復雜環境下的暗挖隧道爆破振動控制技術及應用策略

張月鑫

北京住總第一開發建設有限公司 北京 100029

通常，隧道施工面臨的環境復雜，而且施工區域和建筑周圍距離相對較近，因此，為保證爆破過程隧道周圍建筑結構安全性，需要對爆破導致的振動問題有效控制，并對爆破參數合理設定，完善爆破設計，保證隧道施工得以順利進行。

1 項目背景

項目概況：

本項目為地鐵工程項目區間隧道施工，項目地處典型的喀斯特地貌區域。區間全長1174m，隧道為雙洞單線結構，采用礦山法施工。左右線間距為14m～78m～17m，隧道最小埋深約為15.9m，最大埋深約為32.0m。隧道中部設置2處聯絡通道，其中一處結合區間施工豎井及橫通道設置。

隧道左右線之間為商業步行街3～4層建筑（部分建筑地下一層），區間線路外側為住宅小區、學校和社區醫院等，區間隧道與建構筑物水平距離8～9m，線路在區間南端及北端受曲線條件限制，需要下穿商業步行街4層建筑，豎向最小凈距11m。

2 項目施工難度分析

一方面，從隧道施工環境角度分析，由于地表線路兩側存在住宅小區、商業建筑等建筑物和多條地下管線，并且這些地表建（構）筑物、地下管線和隧道之間距離都比較近，因此，爆破階段應該保證振動不會對上述結構造成損傷，需要采取預防噪音以及飛石等措施，控制爆破振動對于周圍居民的生活產生嚴重影響。另一方面，由于隧道線路在區間南端及北端受曲線條件限制，需要下穿商業步行街4層建筑，由于爆破產生巨大能量，可影響建筑結構的穩定性。

3 復雜環境下的暗挖隧道爆破振動控制技術和應用

3.1 方案設計

按照該項目的設計文件，結合該隧道的巖體具體情況，將隧道爆破劃分為兩個階段：

第一，試驗爆破階段，將隧道的進口段位置50m范圍之內設定成為試驗段，使用最低量炸藥，展開測試，收集包括振動環節衰減數據相關指標，結合實際對于爆破參數進行合理修正。該項目試驗段選擇掌子面位置展開鉆孔爆破，爆破期間裝藥總量低于10kg，利用微差起爆這一技術，對于單響藥量進行控制，設計藥量3.0kg。同時，在隧道的底板位置以及建筑基礎位置分別安裝測量振動的儀器，用于收集爆破環節產生的各項振動數據。

第二，在爆破實施階段，可利用試驗環節取得成果，對于爆破參數合理確認，并對爆破細節加以優化，保證振動數據收集流程科學合理。同時，爆破實施階段，采用臺階法的方式進行爆破開挖，在全斷面位置劃分上、下臺階。按照“弱爆破”以及“短進尺”等原則對于循環進尺進行控制。在前期的循環進尺方面，應該控制進尺長度＜1m，在后期爆破過程，需要結合振動監測結果，對于循環進尺量靈活調整。

除此之外，在上臺階應該利用水平鉆孔方式，采取孔內微差以及孔外微差等起爆技術，進而對于單響藥量的最高值進行控制，并對爆破振動問題有效控制。針對下臺階，可利用樹脂鉆孔技術，通過逐孔起爆方式對于爆破振動合理控制。

3.2 安全簡算

由于建筑和隧道之間的最近距離為25m，因此，按照爆破項目的安全規程，根據建筑物性質，應該使振動速度控制為＜2.0cm/s，并根據薩道夫斯基公式對于爆破的振動速度進行驗算，公式為：：

公式當中，mQ代表最大段的安全用藥量；R代表爆心距；kv代表建筑允許的最高振動速度；k代表和爆破場地內部環境相關衰減系數；α代表和地質條件相關衰減指數。結合爆破地區的巖性特點，堅硬巖石的k取值范圍在50～150之間，α取值1.3～1.5之間；中硬度巖石的k取值范圍在150～250之間，α取值1.5～1.8之間；軟巖石的k取值范圍在250～350之間，α取值1.8～2.0之間。該項目安全驗算時，按照k=250，α=2.0計算，結果mQ=14.08kg，高于3.0kg，故此，試驗階段爆破的用藥量低于安全藥量，和爆破安全值相符，順利通過安全驗算。

3.3 振動監測

該項目在測試點的布置方面，在爆破周圍巖體以及建筑區域使用爆破振動儀，型號為UBOX-5016，可精準對于爆破期間X、Y、Z等方向的振動頻率和振動速度等數據進行記錄。

3.4 結果分析

針對和爆破隧道距離最近的建筑物爆破振動值展開分析，若單響的用藥量為3.0kg時，那么水平方向的爆破振動最高速度為X=0.14cm/s，垂直方向的爆破振動最高值為Y=0.124cm/s，徑向爆破振動的最高值Z=0.185cm/s。由于徑向數值最大，可以此為基礎，建立振動的時程曲線，選取具有代表性的點展開分析，回歸系數為0.94，徑向的振動速度和最高段的爆藥量相關，且施工前，計算出單響藥量的使用，收集數據，保證對爆破參數的靈活調整，最大限度對爆破振動加以控制[2]。

4 結語

總之，針對復雜環境的隧道爆破項目施工，應該遵循“弱爆破”以及“斷進尺”等原則，對于試爆各項參數合理確認，精準定位爆破區、建筑物二者距離，以此為基礎，完成鉆爆參數的計算，分析、收集振動數據，并按照具體施工需求，合理調整，對于建筑區域異常現象進行檢查，保證鉆爆參數合理性，順利完成爆破施工。