隧道爆破參數(shù)優(yōu)化及振動(dòng)效應(yīng)研究

張劍興，李繼業(yè)，蒲朝欽，余紅兵

(1.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550002)

0 引 言

隧道爆破開挖施工產(chǎn)生的爆破沖擊波對(duì)爆破作業(yè)區(qū)域周圍的建(構(gòu))筑物和圍巖產(chǎn)生沖擊荷載，有可能造成隧道塌方、保護(hù)物損壞等爆破次生災(zāi)害。王雙龍等[1-3]提出了“短進(jìn)尺、多循環(huán)、若爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測”的施工方案和遵循“多打孔、少裝藥”的控制爆破原則，成功實(shí)施了下穿隧道的爆破次生災(zāi)害控制；張倚逾、鄭卓淵等[4-6]通過選擇合理的爆破施工方案和爆破安全措施取得了良好了爆破效果，降低了爆破振動(dòng)危害。目前對(duì)于隧道爆破參數(shù)的研究主要依靠現(xiàn)場試驗(yàn)，開展爆破振動(dòng)效應(yīng)研究，進(jìn)而提出合理的隧道爆破參數(shù)和振動(dòng)控制技術(shù)措施。

1 工程概況

龍那1#隧道進(jìn)口位于廣西天等縣福新鄉(xiāng)隆昌屯北西側(cè)約1250 m處，出口位于廣西天等縣福新鄉(xiāng)龍郡屯東南側(cè)約950 m處，隧道設(shè)計(jì)分為左線和右線，分離式越嶺隧道，隧道巖層以石灰?guī)r為主，圍巖級(jí)別有Ⅲ、Ⅳ級(jí)，Ⅲ級(jí)圍巖2640 m，Ⅳ級(jí)圍巖385 m。隧道區(qū)巖溶發(fā)育一般，屬巖溶弱發(fā)育區(qū)，部分地段存在巖溶問題?？λ固氐孛舶l(fā)育，水系發(fā)育，采用爆破掘進(jìn)施工。施工現(xiàn)場周圍有民房、高壓電線等需要保護(hù)的建構(gòu)筑物，施工條件復(fù)雜，屬于施工中高度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隧道，因此對(duì)爆破作業(yè)有較高的要求。在施工中，施工方采用臺(tái)階法施工，并嚴(yán)格執(zhí)行“先探測、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測“的原則。

2 隧道爆破方案

(1) 爆破臺(tái)階的選擇。選擇上下臺(tái)階爆破開挖方案，按順序先完成上臺(tái)階爆破后再實(shí)施下臺(tái)階的爆破作業(yè)。炮孔直徑42 mm，掘進(jìn)深度1.5 m，炮孔最大藥量4.8 kg，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 斜井隧道臺(tái)階爆破參數(shù)

(2) 裝藥結(jié)構(gòu)。上下臺(tái)階的掏槽孔及輔助孔采用連續(xù)裝藥，周邊孔、底板孔采用不耦合裝藥。不耦合裝藥時(shí)，以10 cm間隔長度將炸藥卷綁扎在竹片上送入炮孔底部。下臺(tái)階底板孔通常采用加大藥量的形式最后起爆，以達(dá)到減少根底和翻渣破碎的目的。

(3) 起爆網(wǎng)路。采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破網(wǎng)路的連接，用激發(fā)針起爆。起爆順序?yàn)樘筒劭住⑤o助孔、周邊孔、底板孔。隧道斷面炮孔布置如圖1所示。

3 爆破振動(dòng)監(jiān)測

3.1 爆破振動(dòng)測試儀器及其布置方法

根據(jù)爆破周圍環(huán)境，共布置3個(gè)測點(diǎn)：爆破隧道后方現(xiàn)有隧道內(nèi)50 m處、爆破位置正上方、爆破爆破位置前上方。采用成都中科測控TC-4850爆破振動(dòng)測試儀進(jìn)行現(xiàn)場爆破振動(dòng)監(jiān)測。現(xiàn)場儀器的布置如圖2所示?，F(xiàn)場振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的布置如圖3所示。

圖1隧道爆破炮孔布置

圖2 爆破振動(dòng)檢測儀器布置

圖3 隧道周邊民房振速測點(diǎn)布置

3 振動(dòng)測試結(jié)果與分析

為研究隧道爆破的振動(dòng)效應(yīng)，在爆破現(xiàn)場進(jìn)行了多次爆破振動(dòng)監(jiān)測，獲得了大量的爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中部分隧道爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 部分隧道爆破振動(dòng)實(shí)測數(shù)據(jù)

經(jīng)過現(xiàn)場爆破振動(dòng)監(jiān)測，根據(jù)所得的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律如下：

(1) 下臺(tái)階開挖時(shí)的爆破振動(dòng)速度峰值小于上臺(tái)階爆破的振動(dòng)峰速，上臺(tái)階爆破的振動(dòng)峰值主要出現(xiàn)在25 ms左右，即掏槽孔爆破時(shí)產(chǎn)生的爆破振動(dòng)最大，主要原因是掏槽孔起爆時(shí)最大單響藥量最大，且圍巖未受到爆破振動(dòng)損傷，夾制作用較大，爆破地震波傳播過程中能量損失較??；

(2) 爆破振動(dòng)在一定范圍內(nèi)存在高程放大作用，但放大比例較低，沒有達(dá)到保護(hù)建構(gòu)筑物的安全允許振動(dòng)閾值，不會(huì)對(duì)隧道上方的民房造成振動(dòng)破壞。

4 隧道爆破振動(dòng)控制技術(shù)

基于現(xiàn)場爆破振動(dòng)監(jiān)測以及相關(guān)隧道爆破的工程經(jīng)驗(yàn)[7-8]，提出以下減振控制技術(shù)措施。

(1) 選擇合理的掏槽結(jié)構(gòu)形式。斜井隧道爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果表明，掏槽孔爆破時(shí)產(chǎn)生的爆破振動(dòng)最大。增加掏槽孔的起爆網(wǎng)路間隔時(shí)間，降低最大單響藥量，同時(shí)前一級(jí)掏槽爆破為后一級(jí)掏槽爆破提供自由面，能夠有效降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度，改善隧道的爆破效果。

(2) 選擇合理的微差爆破間隔時(shí)間。對(duì)于隧道爆破工程，在允許最大單響藥量范圍內(nèi)，適當(dāng)增加輔助孔同時(shí)起爆炮孔數(shù)目，減少毫秒延期雷管段別的使用，根據(jù)現(xiàn)有研究成果選擇合理的延期時(shí)間，避免爆破地震波疊加效應(yīng)。

(3) 隧道爆破振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測與爆破參數(shù)優(yōu)化。全面監(jiān)控爆破開挖過程中的隧道圍巖的位移和隧道周圍建構(gòu)筑物的爆破振動(dòng)峰值，及時(shí)修復(fù)加固支護(hù)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)爆破控制防護(hù)措施，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，保證隧道施工過程中的安全作業(yè)。

5 結(jié) 論

采用上下臺(tái)階分段爆破的隧道爆破掘進(jìn)方法，可有效控制爆破次生災(zāi)害。通過爆破振動(dòng)監(jiān)測，確保了爆破施工安全和可靠性。隧道爆破開挖過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行隧道爆破振動(dòng)監(jiān)測，全面監(jiān)控隧道爆破開挖及其振動(dòng)效應(yīng)，不斷優(yōu)化和調(diào)整隧道爆破參數(shù)。