淺埋隧道下穿密集民房爆破減震技術探討

黃 毅

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

1 工程概況

岳武高速四標曹河隧道、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，鉆爆法開挖作業工序如下:排險－測量放樣→布眼→臺車及風水管路就位→鉆眼→裝藥堵塞→聯結起爆網絡→起爆→通風→找頂清理危石→出渣→清底。鉆爆作業必須按照鉆爆設計進行鉆眼、裝藥、接線和引爆。

2 爆破振動監測

根據相關學者和專業的分析與研究，爆破產生的震動強度可用其達到峰值所需時間進行描述，并且如果所用炸藥量等可控條件均保持一致時，爆破震動的傳播速度與傳播途徑存在一定的關系，比如巖石特性等，因此在實際情況中，爆破震動的傳播速度將作為測算震動強度的標準。岳武高速四標曹河隧道、獅子凸隧道工程的爆破施工中，運用爆破震動達到峰值所需的時間當作震動監測的主要參數。本工程所用的監測系統由計算機、拾振器以及監測儀等裝置組成。為了使振動監測的位置能夠更加貼近于隧道的掌子面，而且監測點應處在隧道的中軸延長線上，所以振動試驗段與減振作用測試的兩個監測點應處于相同地層中。

3 隧道的減震爆破施工技術

3.1 現有方案的試驗

(1)對下導坑進行超前開挖，進尺持續保持在1 m，工作面則為2 m;

(2)對擴挖層進行爆破施工，與隧道拱頂之間的距離為1 m 左右，進尺持續保持在1.5 m，工作面則為3 m。

(3)在擴挖層預留出光爆層;

(4)隧道仰拱在完成滯后預留以后，在進行施工。

為了減少下導坑爆破施工所造成的震害，運用掏槽法對其進行控制，通過進一步的研究得出，掏槽眼的深度區間: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，進尺維持在1 m 左右;擴挖層爆破施工的相關指標為，爆點深度區間:1.5～1.9 m，單一爆破段所用最大藥量范圍:12～15 kg，進尺維持在1.2～1.5 m 范圍內。

通過進一步的試驗得知，下導坑爆破施工中，由于臨空面的數量較少，僅為一個，加之巖石夾制作用，使得整個爆破過程產生較為強烈的拋擲爆破，此爆破類型可產生較多的爆炸波，而且已經超出了標準，由于可見，未經控制的隧道爆破施工是無法達到規范的，仍然需要對其進行減震處理。

3.2 隧道爆破的振動控制

根據可以準確描述爆破施工振動規律的數學計算公式(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 代表爆破產生震動的安全距離，單位為:m;v 代表受保目標所處位置的安全運行速度，單位為:cm/s;Q 代表炸藥的裝填量，齊發爆破情況中代表總量，而延時爆破情況則代表最大藥量，單位為:kg;K，α 則是與實際爆破點到最終的保護目標之間的地形等條件存在緊密聯系的系數，無單位。

通過對公式(1)的計算和分析得出，單一質點的實際振動速度與多種因素產生關聯，主要有:隧道的深度、炸藥總量(齊發爆破)或最大用藥量(延時爆破)、地形條件等。為了切實縮小爆破施工可能對保護目標的實際影響，減小爆破產生的振動傳播速度，在工程設計階段應對炸藥的用量進行嚴密的控制和監管，并采取合理的隧道開挖進尺，隧道的斷面應分為多個部分，從而不斷縮小需要爆破的面積和范圍。另外，充分利用現階段高精尖的隧道爆破技術，實現準確控制，對起爆和微差爆破的時間進行更為精準的控制，從而達到更好的減震效果。對于淺埋的隧道而言，經上述試驗得知，導坑掏槽處的爆破振動程度最大，所以導坑施工應盡量運用非爆破的方法，并將其當作臨空面，為隧道擴挖層的爆破施工減少振動危害，最終達到減振的目的。

3.3 運用數碼雷管

(1)數碼雷管的基本特點

本工程中，為了進一步提高隧道爆破施工的減震效果，采用數碼雷管取代了普通雷管(型號為隆芯1 號TM)。與普通雷管不同的是，數碼雷管中含有一個先進、完善的控制器，舍棄了傳統意義上的點火元件，新型控制器不僅安全性較高，還可滿足高精度的控制要求，可現場實現編程。實踐表明，與普通雷管相比，運用數碼雷管可有效降低震動水平，約為60%，而且炮眼的利用率上升到了98%左右，顯著降低了振動的傳播速度，對周邊圍巖產生的實際影響降低。

(2)運用數碼雷管的實際效果

通過實際應用，可得數碼雷管與普通雷管二者的減震效果對比情況，如表1 所示。

表1 雷管減震效果對比

根據表1 數據，運用數碼雷管進行隧道爆破施工，可顯著降低爆破振動的影響程度，月施工量可上升至100 m 左右，地表振動程度低，在淺埋基礎條件下的振動速度可維持在1.0 cm/s 之內。

4 總 結

綜上所述，隧道爆破施工的震動狀況受到許多因素的影響，在運用減震技術的過程中應對工程的實際條件進行全面的分析和研究，對施工方案實施振動影響測試，明確方案是否存在弊端的同時找到控制爆破振動的方法，比如運用數碼雷管、非爆破法開挖導坑等，有效控制爆破振動不僅可以提高工程及保護對象的安全性，還能大幅縮減工程施工成本，為隧道工程的發展創建了廣闊的平臺。

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