復雜環境下的隧道爆破振動控制技術及應用

張 杰

（四川公路橋梁建設集團有限公司大橋工程分公司 610071）

0 引言

在市區隧道爆破時，會經常面臨隧道施工區與周圍建筑物距離較近的情況，對隧道爆破振動進行控制，以此保護周邊建筑物的安全。所以，根據試爆測試各項參數，合理地進行鉆爆設計，制定出合理的實施方案，是市區隧道施工的是否順利和成功的前提條件。

1 南山隧道工程情況簡介

圖1 -3 南山隧道衛星圖

1.1 工程概況

擬建南山隧道新方案進口位于廣元市利州區南河街道接官亭社區南山麗景小區南側斜坡地帶，穿越南山山嶺。擬建隧道為分離式雙洞隧道，左線起止樁號為K23+070～K25+955，全長2925m，右線起止樁號為YK23+063～YK25+989.3，全長2926.3m。左線進、出口設計標高分別為499.33m、534.92m；右線進、出口設計標高分別為499.34m，534.89m。隧道最大埋深約345.50m。

南山隧道是國道212 線廣元南山隧道工程的重點控制性工程，全線共設一座分離式長隧道，隧道全長2925.65m，隧道最大埋深346m，其規模如下表：

表1 -1 隧道表

1.2 周邊環境

南山隧道周邊有建筑物、高壓鐵塔，且距離較近，爆破作業環境較復雜。隧道進口段洞門位于南山麗景小區附近，與小區建筑物最近距離只有27m。建筑物為底框結構，基礎采用柱下獨立基礎，地上6 層，地下1 層，安全性等級為（Bsu）級。隧道左側有一個10KV 高壓線鐵塔，與隧道直線距離約有70m，周邊環境詳見圖1-1 至1-3。

圖1 -1 南山麗景小區

圖1 -2 隧道進口及附近10KV 鐵塔

1.3 工程特點和難點

1.周圍環境復雜

隧道進口段洞門附近分布有大量民房和10KV 高壓線鐵塔，且距離較近；因此，必須確保爆破振動不會傷及民房及高壓線鐵塔；同時，需采取防止飛石及噪音的有效措施，減小對周邊居民生活的干擾。

2.滑坡

南山隧道出口端洞頂斜坡分布有一夾曲溝滑坡,滑坡左側邊界距離隧道洞口約130m, 其主滑方向與隧道走向夾角約15°。滑坡整體對隧道影響較小,隧道掘進過程中將對滑坡產生擾動影響,爆破挖等大能量的振動影響可能導致坡頂建筑物開裂，坡體局部出現失穩破壞的現象。

2 爆破方案及安全檢算

2.1 爆破總體設計

根據設計文件的要求和南山隧道巖體實際情況，擬將隧道爆破分成兩階段實施。1、試驗階段，隧道進口段洞口以內50m 范圍暫定為試驗階段，試驗階段就是要用最小的炸藥量獲取影響爆破震動衰減的相關數據、指標，為調整、修正爆破參數提供依據。試驗階段現場選取掌子面一定區域進行鉆孔爆破，爆破總裝藥量控制在10kg 以內，通過微差起爆技術控制最大單響藥量分別為3.0kg，在隧道底板及最近建筑物基礎上處安裝測振儀器，收集爆破震動數據。

2、正式實施階段，該階段利用爆破試驗取得的成果，制定科學的爆破參數和實施細節，嚴格、科學的收集振動數據。實施階段隧道V 類圍巖采取臺階開挖，全斷面分為上下兩個臺階，上臺階高度5.87m，下臺階高度3m。按照“短進尺、弱爆破”原則嚴格控制循環進尺，前期循環進尺控制在1m 以內，后期根據爆破振動監測結果調整循環進尺。上臺階采取水平鉆孔，采用孔內、孔外微差起爆技術嚴格控制最大單響藥量，有效降低爆破震動。下臺階采取豎直鉆孔，采用逐孔起爆技術降低爆破震動。

2.2 爆破振動安全檢算

建筑物距隧道最小距離約27m。根據GB 6722-2014《爆破安全規程》的規定以及建筑物的性質，擬定振速控制在2.0cm/s 以內。采用薩道夫斯基預測公式來驗算爆破振動速度，

式中:

Qm——最大段安全藥量；

νk——建筑物允許的最大振動速度；

R——爆心距；

k——與爆破場地條件有關的衰減系數；

α——與地質條件有關的衰減指數。

爆區不同巖性的k ，α 值如表2-1 所示。本工程k 取250，α 取2.0。經計算，爆破施工時，mQ =14.08kg＞3.0 kg（試驗階段最大單響藥量）。爆破藥量小于安全藥量，符合爆破安全要求，安全驗算通過。

表2 -1 爆區不同巖性 α,k 值

3 爆破振動監測及結果分析

3.1 測試方法及測點布置

本次測試采用UBOX-5016 爆破振動儀，該儀器可在爆破時記錄X、Y、Z 方向的振動速度和頻率。

3.2 測試結果及分析

通過對距離隧道最近建筑物獲取的爆破振動數值分析，當單響藥量為3.0kg時，垂向、水平、徑向獲取的爆破振動速度最大值分別為0.124、0.140、0.185cm/s。因為徑向振動數值最大，因此主要對徑向爆破振動進行分析。圖3-1 為南山麗景建筑物的爆破振動時程曲線。

圖3 -1 南山麗景建筑物的爆破振動時程曲線

選取有代表性的點，對數據進行篩選和分析，得出掌子面上方地表振速回歸直線如圖2-2 所示。

圖3 -2 南山麗景建筑物振速回歸直線

擬合得到Z 方向參數k=186.84，α =1.826；線性回歸決定系數R 為0.94。因此，Z 方向振速為：

由此可知，振速v 的大小主要由最大段起爆藥量Q 決定，由式（1）可得徑向方向質點振速控制的最大段起爆藥量。隧道爆破開挖時，不同振速ν的允許最大單響藥量與爆心距的關系見圖3-3。

圖3 -3 不同ν 峰值下爆心距與允許最大單響藥量的關系

在每次施工前，測量起爆位置與周邊建筑物的距離，代入式（1）進行計算，算出最大單響藥量，可有效保證建筑物的安全。同時收集爆破振動數據，驗證爆破振速是否與計算相符，并加以分析，為后續爆破施工提供依據。在后續施工中，動態調整鉆爆參數，保證施工進度和周邊建筑物的安全。

4 結論

（1）對于復雜環境下的隧道爆破施工，應嚴格遵循“斷進尺、弱爆破”的原則。

（2）應通過試爆確定各項參數，測定建筑物與爆破位置的距離，以此計算鉆爆參數，輔以振動數據的收集和分析，后續施工中，進行動態調整。

（3）定期檢查周圍建筑物的情況，一旦發現異常，立即調整鉆爆參數。