淺埋隧道下穿密集民房爆破減震技術(shù)探討

黃 毅

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

1 工程概況

岳武高速四標(biāo)曹河隧道、獅子凸隧道采用鉆爆法施工，隧道洞身開挖采用光面爆破施工工藝，鉆爆法開挖作業(yè)工序如下:排險(xiǎn)－測(cè)量放樣→布眼→臺(tái)車及風(fēng)水管路就位→鉆眼→裝藥堵塞→聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)→起爆→通風(fēng)→找頂清理危石→出渣→清底。鉆爆作業(yè)必須按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線和引爆。

2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

根據(jù)相關(guān)學(xué)者和專業(yè)的分析與研究，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)強(qiáng)度可用其達(dá)到峰值所需時(shí)間進(jìn)行描述，并且如果所用炸藥量等可控條件均保持一致時(shí)，爆破震動(dòng)的傳播速度與傳播途徑存在一定的關(guān)系，比如巖石特性等，因此在實(shí)際情況中，爆破震動(dòng)的傳播速度將作為測(cè)算震動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。岳武高速四標(biāo)曹河隧道、獅子凸隧道工程的爆破施工中，運(yùn)用爆破震動(dòng)達(dá)到峰值所需的時(shí)間當(dāng)作震動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)。本工程所用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、拾振器以及監(jiān)測(cè)儀等裝置組成。為了使振動(dòng)監(jiān)測(cè)的位置能夠更加貼近于隧道的掌子面，而且監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)處在隧道的中軸延長(zhǎng)線上，所以振動(dòng)試驗(yàn)段與減振作用測(cè)試的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)處于相同地層中。

3 隧道的減震爆破施工技術(shù)

3.1 現(xiàn)有方案的試驗(yàn)

(1)對(duì)下導(dǎo)坑進(jìn)行超前開挖，進(jìn)尺持續(xù)保持在1 m，工作面則為2 m;

(2)對(duì)擴(kuò)挖層進(jìn)行爆破施工，與隧道拱頂之間的距離為1 m 左右，進(jìn)尺持續(xù)保持在1.5 m，工作面則為3 m。

(3)在擴(kuò)挖層預(yù)留出光爆層;

(4)隧道仰拱在完成滯后預(yù)留以后，在進(jìn)行施工。

為了減少下導(dǎo)坑爆破施工所造成的震害，運(yùn)用掏槽法對(duì)其進(jìn)行控制，通過進(jìn)一步的研究得出，掏槽眼的深度區(qū)間:1.8～2.3 m，共用雷管15 段，單一爆破段所用藥量范圍:6.5～8.5 kg，進(jìn)尺維持在1 m 左右;擴(kuò)挖層爆破施工的相關(guān)指標(biāo)為，爆點(diǎn)深度區(qū)間:1.5～1.9 m，單一爆破段所用最大藥量范圍:12～15 kg，進(jìn)尺維持在1.2～1.5 m 范圍內(nèi)。

通過進(jìn)一步的試驗(yàn)得知，下導(dǎo)坑爆破施工中，由于臨空面的數(shù)量較少，僅為一個(gè)，加之巖石夾制作用，使得整個(gè)爆破過程產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的拋擲爆破，此爆破類型可產(chǎn)生較多的爆炸波，而且已經(jīng)超出了標(biāo)準(zhǔn)，由于可見，未經(jīng)控制的隧道爆破施工是無法達(dá)到規(guī)范的，仍然需要對(duì)其進(jìn)行減震處理。

3.2 隧道爆破的振動(dòng)控制

根據(jù)可以準(zhǔn)確描述爆破施工振動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)計(jì)算公式(Sa Rodolfo J Ki)可得出單次裝藥量的極限值，一般用Q 表示

式中:R 代表爆破產(chǎn)生震動(dòng)的安全距離，單位為:m;v 代表受保目標(biāo)所處位置的安全運(yùn)行速度，單位為:cm/s;Q 代表炸藥的裝填量，齊發(fā)爆破情況中代表總量，而延時(shí)爆破情況則代表最大藥量，單位為:kg;K，α 則是與實(shí)際爆破點(diǎn)到最終的保護(hù)目標(biāo)之間的地形等條件存在緊密聯(lián)系的系數(shù)，無單位。

通過對(duì)公式(1)的計(jì)算和分析得出，單一質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際振動(dòng)速度與多種因素產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，主要有:隧道的深度、炸藥總量(齊發(fā)爆破)或最大用藥量(延時(shí)爆破)、地形條件等。為了切實(shí)縮小爆破施工可能對(duì)保護(hù)目標(biāo)的實(shí)際影響，減小爆破產(chǎn)生的振動(dòng)傳播速度，在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)炸藥的用量進(jìn)行嚴(yán)密的控制和監(jiān)管，并采取合理的隧道開挖進(jìn)尺，隧道的斷面應(yīng)分為多個(gè)部分，從而不斷縮小需要爆破的面積和范圍。另外，充分利用現(xiàn)階段高精尖的隧道爆破技術(shù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，對(duì)起爆和微差爆破的時(shí)間進(jìn)行更為精準(zhǔn)的控制，從而達(dá)到更好的減震效果。對(duì)于淺埋的隧道而言，經(jīng)上述試驗(yàn)得知，導(dǎo)坑掏槽處的爆破振動(dòng)程度最大，所以導(dǎo)坑施工應(yīng)盡量運(yùn)用非爆破的方法，并將其當(dāng)作臨空面，為隧道擴(kuò)挖層的爆破施工減少振動(dòng)危害，最終達(dá)到減振的目的。

3.3 運(yùn)用數(shù)碼雷管

(1)數(shù)碼雷管的基本特點(diǎn)

本工程中，為了進(jìn)一步提高隧道爆破施工的減震效果，采用數(shù)碼雷管取代了普通雷管(型號(hào)為隆芯1 號(hào)TM)。與普通雷管不同的是，數(shù)碼雷管中含有一個(gè)先進(jìn)、完善的控制器，舍棄了傳統(tǒng)意義上的點(diǎn)火元件，新型控制器不僅安全性較高，還可滿足高精度的控制要求，可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)編程。實(shí)踐表明，與普通雷管相比，運(yùn)用數(shù)碼雷管可有效降低震動(dòng)水平，約為60%，而且炮眼的利用率上升到了98%左右，顯著降低了振動(dòng)的傳播速度，對(duì)周邊圍巖產(chǎn)生的實(shí)際影響降低。

(2)運(yùn)用數(shù)碼雷管的實(shí)際效果

通過實(shí)際應(yīng)用，可得數(shù)碼雷管與普通雷管二者的減震效果對(duì)比情況，如表1 所示。

表1 雷管減震效果對(duì)比

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)碼雷管進(jìn)行隧道爆破施工，可顯著降低爆破振動(dòng)的影響程度，月施工量可上升至100 m 左右，地表振動(dòng)程度低，在淺埋基礎(chǔ)條件下的振動(dòng)速度可維持在1.0 cm/s 之內(nèi)。

4 總 結(jié)

綜上所述，隧道爆破施工的震動(dòng)狀況受到許多因素的影響，在運(yùn)用減震技術(shù)的過程中應(yīng)對(duì)工程的實(shí)際條件進(jìn)行全面的分析和研究，對(duì)施工方案實(shí)施振動(dòng)影響測(cè)試，明確方案是否存在弊端的同時(shí)找到控制爆破振動(dòng)的方法，比如運(yùn)用數(shù)碼雷管、非爆破法開挖導(dǎo)坑等，有效控制爆破振動(dòng)不僅可以提高工程及保護(hù)對(duì)象的安全性，還能大幅縮減工程施工成本，為隧道工程的發(fā)展創(chuàng)建了廣闊的平臺(tái)。

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