臨近居民建筑隧道爆破設計施工關鍵技術分析

張輝 ZHANG Hui

（中鐵九局集團有限公司，沈陽 110013）

0 引言

我國交通網一日比一日擴大，修建地鐵或臨近城市隧道已經成為大中型城市必不可少的發展項目，但是城市中人口密集，地形復雜，隧道開挖產生的地基震動難免會影響到附近居民的正常生活以及周圍建筑物的安全，因此隧道穿越民用建筑物區或臨近民用建筑物則需考慮對周圍地基環境的影響，當地層巖體比較堅硬人工機械開挖不太方便時，目前主流方法是采用爆破開挖，但其開挖過程引起的地震效應是很強烈的，爆破強度過強其產生的地震波就可能對臨近建筑物產生危害，故需嚴格控制隧道的爆破方案。這就對隧道爆破開挖的施工方法提出了更高的要求。因此，優化隧道爆破施工方案，對降低爆破施工環境影響是很有必要的。本文以七賢嶺隧道工程為例，通過現場爆破振動測試、監測數據分析及理論計算，進一步優化爆破參數，確保施工期間臨近建筑物和隧道洞身安全。

1 依托項目背景

本文依托大連市西部鐵路延申線—七賢嶺隧道項目工程，隧道線路呈東西走向，從凌水灣開始到河口結束。隧道右線和左線長分別為1546m和1527m，隧道RK7+820—7+960段臨近居民建筑物宏都峰景小區。

工程水文地質條件：

該區域地址的地質勘探報告表明，表層1m范圍內主要為碎石粉土，1m到1.7m范圍內為全風化石英砂巖和板巖相互交織，1.7m到4.5m范圍內為中度風化石英砂巖并鑲嵌板巖結構，4.5m以下以中度風化板巖為主。具體隧道區地質情況如圖1所示。

圖1 隧道渣樣圖

2 隧道爆破施工

2.1 隧道爆破開挖工藝要求

①施工應根據隧道洞口、洞身不同的段落和圍巖級別、狀況采用合理開挖方法。②在隧道爆破工程施工前，應針對施工階段圍巖的地質要求、施工斷面、開挖方式等原因，制定詳細的設計方案。③爆破應采用光面爆破或預裂爆破，分步開挖時可采用預留光面層爆破。④通過工程類比法，或采用現場試爆方法確定對光面開挖爆破的技術參數。⑤隧道爆破過程，應監測圍巖爆破擾動范圍和振動速度。⑥爆破開挖時必須預留足夠的變形量，避免侵限。具體爆破開挖施工流程如圖2所示。

圖2 爆破開挖工藝流程圖

2.2 爆破施工方案選取

隧道施工方法主要根據場地的施工條件、圍巖種類以及隧道埋置深度等條件選擇施工方法，同時選擇施工方法時應考慮安全、環境條件等因素。隧道主要施工方法如表1所示。

表1 隧道開挖施工方法

本項目隧道四個作業面按IV級圍巖采用上、下臺階法爆破施工，每循環爆破進尺3榀（每榀0.8m，計2.4m）。

3 爆破施工方案設計

3.1 振速控制標準

國家規定了爆破振動安全允許標準范圍，詳見表2。

表2 爆破振動安全允許標準

為確保更加安全地通過小區，減少對居民住戶的施工干擾，該隧道K7＋820-K7＋960段爆破振動速度控制為1cm/s。

3.2 施工方案簡述

根據現場監測的爆破振速情況，依次改變臺階法上導爆破進尺長度，從目前的上導爆破進尺3榀基礎上減少1榀，再由臺階法爆破進尺2榀變為中隔壁法爆破進尺2榀。改變一次爆破進尺長度及改變施工工法的具體位置通過計算確定。通過監控波形數據認為，影響振速的主要因素是掏槽眼的裝藥量，故爆破施工方案主要針對掏槽眼的爆破參數進行計算。

①按臺階法進行爆破進尺3榀施工至臨近建筑物最小距離驗算，其爆破炮孔位置分布和網絡連接圖如圖3所示，爆破參數如表3所示。

圖3 炮孔分布位置分布和網絡連接圖

表3 爆破參數表

通過表3可知掏槽眼最大裝藥量為7.2kg，依據薩道夫斯基地震計算公式：

其中R為起爆原點中心到居民建筑的距離（m），Q為最大單段裝藥量（kg），V為現場所在地允許質點振速（cm/s），K為介質系數，α為爆破振動衰減指數。

通過巖性分析及現場實測震動數據推算K值在150～250之間；α值在1.5～1.8之間，K取均值200、α取均值1.65計算。因此按目前爆破方法，按振速為1.0cm/s計算可施工至距臨近居民建筑的安全距離R為47.90m，而上臺階掏槽眼距臨近居民建筑的最近斜線距離為35.37m，如圖4所示。

圖4 隧道距10號樓位置關系圖（cm）

因此修正施工至距臨近居民建筑的安全距離為R值為12.6m。即按上述臺階法進行上臺階爆破作業，每循環進尺3榀，在確保振速控制在1.0cm/s以下的最小距離為12.6m，實際按20m控制，對應宏都峰景10號樓（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道進口K7＋875和隧道明洞K7＋915處。

②按臺階法進行爆破施工進尺2榀可以施工至臨近居民建筑的最小距離計算。按臺階法爆破進尺2榀的爆破炮孔分布位置及網絡連接圖同上述3榀圖示。通過上述類似爆破參數表可計算掏槽眼單響最大裝藥量為5.4kg。依據薩道夫斯基地震計算公式，按目前施工方法，按振速為1.0cm/s計算可施工至距被保護物的安全距離R為43.52m而上臺階掏槽眼距被保護物的最近斜線距離為35.37m，因此修正施工至距被保護物的安全距離為R值為8.15m。

結論，即按上述爆破方法，每次進尺2榀，振速控制在1.0cm/s以下的最小距離為8.5m，實際按10m控制，對應宏都峰景10號樓（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道進口K7＋885和隧道明洞K7＋905處。

③按中隔壁法進行爆破施工進尺2榀計算至臨近居民建筑7m位置的振速。其爆破進尺2榀的爆破炮孔位置分布及網絡連接圖詳見圖5所示。

圖5 炮孔分布位置及網絡連接圖

隧道爆破位置距宏都峰景10號樓位置與圖5類似，但其距離為36.88m。依據地震計算公式計算：

V=K（Q/R）1.65=200=0.841＜1.0（cm/s）

驗算：

Q=R（V/K）=3.29（kg）＞2.4（kg）

R=（K/V）Q==33.21（m）＜36.88（m）

通過上述驗算可知隧道距宏都峰景最小距離處，按照中隔壁法進行2榀爆破施工，能夠確保振速在1.0（cm/s）以內。即隧道K7＋885-K7＋905段20m長度按上述中隔壁法上臺階爆破作業，每循環進尺2榀，能夠確保振速在1.0（cm/s）以下。

綜上所述，隧道進口爆破作業面——K7＋875及隧道明洞爆破作業面——K7＋915按臺階法每循環爆破進尺3榀施工，K7＋875-K7＋885及K7＋905-K7＋915按臺階法每循環爆破進尺2榀施工，K7＋885-K7＋905按照中隔壁法每循環爆破進尺2榀施工。

4 結論

本文以西延線-七賢嶺隧道建設工程為依托，分析介紹了爆破施工工藝以及方案選取原則，重點分析介紹了臨近宏都峰景小區爆破施工方案，對比介紹了臺階法和中隔壁法爆破方法，并詳細闡述了該項目爆破施工方案各個步驟要點，并通過理論計算優化了爆破施工參數，研究結論能夠為今后相關的工程項目建造時提供參照與借鑒。