公路隧道爆破施工对邻近营运高速公路隧道及桥梁安全的影响

公路隧道爆破施工对邻近营运高速公路隧道及桥梁安全的影响

韦六民

广西隆太爆破工程有限公司 广西 南宁 530000

摘要：随着高速公路建设快速发展,城市化不断推进,为节约土地资源,许多地区的高速公路变得越来越密集,在新建高速公路隧道时经常存在上跨、下穿、平行或临近既有高速公路的情况。隧道施工通常采用爆破开挖的方式,爆破会产生振动、飞石和冲击波等危害作用,这无疑对既有高速公路运营安全形成很大的安全隐患。因此,在施工过程中采取有效措施,以确保既有高速公路运营安全,尤为重要。

关键词：公路隧道;爆破;振动

引言

随着我国交通的快速发展,隧道上跨或下穿已有隧道的情况越来越常见,因新建隧道施工而造成的既有隧道结构破坏也随之增多。如何确保新建隧道对既有隧道结构安全的影响,满足其正常的运营要求,是交叉隧道施工中的重难点问题。针对这一问题,国内外学者开展了大量的研究工作。如陈卫忠等结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。祝康采用有限元模拟方法,开展了新建公路隧道爆破施工对既有高铁隧道的影响分析。李君君等依托新建巴万高速公路羊子岭隧道上穿既有襄渝二线羊子岭铁路隧道工程,开展新建公路隧道上穿铁路隧道的施工力学行为研究。但是,以上研究主要侧重新建隧道对既有隧道的稳定性及力学行为等方面,针对新建隧道上跨施工对既有隧道的爆破振动响应研究,还较为缺乏。

1爆破施工工艺

1.1施工控制要求

（1）爆破飞石距离的控制。在爆破施工期间，产生的飞石易对现场施工造成不良影响。在设计时，应以爆破工作面为参照基准，要求该类飞石的距离不超过50m，并且不可损伤隧道内的各结构以及各类机械设备。（2）爆破地震波的控制。根据项目建设现场及周边的实际情况，结合场景考虑爆破振动速率V的控制要求如下：居民一般砖房，V≤1.5cm/s；二衬中央岩，V≤15cm/s。此外，考虑到临近公路的稳定性与安全性要求，经综合分析后，提出V≤10cm/s的要求。沿隧道中心线有序布设路面地震波监测点，在各交叉部位及前方10m的位置布点，上下两行洞布置2×3个测点。此外，在衬砌边墙每断面按对称的方式布设2个测点，交叉点及前方10m处统一布设测点。（3）爆破冲击波的控制。该工程采取隧道内爆破的方式，虽然在爆破过程中会产生冲击波但在其影响范围内无建筑物，同时一次齐发药量较小，冲击波几乎不存在危害，可忽略不计。

1.2爆破施工

（1）爆破掘进方式。隧道开挖采用钻爆法，绝大部分为光面爆破，局部辅以机械开挖的作业方式。施工Ⅴ级围岩破碎段时，考虑到施工安全、质量和效率的要求，采取机械开挖的方法，并辅以松动爆破措施。易坍塌软弱Ⅴ级围岩施工中，单次循环进尺不超过1.0m，Ⅳ级围岩地段则要求该值不超过2.0m。周边眼装药选用φ25mm小药卷，采取间隔装药的方法；对于掏槽眼、辅助眼、开挖眼及底板眼，统一选用φ32mm药卷，并且遵循连续装药的作业原则。（2）爆破参数设计。通过理论计算、工程类比两种方法的应用以及对现场试爆情况的分析，确定一套具有可行性的光面爆破作业参数。第一，不耦合系数。在此指标的设定中，考虑到炮孔压力小于岩壁动抗压强度但高于动抗拉强度的要求，以此为导向，结合实际情况设定不耦合系数，认为该值以1.5～2.0为宜。第二，最小抵抗线W。以炮孔直径（φ40mm）为参照基准，通常取该值的10～20倍，具体根据地质条件灵活调整。例如，遇坚硬岩石时，W值需适当减小；遇软弱地段时，W值需适当增大。具体在该项目中，该值取60cm。第三，光面炮眼间距E。以炮孔直径（φ40mm）为参照基准，通常取该值的8～15倍，具体根据地质条件灵活调整。例如，遇完整性较好的岩石时，以较大值为宜；遇节理裂隙发育的岩石时，出于安全考虑，宜取较小值。（3）钻爆参数设计。以新奥法施工原理为指导，充分遵循“短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌”的基本原则，创设安全的施工环境，以便高效完成开挖作业。施工期间加强对实际围岩特性的分析，若与设计资料不符，则需及时汇总实际情况，与监理、设计部门取得联系，经商讨后适当调整施工方案。

2爆破振动的影响分析

2.1爆破振动对既有隧道的影响

隧道衬砌和围岩的安全与否不仅取决于隧道结构的抗振能力,而且与冲击波强度有关。通过建立三维地层—结构模型,模拟新建隧道爆破施工对既有隧道的影响并进行分析。

2.2.1位移

爆破对隧道衬砌产生的位移影响。模拟结果显示,爆破使得隧道衬砌产生最大的位移为0.0045mm,位移的变化幅度不影响结构的安全。

2.2.2振动

爆破对隧道衬砌产生的振动速度。爆破导致隧道产生振动,对隧道衬砌产生的振动速度为0.132cm/s,振动速度小于1.8cm/s。经分析,该隧道进行爆破施工时,隧道爆破施工不影响既有隧道的结构安全。

2.3爆破振动对既有桥梁的影响

通过建立三维地层—结构模型,模拟新建隧道爆破施工对既有高架桥梁的影响并进行分析。

2.3.1位移

爆破对桥梁产生的位移影响。模拟结果显示,爆破使得隧道衬砌产生最大的位移为0.0045mm,位移的变化幅度不影响结构的安全。

3.2.2振动

爆破对隧道衬砌产生的振动速度。爆破导致隧道产生振动,对隧道衬砌产生的振动速度为0.132cm/s,振动速度小于1.8cm/s。经分析,该隧道进行爆破施工时,隧道爆破施工不影响既有隧道的结构安全。

2.3爆破振动对既有桥梁的影响

通过建立三维地层—结构模型,模拟新建隧道爆破施工对既有高架桥梁的影响并进行分析。

3.3.1位移

爆破对桥梁产生的位移影响。模拟结果显示,爆破使得高速公路桥梁产生最大位移为0.00559mm,位移的变化幅度不影响结构的安全。

3.3.2振动

爆破对桥梁产生的振动速度。爆破导致桥梁产生振动,对桥梁产生的振动速度为0.163cm/s,振动速度小于1.8cm/s。经分析,该隧道进行爆破施工作业时,不影响既有高速公路桥梁的结构安全,施工后能保证临近既有桥梁正常使用。

3爆破飞石和冲击波的影响分析

飞石和冲击波的防护在隧道洞口前设置洞口爆破防护台车。台车橡胶防护毯与主梁配合斜撑,可对洞门进行全覆盖。橡胶防护毯作为防护排栅能有效抗击洞内爆破产生的飞石和冲击波,防护毯磨损后可及时更换,放炮时可移到洞口,不放炮时可在洞口附近存放,灵活移动,操作方便。

结束语

结合工程实际,将既有高速公路附近的隧道爆破振动速度取值为1.8cm/s,并以此为基础,确定不同距离的同段起爆最大装药量,从而有效指导爆破方案设计。(2)为减少爆破振动的影响,爆破方案设计采取了短进尺、增加雷管段数、减少单段最大装药量等措施。经采用有限元分析及结合现场观测,爆破振动未对既有高速公路的隧道及桥梁结构安全造成影响。(3)隧道爆破时,在隧道洞口前设置爆破防护台车,可有效阻止飞石和冲击波对人员及临近结构的影响。结合现场使用情况的观测,防护效果良好,产生的飞石及冲击波未对既有高速公路运营安全造成影响。

参考文献

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