高鐵隧道鄰近古建筑施工控制爆破技術

侯峰

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300222）

近年來，隨著我國基礎建設的加快，隧道等地下工程建設日益增多，隧道近接既有構筑物的案例越來越多[1-3]，近接建筑物諸如橋梁、隧道、建筑等。

自光面爆破施工技術提出以來，經過反復實踐論證、廣泛應用，現已發展成為隧道礦山法施工的一種主要工法[4-6]。目前，關于隧道近接既有構筑物的研究主要集中在力學響應及影響分析上[7-9]。葉云斌和方繼偉[10]為分析爆破施工對既有隧道的影響規律，基于現場監測數據及統計分析方法，得到了爆破振動速度的衰減規律。曹義[11]以鐵路隧道下穿某國稅局大樓施工為研究背景，基于現場試驗及監測數據，研究了振動爆破的衰減規律。謝曉峰[12]以某立交隧道為工程背景，采用數值分析方法模擬了隧道爆破過程中的振動，研究了隧道襯砌的動力響應規律。

目前對于光面爆破機理及參數的研究已具有較多成果，關于爆破施工對鄰近古建筑的工程案例相對較少，本文以杭紹臺東茗隧道側穿南巖為背景，研究了爆破施工對鄰近古建筑的影響。

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

新建杭州經紹興至臺州鐵路東茗隧道位于嵊州市新昌縣，起迄里程DK95+920～DK114+146.15，為雙線鐵路隧道。穿行于丘陵區，海拔高度50～425 m，相對高差30～425 m，自然坡度25°～60°，隧道通過段內山體多陡峻，溝谷及斜坡緩坡分布第四系土層。DK97+525～DK98+045段距隧道中心30 m左側為南巖寺，該寺廟建于清朝光緒年間，墻體為磚混結構，屋頂為木結構。最小埋深為46 m，為滿足工期要求，加快施工進度，采用三臺階開挖，隧道上臺階距離地表建筑物最近。

1.2 水文地質概況

東茗隧道多位于剝蝕丘陵區和低山區，地形起伏，多呈“V”字型沖溝發育，東茗隧道側穿南巖寺處，依據地質鉆探，該段圍巖為粉砂巖、砂礫巖，砂礫狀結構，層狀、塊狀構造，圍巖分級為Ⅳ級。區內地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖和構造裂隙水，主要接收大氣降水和水庫裂隙通道補給。

2 爆破方法及參數計算

2.1 爆破參數及炮眼布置

由于光面爆破技術對圍巖擾動小，隧道爆破施工采用光面爆破。光面爆破的主要參數有：炮眼間距E、炮眼密集系數m、裝藥集中度q、最小抵抗線W、不耦合系數D等。

以隧道主洞Ⅳ級圍巖爆破施工為例，其參數選用為：E=45cm、W=55cm 、m=E/W=0.82，計劃掘進循環進尺為2.4 m，Ⅳ級圍巖爆破施工炮眼布置見圖1。

圖1 Ⅳ級圍巖光面爆破炮眼布置圖

2.2 爆破方案設計

（1）單循環爆破用藥計算

每一循環裝藥量按式（1）計算：

式中：Q-每一循環裝藥量， k g；

q-爆破1 m3巖石用藥量，kg/m3；

S-導坑斷面積，m2；

L-炮眼深度，m。

各導坑及炮眼循環進尺單位耗藥量見表1，單位炸藥量與炮眼深度修正系數見表2所示。

表1 爆破1m3巖石用藥量（單位：kg/m3）

表2 單位炸藥量與炮眼深度修正系數

（2）炮孔裝藥量

①掏槽孔與輔助孔

掏槽孔和輔助孔炮孔裝藥量按式（2）計算：

式中：η-炮孔裝藥系數；

γ-每米長度裝藥量，kg/m。

②光爆孔

光面爆破孔裝藥量通常為輔助孔的1/3～1/4。

（3）控制爆破設計裝藥量

隧道周邊采用光面爆破，不良地質、淺埋地段采用微震控制光面爆破。控制爆破作業最大一段允許裝藥量按式（3）計算：

式中：Qmax-最大一段爆破用藥量，kg；；

Vkp-安全速度，cm/ s；

R-爆破安全距離，m ；

K-地形、地質影響系數；

α-衰減系數。

K、α是與爆破點至計算對象間的地形、地質條件有關的影響系數和衰減系數，見表3。

表3 爆破區不同巖性的K、α值

通過爆破設計，依據圍巖級別、炸藥種類、掘進進尺，確定各類炮眼裝藥量，Ⅳ級圍巖三臺階法開挖時，光面爆破炮孔裝藥參數如表4所示。

表4 Ⅳ級圍巖光面爆破裝藥結構統計

2.3 爆破流程及爆破順序

現場施工爆破流程為：測量放線→定位鉆孔→清理鉆孔→孔內裝藥→現場爆破，炮眼裝藥結構示意見圖2。

圖2 裝藥結構示意圖

傳爆順序為：擊發槍→導爆管→8號雷管→導爆管→孔內非電毫秒雷管，爆破網絡復式連接示意見圖3。

圖3 爆破網絡連接示意圖

3 現場監測結果分析

3.1 測點布置

圖4展示了南巖寺與隧道線路的空間位置，鄉村道路與隧道線路正交，南巖寺位于鄉村道路邊。監測點布置在離隧道開挖面最近的寺廟墻角處，監測數據采用爆破振動測試儀TC-4850采集，測點布置如圖4。

圖4 爆破振動監測測點

3.2 監測結果

現場爆破振動監測共持續12 d，部分爆破振動監測結果如表5所示。

表5 爆破振動監測結果

由表4可知，爆破振動的主要頻率在22～82 Hz，其中最大振動速度為0.434 cm/s，對應主振頻率為81.6 Hz。

結合工程經驗及參數選定，爆破振動下既有建筑的安全速度限值見表6。

表6 爆破允許振動速度限值

由于南巖寺為清末古建筑，墻體為磚混結構，且爆破振動頻率為22～82 Hz，因此確定其振動安全速度為0.2～0.5 cm/s。

為研究振動速度與爆破距離的關系，監測得到振動速度與爆心距離關系曲線如圖5所示。

圖5 振動速度與爆心距離關系曲線

由圖5可知，隨著爆破中心與古建筑距離的增大，振動速度逐漸減小。爆破振動速度最大為0.434 cm/s，低于振動速度限值，南巖寺受隧道爆破施工振動影響較小，說明現場采用三臺階開挖，掘進進尺2.4 m施工方案是可行的。

4 結論

本文對隧道爆破施工進行了參數計算，基于現場實測爆破振動數據，對隧道爆破近接既有古建筑的振動影響進行了分析，得出了以下結論：

（1）參照現場實測結果，東茗隧道采用爆破方案、炮眼布置及設計參數合理可行；

（2）隨著爆心距離的增大，古建筑的振動速度減小，爆破振動頻率范圍在22～82 Hz；

（3）依據監測結果可知，隧道采用爆破施工對既有古建筑的影響較小，但在爆破施工中仍應遵循“短進尺、弱爆破”原則，保證最大掏槽眼炸藥量不超過限值。