以減少或避免爆破施工對隧道圍巖穩(wěn)定及周邊建筑安全的損害

以減少或避免爆破施工對隧道圍巖穩(wěn)定及周邊建筑安全的損害/以減少或避免爆破施工對隧道圍巖穩(wěn)定及周邊建筑安全的損害擴(kuò)建隧道爆破施工對附近房屋及相鄰隧道的影響分析

摘要：以重慶機(jī)場路渝州隧道擴(kuò)建開挖為例，隧道爆破開挖時(shí)，對臨近隧道以及臨近房屋進(jìn)行檢測，本文分析采集到的檢測數(shù)據(jù)，論證隧道擴(kuò)挖爆破所采用爆破方案的可行性，為以后類似的工程提供經(jīng)驗(yàn)。0引言隨著我國交通的飛速發(fā)展，大量城市的原有隧道無法滿足日益增長的交通需求，對原有隧道的擴(kuò)建越來越多的應(yīng)用于工程中。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，施工一般采用鉆爆法以節(jié)約成本。由于受地形和環(huán)境等因素的影響，擴(kuò)建隧道與既有隧道的凈間距較小，施工過程中可能引起對既有隧道圍巖、襯砌的影響以及周邊建筑的影響。研究爆破振動對相鄰既有隧道及建筑的影響，以減少或避免爆破施工對隧道圍巖穩(wěn)定及周邊建筑安全的損害，具有重要的工程意義。目前，許多學(xué)者采用數(shù)值分析、現(xiàn)場爆破地震測試等方法對臨近隧道在爆破振動作用下的動態(tài)響應(yīng)以及衰減規(guī)律進(jìn)行了大量有意義的研究。1工程背景渝州隧道是重慶市機(jī)場路拓寬改造工程的一部分。隧道現(xiàn)狀為雙洞，平面成喇叭型布置，進(jìn)口段兩隧道結(jié)構(gòu)間巖石凈距約7.8m，出口段為15m。隧道凈寬10m，凈高6.7m，圓拱直墻式素砼襯砌，拱厚75cm，邊墻厚110cm。隧道左洞起止里程樁號：ZK0+350~ZK0+700.5，左洞全長350.5m；隧道右洞起止里程樁號：YK0+346.5~YK0+618，右洞全長271.5m。隧道進(jìn)口方向左側(cè)約50m直線距離有6層磚混居民樓兩棟。新建隧道利用現(xiàn)狀隧道進(jìn)行改擴(kuò)建，保持現(xiàn)狀隧道平面走向及隧道間中央巖柱厚度不變分別向兩側(cè)擴(kuò)挖，形成兩個(gè)單洞4車道隧道。改造后：隧道凈跨17.081m，凈高8.482m。隧道襯砌結(jié)構(gòu)按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。橫斷面見圖1。圖1渝州隧道橫斷面圖2爆破設(shè)計(jì)方案1、洞內(nèi)土石方爆破參數(shù)

1）由于所處區(qū)域地質(zhì)條件相對較好，施工中為盡量降低安全隱患，在隧道掘進(jìn)的方法上考慮采用短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，勤監(jiān)測的施工方法，以控制最大段藥量來降低爆破震動，確保施工安全。2）爆破用藥量計(jì)算按如下公式進(jìn)行計(jì)算：單孔炮眼裝藥量：式中：——炮眼的裝藥量（）——眼深（）——炮眼裝藥系數(shù)，查表取得，掏槽，輔助，周邊——每米長度炸藥量（），查表取隧道掘進(jìn)Ⅳ級圍巖較完整，按每循環(huán)（）考慮，經(jīng)計(jì)算，輔助眼單孔裝藥量控制在以內(nèi)，?。ǎ斠妵鷰r爆破裝藥參數(shù)表1。實(shí)際藥量通過爆破試驗(yàn)確定，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際爆破效果及巖層情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。表1圍巖爆破裝藥參數(shù)表部位爆序眼孔參數(shù)單孔裝藥量分段孔數(shù)分段藥量（kg）總藥量（kg）總孔數(shù)導(dǎo)爆索（m）角度（o）孔深（m）卷數(shù)藥量（kg）上部斷面一輔1-1~1-159021533861202-1~2-12902212二輔3-1~3-790257周邊4-1~4-17902217二輔5-1~5-1090210三輔6-1~6-795257周邊7-1~7-9952298-1~8-995229下部斷面掘進(jìn)9-1~9-890258579880掘進(jìn)10-1~10-890258掘進(jìn)11-1~11-690256掘進(jìn)12-1~12-690256掘進(jìn)13-1~13-10902510掘進(jìn)14-1~14-2590242515周邊15-1~15-259522257．5底板16-1~16-109524106光爆眼:隧道周邊全部采用光面爆破，由于光面爆破的設(shè)計(jì)參數(shù)，目前還缺乏一定的理論計(jì)算公式，因此根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)光爆眼的裝藥量按裝藥集中度設(shè)計(jì)，本工程取。為保證光爆質(zhì)量，光爆眼設(shè)置按空眼與裝藥眼間隔布置。3)爆破器材的選?。翰捎?#硝胺乳化炸藥，非電雷管導(dǎo)爆管起爆。4）計(jì)算理論炮眼數(shù)量：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：其中：——炸藥單耗量——開挖面積——炮眼裝藥系數(shù)，取——每米長度炸藥量（），查表取隧道Ⅳ級圍巖采用分部開挖，上部（見圖2）34，下部（見圖3）65，取，根據(jù)公式計(jì)算求得：上部炮眼數(shù)為：個(gè)，加上周邊光爆眼35個(gè)，共計(jì)86個(gè)；下部炮眼數(shù)為：個(gè)，加上周邊光爆眼25個(gè)，底板眼10個(gè)，共計(jì)98個(gè)。圖2隧道爆破開挖順序一及周邊炮眼示意圖圖3隧道爆破開挖順序二及周邊炮眼示意圖5）炮眼布置設(shè)計(jì)由于隧道開挖有兩個(gè)臨空面，因此上、下部開挖作業(yè)均不設(shè)掏槽眼，直接采用拍炮形式，其類似于露天臺階爆破，因此可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及露天爆破經(jīng)驗(yàn)，確定掘進(jìn)眼間距取，二周眼間距，眼孔孔深，除周邊眼外所有眼孔采用垂直眼，周邊眼外斜5度。2、起爆方法與起爆網(wǎng)路

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，該爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)洞外采用電爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，孔內(nèi)采用毫秒微差電雷管，采用串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接；洞內(nèi)采用非電導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)連接，孔內(nèi)采用非電毫秒微差雷管。

3、爆破安全距離計(jì)算及安全措施

（1）爆破振動計(jì)算：炸藥在巖石介質(zhì)中爆炸，其釋放了一部分能量以波動形式沿地面?zhèn)鞑?，形成了爆破的地震效?yīng)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722-2003中對地面建筑物的安全要求，主要是控制被保護(hù)建筑物所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度和主振頻率，建筑物所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度計(jì)算公式如下：

式中：—爆破地震安全距離(m)

—炸藥量(kg)，齊發(fā)爆破取總炸藥量，微差爆破或毫秒爆破取最大一段藥量。

—振動安全允許速度，按國家標(biāo)準(zhǔn)為

與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)或衰減指數(shù)，本爆區(qū)取值，由于爆區(qū)在隧道內(nèi)，只有左洞隧道斜上方25m有建筑物外，其余建筑物均在25m以外。洞內(nèi)開挖施工單段最大藥量控制在內(nèi)，，，最近建構(gòu)筑物為以外：，滿足要求。由于原隧道雙洞最小間距8，為保證施工安全，爆破振速控制在12以內(nèi)，開挖單段最大藥量取時(shí)：，滿足要求。施工地震波的控制，根據(jù)以往的爆破施工經(jīng)驗(yàn)主要以最大單響藥量來控制。在實(shí)際施工中，最大單響藥量必須控制在安全范圍之內(nèi)。

（2）個(gè)別飛石距離計(jì)算：

根據(jù)大爆破飛石距離計(jì)算式：

式中：—最大段藥量爆破作用指數(shù)，—最小抵抗線，—系數(shù)，取～1.2

計(jì)算得出本次爆破個(gè)別飛石最大距離。3爆破地震破壞的主要判斷依據(jù)關(guān)于爆破震動安全判據(jù)，目前仍然多采用質(zhì)點(diǎn)振動速度作為衡量爆破震動強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。大量的工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，選用單一的振動參數(shù)來描述爆破震動的特征是很不全面的，爆破地震震動頻率對建筑物的安全也有著很重要的影響。因此，人們提出在評價(jià)爆破震動對建(構(gòu))筑物的危害時(shí)，除用振動速度作為破壞判據(jù)外，還應(yīng)考慮爆破震動持續(xù)時(shí)間對建(構(gòu))筑物的累積破壞作用、振動頻率與建(構(gòu))筑物固有頻率之間的關(guān)系。一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破安全性應(yīng)滿足以下安全速度的要求:表2爆破震動安全判據(jù)（GB6772-2003）保護(hù)對象類別安全允許振速(cm/s)<10HZ10~50HZ50-100Hz土窯洞、土坯房、毛石房屋0~1一般磚房、非抗震性的大型砌塊建筑物鋼筋混凝土框架房屋3~4一般古建筑與古跡水工隧洞7~15交通隧洞10~20礦山巷道:圍巖不穩(wěn)定有良好支護(hù)15~304臨近隧道現(xiàn)場爆破監(jiān)測分析爆破震動作用對鄰近隧道的影響主要是爆破震動導(dǎo)致相鄰巖石力學(xué)性質(zhì)的劣化，尤其對有構(gòu)造帶通過或節(jié)理裂隙較發(fā)育的巖石影響更大。爆破震動作用會使圍巖原有裂隙張開與擴(kuò)展，新裂隙的產(chǎn)生，巖體聲波速度的降低，滲透系數(shù)的增大，進(jìn)而可能引起地表、地下建筑物或構(gòu)筑物的破裂、倒塌隧洞冒頂、片幫等災(zāi)害，危害很大。隧道開挖采用的是單邊開挖，先對隧道左洞進(jìn)行交通封閉，開放右洞，為了分析隧道左洞的爆破開挖是否對隧道右洞的影響，在隧道左洞開挖爆破時(shí)，我們對隧道的右洞進(jìn)行監(jiān)測，檢測布置如下圖4。并同時(shí)對附近的房屋進(jìn)行監(jiān)測。圖4隧道震動監(jiān)測點(diǎn)布置平面圖根據(jù)隧道的爆破，得到的檢測爆破的最大振速數(shù)據(jù)整理如下圖3：圖5臨近隧道檢測的最大振速圖如上圖所示，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，最大的振速是.其檢測的振速波形圖如下圖6：圖6最大振速波形圖依上圖所示，根據(jù)我國新實(shí)行的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)(GB6722-2003)可知，檢測到的最大振速為，頻率為，在允許振速范圍之內(nèi)，臨近隧道在爆破震動下是安全的。5臨近房屋現(xiàn)場爆破監(jiān)測分析因考慮到一些原因，這里我們考慮隧道左洞爆破擴(kuò)挖時(shí)，對房屋進(jìn)行檢測分析。并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得到圖7：圖7房屋檢測的最大振速圖在圖5明顯可以看出，房屋檢測到的最大振速為,其檢測的振速波形圖如下圖8：根據(jù)我國新實(shí)行的爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，可以看出在允許振速范圍之類，符合要求。6結(jié)論（1）對臨近隧道以及附近房屋的進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)我國新實(shí)行的爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，檢測的最大振速都在允許振速范圍之類，滿足要求。（2）渝州隧道采用的爆破設(shè)計(jì)方案是可行的，希望能夠?yàn)轭愃频墓こ烫峁┮恍┮罁?jù)。參考文獻(xiàn)[1]王萬平.六甲洞隧道的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)[J].公路，2008，7：6-8.[2]李煜川.某公路隧道的擴(kuò)建施工方案[J].四川建筑，2008，28(5）.[3]金波，韓常領(lǐng)，王萬平，曹校勇.既有隧道改建施工的安全風(fēng)險(xiǎn)及對策[J].公路，2008(07).[4]時(shí)義鵠.我國高速公路發(fā)展與改擴(kuò)建拓寬工程綜述[J].湖南交通科技，2007(04).[5]胡居義，陳禮彪，黃倫海.2車道隧道擴(kuò)建成4車道隧道擴(kuò)建形式研究[J].公路交通技術(shù)，（5）：93-97.[6]林志，林義.重慶輕軌隧道近跨城市公路隧道數(shù)值模擬分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006（增刊）：216-219.[7]林志，謝鋒.地下工程施工對房屋影響的損害評價(jià)[J]，重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（3）：78-82.[8]中華人民共和國建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)》[S].北京：中國