下通道、高层建筑、立交桥、既有线等等建构筑物。爆破开挖时爆破振速对隧道周边建构筑物影响相对较大，易产生建构筑物自身的相对位移，影响结构安全，尤其是重要的地下或地上重要设施。本文主要以重庆轨道交通石桥铺站~石新路站暗挖区间爆破施工为例，该区间临近建构筑物爆破振速控制值为1cm/s，分析总结隧道临近建构筑物爆破施工时爆破振速控制技术。

1工程概况

该区间开挖沿城市主干道下方掘进，先后需旁穿重庆市某中学、下穿多座人行天桥、旁穿某医院，后下穿地下通道及沿街商铺、以及大量5、6层砖混结构房屋（70年代），最后进入既有线轨道保护区，同时下穿一地下过街人行通道。区间左右线轨道保护区范围内长度分别为90m、129m，区间右线距既有线一号线最短距离8.65m；区间隧道拱顶距两座地下通道底板高度分别为5.0m、2.1m；拱顶距70年代房屋桩基分别为3.7m、6.3m；西京医院桩基距区间隧道水平距离2.35m，距拱顶0.4m。

洞身位于砂岩中，埋深9.2m~28.2m，岩体呈块状结构、中等风化，节理裂隙不发育~较发育，岩体较完整，围岩为Ⅲ级，岩石抗压强度为42Mpa。地下水状态Ⅰ级，岩层产状平缓，倾向100°~200°，倾角6°~12°。

隧道下穿建构筑物平面图见图1。

图1隧道下穿建构筑物平面图

Fig.1Thetunnelplanbelowthebuilding

2爆破设计及施工

2.1全断面爆破设计

（1）爆破器材

炸药选用2号岩石乳化炸药，φ32*200mm。孔外采用电雷管起爆，非电毫秒导爆管雷管引爆，孔内采用1~15段奇数段非电毫秒导爆管雷管引爆，

（2）爆破设计

1）炮眼深度L

周边眼L=2.4m，掘进眼L=2.4m，掏槽眼L=2.8m，底板眼L=2.4m。

2）炮眼布置

A、周边眼：间距：E=（8～12）d（d=42mm），则E=336～504mm，本设计为隔孔装药，取E=500mm；抵抗线：W=（1.0～1.5）E，取W=500mm；装药集中度：q=0.2～0.25kg/m。

B、掘进炮眼：抵抗线：W=（15～25）d=630～1050mm，取W=850mm；间距：a=mW抵，m=0.8～1.0，m与岩性有关的，硬岩取大值，软岩取小值。a=680～850mm，本设计取a=750mm。

C、底板眼：由于底板眼爆破时受夹制作用大，为保证爆破效果，底板眼间距可适当调小，取眼孔间距a=600mm。

D、掏槽眼：空眼双层复式楔形混合掏槽。

隧道全断面炮眼布置图见图2。

图2隧道全断面炮眼布置图

Fig.2Tunnelblastholelayout

3）单眼装药量

q=k.a.w.L.λ

式中q-----单眼装药量（kg）；

k-----炸药单耗（kg/m3）取k=0.9kg/m3；

a-----炮眼间距（m）；

w-----炮眼爆破方向的抵抗线（m）；

L-----炮眼深度（m）；

λ-----炮眼部位系数

表1隧道全断面装药参数表

Table1FullFaceloadingparametersoftunnel

断面面积40.35m2方量96.84m3单耗895g/m3

当隧道埋深较深、距建构筑物距离相对较远时爆破振速在控制范围之内，当隧道接近西京医院时爆破振速呈上升趋势，其他监控量测数据无异常，距西京医院时20m左右时，爆破振速超标。要求调整爆破设计。

2.2分2~3次爆破设计[2]

（1）分次起爆

将隧道断面分成2~3个区域，分别起爆。降低一次起爆总装药量和单段装药量，并调整爆破循环进尺为1.2m。

（2）爆破设计

1）炮眼深度L

周边眼L=1.2m，掘进眼L=1.2m，掏槽眼L=1.4m，底板眼L=1.2m。

2）炮眼布置

A、周边眼：间距：E=（8～12）d（d=42mm），则E=336～504mm，本设计为隔孔装药，取E=500mm；抵抗线：W=（1.0～1.5）E，取W=500mm；装药集中度：q=0.2～0.25kg/m。

B、掘进炮眼：抵抗线：W=（15～25）d=630～1050mm，取W=850mm；间距：a=mW抵，m=0.8～1.0，m与岩性有关的，硬岩取大值，软岩取小值。a=680～850mm，本设计取a=750mm。

C、底板眼：由于改为分次爆破，底板眼间距适当增大，取眼孔间距a=1000mm。

D、掏槽眼：空眼双层复式楔形混合掏槽。

隧道分次爆破炮眼布置图见图3。

图3隧道分次爆破炮眼布置图

Fig.3Tunnelblastingboreholelayout

表2隧道分2次装药参数表

Table2the2parametersofthetunnel

断面面积40.35m2方量48.42m3单耗890g/m3

通过调整爆破参数后，振速明显降低，但是掏槽眼振速仍有超标现象。临近地下通道及两栋砼六时爆破振速仍无法控制在1cm/s。

2.3分4次爆破设计

（1）打设减震孔

采取掏槽眼中间部位打设φ42减震孔并利用炸药扩槽，破坏围岩的整体性，增加炮眼间的贯穿裂隙和掏槽眼起爆时的自由面。

（2）爆破设计

在原有爆破设计的基础上第1次起爆时下部掏槽眼1段和上部掏槽眼5段的单段装药量仍过大，故将上下部掏槽眼分开起爆，掏槽眼为同一段位调整为对称几个段位，从而降低掏槽眼单段装药量。减震孔扩槽第一次起爆。

分次爆破炮眼布置图见图4。

通过调整爆破参数，增加分次次数、打设减震孔。根据实测爆破振速数据，在下穿两栋砼六和旁穿渝州路15号都能够满足要求。当进入既有线保护区后临近地下通道时，在既有线内安装爆破测振仪TC-4850，通过无线传输接受。地下通道内也进行实时检测。爆破振速在掏槽眼起爆时仍有超标现象。通过爆破专题会确定调整减震孔。打设φ108减震孔，加深孔深，减小间距。

2.4调整减震孔

因φ42减震孔直径较小，扩槽后岩层预裂形成的自由面有限，仍无法满足掏槽眼起爆时爆破振速的控制要求。故在掏槽眼中线位置打设φ108减震孔，间距300mm，深度6m。在φ108减震孔周边两侧打设φ42孔。孔深1.4m。预裂扩槽。从而在掏槽眼中部形成切槽，增加掏槽眼的自由面。

3振速分析

3.1监测原则

爆破振速监测共3个单位进行现场实时监测。分别是第三方监测、施工监测、爆破监理监测。爆破振速数据以第三方监测为主，施工监测和爆破监理监测为辅。爆破振速采用TC-4850型振动仪、Blast-NET型测震仪监测，监测位置为被监测建构筑物距隧道掌子面最近点，有多个建构筑物时则3台仪器分别监测。

3.2数据分析

根据爆破数据统计，爆破振速与单段装药量呈正相关。自由面和雷管段位的影响因素最大。其中分次爆破掏槽眼起爆振速最大。全断面一次起爆和分次起爆掏槽眼爆破振动波形分别见图5、图6。爆破数据成果见表4。

4结论与讨论

隧道爆破振速影响因素较多，但对于该区间隧道而言，地质条件单一，都为砂岩，Ⅲ级。故对于该区间临近建构筑物的爆破振速主要影响因素是一次起爆总装药量、单段装药量、自由面数量。通过将断面分区、分次起爆，增加雷管段位可以降低一次起爆总装药量和单段装药量。打设减震孔预裂扩槽或切槽。破坏围岩的整体性，增加炮眼间的贯穿裂隙，从而创造自由面。通过分部分次爆破和设置减震孔等方式，提高炸药爆破能量利用率，减小单段装药量和一次起爆总装药量，有效的降低爆破振速。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准：爆破安全规程（GB6722-2014）[S].北京.中国标准出版社，2014.（NationalStandardofPRC：SafetyRegulationsforSafety（GB6722-2014）[S]Beijing，Publisher：StandardsPressofChina，2014.（inChinese））

[2]李志刚.浅谈爆破振动速度控制.矿业工程.1671-8550（2011）02-0037-02（LiZhigang.Discussiononblastingvibrationvelocitycontrol.Miningengineering.1671-8550（2011）02-0037-02。（inChinese））

[3]王辉，阳生权，常中民.轻轨隧道下穿建筑物爆破震动试验研究[J].湖南工业大学学报，2014Vol.2806-0039-08.（WANGHui，YANGShengquan，CHANGZhongmin，ExperimentalStudyonBlastingVibrationofLightRailTunnelUndercrossingBuildings；[J].JournalofHunanUniversityofTechnology；2014Vol.28，06-0039-08.（inChinese））