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：以重慶機場路渝州隧道擴建開挖為例，隧道爆破開挖時，對臨近隧道以及臨近房屋進行檢測，本文分析采集到的檢測數(shù)據(jù)，論證隧道擴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。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，對原有隧道的擴建越來越多的應(yīng)用于工程中。從經(jīng)濟角度考慮，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)律進行了大量有意義的研究。1工程背景渝州隧道是重慶市機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)狀隧道進行改擴建，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)擴挖，形成兩個單洞4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，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，在隧道掘進的方法上考慮采用短進尺，弱爆破，強支護，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）爆破用藥量計算按如下公式進行計算：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Ⅳ級圍巖較完整，按每循環(huán)（）考慮，經(jīng)計算，輔助眼單孔裝藥量控制在以內(nèi)，取（），詳見圍巖爆破裝藥參數(shù)表1。實際藥量通過爆破試驗確定，現(xiàn)場可根據(jù)實際爆破效果及巖層情況進行適當(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9-1~9-890258579880掘進10-1~10-890258掘進11-1~11-690256掘進12-1~12-690256掘進13-1~13-10902510掘進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)計參數(shù)，目前還缺乏一定的理論計算公式，因此根據(jù)工程經(jīng)驗光爆眼的裝藥量按裝藥集中度設(shè)計，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)爆破器材的選取：采用2#硝胺乳化炸藥，非電雷管導(dǎo)爆管起爆。4）計算理論炮眼數(shù)量：根據(jù)經(jīng)驗公式：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)公式計算求得：上部炮眼數(shù)為：個，加上周邊光爆眼35個，共計86個；下部炮眼數(shù)為：個，加上周邊光爆眼25個，底板眼10個，共計98個。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)計由于隧道開挖有兩個臨空面，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)驗公式及露天爆破經(jīng)驗，確定掘進眼間距取，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，該爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計洞外采用電爆破網(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、爆破安全距離計算及安全措施

（1）爆破振動計算：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，主要是控制被保護建筑物所在地質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率，建筑物所在地質(zhì)點峰值振動速度計算公式如下：

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：，滿足要求。施工地震波的控制，根據(jù)以往的爆破施工經(jīng)驗主要以最大單響藥量來控制。在實際施工中，最大單響藥量必須控制在安全范圍之內(nèi)。

（2）個別飛石距離計算：

根據(jù)大爆破飛石距離計算式：

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

計算得出本次爆破個別飛石最大距離。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)點振動速度作為衡量爆破震動強度的唯一指標(biāo)。大量的工程實踐和試驗研究表明，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，人們提出在評價爆破震動對建(構(gòu))筑物的危害時，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，我們對隧道的右洞進行監(jiān)測，檢測布置如下圖4。并同時對附近的房屋進行監(jiān)測。圖4隧道震動監(jiān)測點布置平面圖根據(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挖時，對房屋進行檢測分析。并對數(shù)據(jù)進行整理分析，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行監(jiān)測，根據(jù)我國新實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)計方案是可行的，希望能夠為類似的工程提供一些依據(jù)。參考文獻[1]王萬平.六甲洞隧道的改擴建設(shè)計[J].公路，2008，7：6-8.[2]李煜川.某公路隧道的擴建施工方案[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)險及對策[J].公路，2008(07).[4]時義鵠.我國高速公路發(fā)展與改擴建拓寬工程綜述[J].湖南交通科技，2007(04).[5]胡居義，陳禮彪，黃倫海.2車道隧道擴建成4車道隧道擴建形式研究[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[J]，重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2008，30（3）：78-82.[8]中華人民共和國建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)》[S].北京：中國