隧洞下穿村莊段的減震爆破控制

楊穎嵐

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100)

隧洞下穿村莊段的減震爆破控制

楊穎嵐

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100)

介紹了在建隧洞下穿村莊段的減震爆破控制。在地表房屋測試、爆破參數的確定、施工減震措施及地表震動測試4個方面作了具體介紹，并列表說明隧洞軸線范圍房統計評估情況，地質巖性、爆破參數及爆破測試結果等。

下穿村莊；房屋測試；爆破參數；爆破震動測試；減震措施

1 工程概況

某在建隧洞工程下穿黏土礦村，該區域地表屬山區地貌，地勢較陡，民房多依地勢建造，民房密集區位于山谷較平緩地段，房屋結構多為磚木、土坯房，且年久失修，抗震性能極差。隧道距地表房屋垂直距離約為65～95 m，村子經濟較落后，村民以農耕為主。根據前期地勘資料，洞室巖性為混合花崗巖、弱風化，節理微張、夾泥，地下水多呈滴水，該段洞室為Ⅲ、Ⅳ類圍巖。隧洞與黏土礦村平面位置如圖1所示。

圖1 主洞與黏土礦村平面位置關系圖

2 地表房屋測試

黏土礦村共計87戶人家，房屋102棟，房屋多為磚木、土坯房，且年久失修，抗震性能極差。

在進入該段施工之前，我方聯系沈陽房屋鑒定中心對隧洞洞軸線左右50 m范圍內的地表房屋進行了評估，評估結果見表1。

表1 隧洞洞軸線左右50 m房屋評估情況

根據評定結果，對房屋不能繼續使用的住戶進行了暫時搬離并妥善安排，對于觀察使用的住戶在施工過程中隨時觀察房屋受損情況，如有發現房屋開裂或低級下沉等現象，立即通知其撤離。

3 鉆爆設計

此段特殊隧洞的爆破施工必須在確保高質量的隧洞開挖斷面和進尺的同時，將爆破震動控制在盡可能小，以保證爆破對自身、地表既有道路、地表建(構)筑物的安全，并盡量較少的干擾居民生活。

3.1 設計原則

根據隧洞開挖技術特點，以及為使隧洞開挖成形良好，盡量減少超挖量，減少爆破對圍巖的擾動深度和破壞，確保地表建筑物、公路以及鐵路安全，在開挖中采用減震控制爆破技術。

1)在確保高質量的隧洞開挖斷面和進尺的同時,將爆破震動控制在允許范圍，以保證爆破對后部支護結構、對地表建筑物、既有道路的安全，并盡量減少對居民生活的干擾。

2)采取有效的控制爆破技術，減少振動與降低噪音，同時要求成形效果好，采用光面爆破。根據地質條件，開挖斷面、開挖進尺、爆破器材、振速要求等條件編制爆破設計[1]。

3)根據圍巖特點合理選擇周邊眼間距E及周邊眼的最小抵抗線W，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上。

4)根據《爆破安全規程》(GB6722—2003)的規定，下穿既有道路和房屋時為保證地表及建筑物的安全和減小周圍環境的影響，爆破施工時爆破震動波速控制在2.0 cm/s；下穿鐵路時爆破震動波速控制在10 cm/s。

5)周邊眼炸藥選擇低爆速、低猛度、高爆力的炸藥。

6)雷管選用微差毫秒雷管，每段間隔>50 ms，避免震動波的疊加，減輕震動。

7)嚴格控制周邊眼的裝藥量，借助導爆索、竹片進行間隔裝藥，使藥量沿炮眼均勻分布，以確保隧洞周邊成形良好，并減少對圍巖的擾動。

8)根據爆破效果，調整掏槽眼形式及爆破參數，并適當加深掏槽眼深度(比其它眼深約20～30 cm)，以保證掏槽效果。合理分布輔助眼，以達到炮眼數量最少、材料最省、同時渣塊又不致過大。

9)合理選擇循環進尺：不同級別的圍巖根據結構安全要求及循環施工能力等因素來綜合考慮。嚴格控制單循環進尺長度，爆破開挖采用上、下臺階開挖，以減小每循環進尺裝藥量[2]。

3.2 鉆爆參數的選擇

3.2.1 爆破震動控制的允許藥量

根據《爆破安全規程》(GB6722—2003)對建構筑物質點振動速度的控制標準，根據薩道夫斯基控制爆破震動速度公式反推確定最大允許起爆藥量(齊發爆破時為爆破總藥量，微差爆破為最大一段裝藥量)：

(1)

式中：Q為炸藥量，kg，齊發爆破取總藥量，微差爆破取最大一段藥量；R為到需要保護建(構)筑物或設備設施的距離，m；V為地震安全速度，cm/s；一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物2 cm/s；下穿鐵路10 cm/s；K，α為與爆破地形、地質條件有關的系數和衰減指數，見表2。

表2 K、α與巖性的關系

當R=15m，V=2 cm/s，K=250，α=1.8計算，Q=1.08 kg；當R=25 m，按V=2 cm/s，取K=250，α=1.8計算，Q=5 kg；當R=50 m，按V=2 cm/s控制，取K=250，α=1.8計算，Q=40 kg。

當R=15 m，V=10 cm/s，K=250，α=1.8計算，Q=15.77 kg。

從上述計算可以看出，控制最大一段藥量在1.08 kg以內，爆破振動不會對距爆區15 m以外的建筑物或設施造成危害；最大一段藥量在5 kg以內可確保25 m以外的建筑物安全；最大一段藥量在40 kg以內可確保50 m以外的建筑物安全。

控制最大一段藥量在15.77 kg以內，爆破振動不會對距爆區15 m以外的房屋設施造成危害。

3.2.2 初擬鉆爆參數

通過爆破試驗確定爆破參數，試驗時參照表3光面爆破參數表。

表3 光面爆破參數表

3.3 掏槽方式

采用楔形掏槽,根據實際進尺長度控制傾角大小。

3.4 裝藥結構及堵塞方式

輔助眼、內圈眼、底板眼采用連續裝藥結構，周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度≥30 cm。

4 施工減震措施

施工過程中采用綜合減震措施，降低振動速度，減小對地表房屋的震動影響。

4.1 分部分臺階開挖，多次裝藥爆破

由于采用上下階法施工，上臺階進行短進尺控制，臺階長度控制在3～5 m，進行微臺階開挖，爆破順序依次是下、上臺階。上臺階爆破時，將掏槽區域靠近臺階底部布置，以增大掏槽爆破時爆源至地表的距離，減輕掏槽爆破對地表房屋、拱頂圍巖的震動影響。

4.2 掏槽爆破

掏槽爆破控制對爆破震動控制影響較大，掏槽爆破若失敗，爆渣未拋擲出去，絕大部分能量以地震波的形式傳播出去，則隧洞掘進無進尺，爆破震動量大。另外，采用水平楔形掏槽、合理布置掏槽孔位，能夠起到控制爆破震動的作用。

4.3 光面爆破

周邊眼間距35 cm，眼深1.2～1.3 m，裝藥集中度控制在0.3 kg/m，采用半片藥卷+竹片+導爆索空氣間隔裝藥的結構，詳見圖2。

圖2 裝藥結構圖

4.4 爆破震動監測

沿爆破區域徑向或環向布置1條測線，測點應放置在地表房屋基礎上。

待爆破即將開始時，啟動檢波器、測震儀，數據記錄后進行分析處理。

采用薩道夫斯基公式及一元回歸分析法所測的數據進行回歸分析，得到與介質、地形有關的系數K、a，從而可得到質點振速的衰減規律，然后再根據建筑物允許最大震動速度、爆心距R，由公式反算出單段最大裝藥量Q，優化爆破設計參數。

5 地表振動測試及參數優化

進入該段施工后，聯系大連理工大學進行了地表震動測試。

5.1 測點布置

9月14日08：00爆破地表測點布置圖見圖3、圖4。

9月14日08：00炮眼布置圖見圖5、圖6。

9月14日08：00圍巖爆破裝藥參數表見表4、表5。

圖3 9月14日08:00爆破地表測點布置

5.2 爆破參數

圖4 9月14日13:00爆破測點布置

圖5 9月14日08:00炮眼布置圖(埋深58m)

圖6 9月14日13:00炮眼布置圖(埋深58m)

表4 9月14日08:00圍巖爆破裝藥參數表

表5 9月14日13:00圍巖爆破裝藥參數表

5.3 測試結果

爆破測試結果見表6。

5.4 爆破方案優化

根據地表爆破震動測試的結果，我們對爆破參數進行了優化：

1)上下臺階同時起爆時，上下臺階延時隔開，下臺階先行起爆。

2)爆破開挖進尺控制在1.2 m。

3)上臺階掏槽采用復式楔形方式，內掏槽4個孔(單孔≤0.6 kg乳化炸藥)、外掏槽6個孔(單孔≤0.5 kg乳化炸藥)，其他掘進眼單段起爆藥量控制在5 kg以下。

表6 爆破測試結果表

[1]趙建寰.橋頭鎮供水工程輸水隧洞光面爆破及初期支護[J].甘肅水利水電技術,2010(02):63-64.

[2]鐘世華.淺談紅巖水庫除險加固中引洪隧洞的設計[J].新疆農墾科技,2010(05):55-57.

1007-7596(2014)12-0072-04

2014-06-14

楊穎嵐(1971-)，女，遼寧錦州人，高級工程師，從事水利工程施工管理工作。

TV542

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