簡析立體交叉段爆破施工技術

摘要：本文通過現場監測，參考巖石破壞的最大峰值速度，對在空間上形成立體交叉隧道的控制爆破技術進行探討，對爆破設計和爆破安全控制技術進行了分析和論述。并通過對上線隧道立體交叉段的監測，根據各個測點測試的震動速度值和觀察的實際情況，進一步驗算爆破震動、調整爆破參數和網路，使爆破產生的質點振動速度控制在安全范圍內，在確保上線隧道結構安全和正常運輸的同時使下行在建隧道順利通過。

關鍵詞：隧道；立體交叉；爆破施工；上線匝道；安全管理

1、工程概況

本標段為杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程第Ⅱ標段，標段涵蓋內容為：1#隧道部分區段（西線K1+530～K3+550、東線K1+570～K3+555）、南口匝道（西線K0+000～K0+632.657、東（上線）K0+000～K1+012.262）及匝道接線道路（K0+000～K0+495.213），主要內容為：隧道、道路、地下風機房、管理用房、防排水、管溝及路面、給排水（含消防）及附屬工程的預埋結構等工程的施工及質量保修。

隧道的斷面形式包括兩車道、三車道、大跨段和單車道等。設計時速60km/h，匝道設計時速30km/h。

隧道東線、西線下穿東線（上線）匝道，與上線匝道形成立體交叉：

上線匝道跨過隧道西線時：上線匝道里程為K0+494.4～K0+535.9，長41.5m；隧道西線里程為K2+442.5～K2+483.4，長40.9m；隧道中線處高差為7.381m。

上線匝道跨過隧道東線時：上線匝道里程為K0+551.9～K0+595.4，長43.5m；隧道東線里程為K2+512.6～K2+555.6，長43m；隧道中線處高差為7.497m。（為施工安全，上述里程均為立體交叉部位外延8m）

上線匝道與隧道東線、西線立體交叉見圖1。

圖1 東線匝道與隧道主線交叉平面圖

2、立體交叉段施工工藝

根據以往工程經驗，隧道立體交叉施工，優先采用先下后上的原則，但由于本標段的特殊性，以及工期的要求，為按時完成施工任務，采用先上后下的施工方法（即上線線匝道先于隧道東線、西線施工）。

上線匝道與隧道西線、東線高差示關系見圖2、圖3。

圖2 上線匝道與隧道西線K2+462.4處高差

圖3 上線匝道與隧道東線K2+533.3處高差

上線匝道隧底與隧道西線拱頂最小高差為7.381m；上線匝道隧底與隧道東線拱頂最小高差為7.497m。下行隧道東線、西線施工時，為確保上線匝道的安全性，隧道東線、西線采用短進尺光面爆破為主、機械開挖為輔的開挖工法，具體如下：

（1）開挖工法

上線匝道先行施工后，再進行隧道東線、西線施工，則重點考慮隧道東線、西線爆破施工時對上線匝道的影響。

為減小下行隧道施工時對上線匝道的影響，隧道東線、西線下穿上線匝道時爆破開挖采用上下臺階法，分三部爆破開挖，循環進尺1～1.5m；上臺階采用①部領先再②部擴大的方法，減少一次起爆的炸藥量，①部領先可增加爆破自由面，從而減少爆破振動，促進隧道光面爆破效果。①部領先②部長度控制在1.5～2m。上臺階支護完成后，超前下臺階5～10m，對下臺階進行爆破。參照圖4

圖4 開挖示意圖

（2）爆破設計原則

1）為了減少爆破振動，采用多打眼少裝藥的原則盡量減少一次起爆的炸藥量；

2）為了減少對圍巖的擾動，周邊炮孔采用光面爆破技術施工；

3）①部導坑開挖采用直眼掏槽方法，微差起爆控制掏槽時間；

（3）單段爆破最大炸藥量計算

我國爆破安全規程規定，交通隧道的爆破振動判據采用保護對象所在地質點峰值振動速度。根據爆破振動安全允許標準，為確保上線匝道的安全，查表取安全允許質點振動速度V≤10cm/s。

為了保證上線匝道的結構安全，應嚴格控制隧道東線、西線每次爆破規模及爆破振動，保證上線匝道仰拱質點振動速度小于10cm/s。即

≤10

式中V-----被保護物質點峰值振動速度，cm/s；

Q-----炸藥量（齊爆時為總藥量，延遲爆破時為最大一段裝藥量），kg；

R-----計算點到爆源的距離，m；

K， ----與爆破點至計算點間的地形、地質條件有關的系數和衰減系數。

我國《爆破安全規程》列出了K， 的計算選取范圍，見表5.1。K， 也可通過類似工程選取或現場試驗確定。

1）上線匝道隧底與隧道西線拱頂最小高差為7.381m；上線匝道隧底與隧道東線拱頂最小高差為7.497m。該段炮眼至上線匝道隧底最小距離為7.381m，即R取值7.381m。

由以上數據公式可推導出：Qmax=

=7.3813x

=2.89 kg

即單段爆破最大炸藥量不超過2.89kg。

（4）炮孔參數

1）掏槽方式

掏槽采用直線掏槽，掏槽炮眼間距不小于20cm。

2）炮眼深度

掏槽眼為1.5m，輔助眼為1.2m、底板眼為1.3m，考慮爆破效率80%，每循環進尺為1m。

3）周邊眼間距50cm左右，周邊眼與內圈眼間距60cm，周邊眼非耦合不連續裝藥，藥卷直徑?25mm。

4）孔底采用水袋間隔，孔口用炮泥堵塞密實。

3、與既有隧道立交段施工中的監測

在新建隧道與既有隧道交叉地段開展圍巖穩定性、爆破振動監測和信息化施工的監測，為施工決策提供依據。

（1）既有隧道隧道路面、襯砌邊墻的爆破地震波峰值監測，隧道路面的質點位移最大值監測。隧道路面地震波測點沿既有隧道中線布置，隧道襯砌每斷面對稱布置 3個測點。當爆破振動速度大于警戒值10cm/ s 時，應及時調整爆破設計參數。

圖5 實測爆破振動波形圖

（2）既有隧道中心底板的沉降和襯砌邊墻部位的表面應變監測。底板的沉降警戒值為±30mm，襯砌邊墻部位的允許應變為-410～44.11με。

（3）新建隧道的洞內觀察。洞內開挖工作面觀察應在每次開挖后進行一次，內容包括節理裂隙發育情況、工作面穩定狀態、涌水情況及底板是否隆起等，當地質情況基本無變化時，可每天進行一次，觀察后應繪制開挖工作面略圖。在觀察過程中如發現地質條件惡化，初期支護發生異常現象，應立即采取應急措施，并設專人不間斷觀察。

（4）隧道拱頂沉降及周邊收斂觀測。拱頂沉降控制值-16mm，警戒值為-16mm。水平收斂控制值為±27mm，警戒值為±27mm。

4、結語

（1）立體交叉隧道開挖過程中的控制爆破是施工的關鍵環節，在新隧道爆破施工時，通過對既有隧道的最大爆破振動速度值的監測，來不斷完善修改爆破方案，合理調整爆破設計參數。

（2）采用毫秒微差爆破，嚴格控制最大單段的起爆藥量，可以大大降低爆破振動效應，能取得較好的爆破效果。

（3）采用孔底水袋間隔的爆破裝藥結構可以減少炮眼裝藥量，降低爆破振動效應，還能大大降低粉塵濃度，值得大力推廣。