穿越軍事設(shè)施淺埋隧道微振爆破施工技術(shù)

王萬春 WANG Wan-chun

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，太原 030032）

（CR 17 BG No.1 Engineering Co.，Ltd.，Taiyuan 030032，China）

1 工程概況

成綿樂鐵路客運專線CMLZQ-1標(biāo)千佛山隧道起訖里程DK32+719～DK33+227，全長508m，為V級圍巖淺埋隧道，進(jìn)口采用單壓式洞門，出口采用耳墻式洞門。DK32+727～DK32+950段采用 CD 法開挖，DK32+950～DK33+227段采用大拱腳弧形導(dǎo)坑法開挖，進(jìn)、出口各25m范圍內(nèi)采用Φ108大管棚、洞身段采用Φ42小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，由于DK32+850～DK32+950段洞頂有中科院應(yīng)用電子學(xué)研究所2號，3號軍事設(shè)施觀測站，施工中必須采取措施控制爆破振速≤2cm/s。

2 技術(shù)要求及方案選擇

2.1 振動要求 千佛山隧道中部穿越軍事觀測站，要求隧道在爆破開挖時，允許振速必須控制在2cm/s以內(nèi)，X、Y、Z方向振幅必須控制在2mm以內(nèi)。

2.2 方案選擇 根據(jù)圍巖特點選擇周邊眼間距及最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。

嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，采用間隔裝藥，使藥量沿炮眼全長均勻分布，導(dǎo)爆索起爆。

2.3 參數(shù)選擇 ①孔深確定：Ⅴ級圍巖取0.8～1.0m。②周邊光爆孔或預(yù)裂孔孔網(wǎng)確定：根據(jù)a/w=0.7～1.0原則確定，一般 a=45～60cm，取 50cm；w=50～80cm，取 60cm。③周邊眼線裝藥密度確定：q線在硬巖段一般取200～350g/m；Ⅴ級圍巖，q線=250g/m3。④掘進(jìn)孔孔網(wǎng)參數(shù)確定：掘進(jìn)孔孔網(wǎng)根據(jù)單孔裝藥量負(fù)擔(dān)面積確定：a·w=S=Q單/q·l。Q單—單孔裝藥量；q—單耗；l—孔深；a—孔距；w—抵抗線；S—炮孔負(fù)擔(dān)面積。⑤單耗確定：單耗根據(jù)類似經(jīng)驗確定，Ⅴ級圍巖周邊眼取0.25kg/m3、斷面開挖取0.5～1.94kg/m3。⑥掏槽孔確定：楔形掏槽采用六孔掏槽。直眼掏槽采用五孔掏槽。

2.4 藥量計算 藥量計算見圖1（Ⅴ級圍巖CD法控制爆破炮眼布置方案1）和表1（爆破一循環(huán)裝藥量分配表（掘進(jìn)0.8m））。

2.5 裝藥方法 起爆網(wǎng)絡(luò)采用并簇連法，按如下順序連接：炮眼內(nèi)雷管分組→周邊眼導(dǎo)爆索并接→同段電雷管雙發(fā)簇連→雙發(fā)電雷管起爆。眼內(nèi)采用電毫秒雷管起爆，眼外采用電毫秒雷管傳爆，起爆采用雙發(fā)電雷管起爆。

采用人工用木制炮棍裝藥，起爆體在火工品加工房專人加工，分段存放。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)為間隔裝藥；掏槽眼和掘進(jìn)眼、底板眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。人工采用30厘米粘性土卷堵塞，用木制炮棍壓緊。

3 爆破設(shè)計

3.1 炮眼布置 根據(jù)本隧道爆破振動要求、工程地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破器材選用等確定炮眼的布置。千佛山隧道Ⅴ級圍巖中壁（CD）法控制爆破開挖炮眼布置見圖1。

圖1 CD法控制爆破炮眼布置方案一

3.2 爆破參數(shù) 為減輕爆破對軍事觀測站的振動影響及圍巖擾動，爆破前在拱部180°范圍內(nèi)施作1排Φ50鉆孔，鉆孔長4m，環(huán)向間距0.2m，采用控制爆破進(jìn)行開挖。采用高精度毫秒雷管，適當(dāng)增加低段位之間的延時差，增加雷管段數(shù)，雷管總段數(shù)為17段。同時根據(jù)爆破振動監(jiān)控數(shù)據(jù)及時修正爆破參數(shù)，以期滿足爆破振動要求。爆破一循環(huán)裝藥量分配表見表1。

表1 方案優(yōu)化前裝藥量分配表（掘進(jìn)0.8m）

4 振動監(jiān)測

施工過程中，采用TC-4850爆破測振儀進(jìn)行振動監(jiān)測。通過測振儀的液晶顯示屏，現(xiàn)場可直接快速瀏覽最大值、頻率、電量等參數(shù)指標(biāo)；高精度記錄。該爆破測振儀自帶液晶屏可在現(xiàn)場直接設(shè)置各項采集參數(shù)；儀器無需設(shè)置量程，預(yù)覽振動波形及最大值、頻率等信息，而無需外接電腦。同時，測振儀配備X,Y,Z三矢量一體的速度傳感器，系統(tǒng)測試頻帶5Hz至500Hz，系統(tǒng)誤差小于5%，精度誤差小于0.5%，讀數(shù)精度達(dá)到1‰，可在-10℃～75℃溫度下工作。

在隧道頂，軍事觀測站四周設(shè)置6個觀測點，在隧道進(jìn)洞開始后對觀測點進(jìn)行了不間斷觀測，關(guān)注爆破震動源距觀測點的距離，在觀測點上震動的影響，及時調(diào)整爆破參數(shù)。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，現(xiàn)場的X、Y、Z振幅小于2mm的要求，振速最大為2.28cm/s。需進(jìn)一步優(yōu)化方案、降低振速。

5 方案優(yōu)化

5.1 增加掏槽眼 在原方案的掏槽眼處各增加2個掏槽眼，并減少掏槽眼裝藥量至0.45kg/孔。炮眼布置見圖2。

檢測結(jié)果顯示振速最大為1.58cm/s。

5.2 增加掘進(jìn)眼 在方案二炮眼布置 3、5、7、9、11段增密炮眼、減少單孔裝藥量以降低振速。炮眼間距由110～120cm加密90～100cm。斷面共增加掘進(jìn)眼12個，彈孔裝藥量由0.60kg/孔減為0.45kg/孔。炮眼布置見圖3。

檢測結(jié)果顯示振速最大降為1.17cm/s。

圖2 CD法控制爆破炮眼布置方案二

圖3 CD法控制爆破炮眼布置方案三

圖4 CD法控制爆破炮眼布置方案四

5.3 增設(shè)預(yù)裂孔 在方案三的拱部180°范圍內(nèi)增設(shè)1排Φ50鉆孔，鉆孔長4m，環(huán)向間距0.2m，上下兩排交錯布置。炮眼布置如圖4，藥量計算如表2。

表2 方案優(yōu)化后裝藥量分配表（掘進(jìn)0.8m）

圖5 爆破振動監(jiān)測圖

振動監(jiān)測部分結(jié)果見圖5爆破振動監(jiān)測圖。振速最大為0.75cm/s。達(dá)到理想結(jié)果，按照方案四進(jìn)行施工。

6 體會

爆破振動控制因掌子面圍巖性質(zhì)不同而具有不可完全預(yù)測性，是動態(tài)施工過程，對施工要求極高，需要不斷優(yōu)化施工方案。在各循環(huán)施工過程中根據(jù)當(dāng)前掌子面巖體走向和超前地質(zhì)預(yù)報初步判斷前方巖層性質(zhì)以此指導(dǎo)下一循環(huán)的進(jìn)尺和各個炮眼裝藥量。同時施工過程中要求對振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及時處理并用于指導(dǎo)下一循環(huán)爆破施工。

[1]TB1 0003-99，鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]易萍麗.現(xiàn)代隧道設(shè)計與施工[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[3]鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1995.

[4]王廷武.地面與地下工程控制爆破[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.

[5]李世輝.隧道圍巖穩(wěn)定系統(tǒng)分析[M].北京：中國鐵道出版社，1991.