新建隧道爆破對鄰近既有高鐵隧道影響★

鄭 軍 鋒

(中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司，福建 福州 350013)

0 引言

隨著我國經濟的飛速發(fā)展，城市間貿易往來越來越頻繁，新建隧道爆破對鄰近既有公路隧道不可避免會產生影響。國內外許多學者對此做了大量研究：鄭明新等[1]采用動力有限元數值模擬方法，得出圍巖級別和單響藥量一定，既有隧道迎爆側襯砌振速峰值隨著隧道間距的增大而減小；李秀地等[2]利用ANSYS/LS-DYNA軟件建立新建隧道爆破效應在鄰近運營隧道傳播的數值計算模型，分析新建隧道爆破施工對鄰近運營隧道的影響規(guī)律與藥量控制標準；林從謀等[3]運用數值模擬的方法，得到中夾巖和既有隧道壁面的質點振動速度隨時間的變化規(guī)律；吳亮等[4]基于彈性力學和結構力學原理，建立了既有層狀圍巖隧道迎爆側最危險點的簡化力學模型，得到了最危險點的應力計算表達式。如果事先不進行評估而盲目施工，爆破產生的振動可能會影響臨近隧道周圍圍巖的穩(wěn)定性，導致襯砌破裂發(fā)生滲漏水，甚至有發(fā)生坍塌的可能性，造成生命安全和財產損失。如何控制爆破對自身圍巖的破壞以及對臨近建筑產生的影響具有重要的意義。

1 工程概況

新建隧道位于福州市連江縣，隧道為一座一級公路單洞雙向行車左洞隧道，樁號ZK2+080～ZK3+071，全長991 m。新建公路隧道在里程ZK2+714處與下部杭深線隧道鐵路里程為K854+404.3處交疊，交角57°，垂直凈距22.83 m，如圖1所示。新建隧道在跨高鐵路段均為Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級圍巖，采用爆破開挖施工。

2 工程地質

隧道屬于剝蝕低山丘陵地貌，地形起伏變化大，進口側坡度約20°～30°，出口側坡度約30°～40°，上覆坡殘積粘性土—強化凝灰熔巖，坡體較穩(wěn)定，坡體上植被發(fā)育。隧道洞身圍巖主要為微風化凝灰?guī)r，屬堅硬巖，巖體較破碎～完整，對隧道洞身圍巖的穩(wěn)定較有利，但隧道洞身的構造破碎帶、節(jié)理密集帶圍巖的級別以Ⅴ級～Ⅳ級為主，對圍巖穩(wěn)定不利。

3 爆破方案

由于新建隧道與既有隧道交叉通過，高鐵隧道對震動的控制較嚴格，且高鐵隧道與新建隧道的直線距離較短，因此爆破方案的設計以高鐵隧道震動控制為要素設計爆破方案及參數并驗證既有隧道震動是否滿足震動控制要求。

3.1 爆破參數設計與裝藥量計算

人行橫洞處于Ⅱ級和Ⅲ級圍巖中，地質條件較好，斷面面積較小，距離進出口較遠，按設計原則，采用全斷面法開挖。在開挖施工時，隧道拱墻部位進行光面爆破。爆破設計采用氣腿式風鉆打孔，炮孔直徑42 mm，每爆破循環(huán)進尺為1.5 m，炸藥單耗為2.36 kg/m2。炮孔布置如圖2所示。

考慮到爆破區(qū)域地層巖性及爆破震動控制要求，孔網參數與裝藥量如表1所示。

表1 爆破參數表(鉆孔直徑：42 mm,炸藥單耗：2.36 kg/m2)

序號病害位置病害參數類型定檢結果1底板,距YY號墩18 m,距內側邊緣4.6 mL=1.0 m,W=0.14 mm縱縫L=1.0 m,W=0.10 mm2底板,距YY號墩18 m,距內側邊緣6.9 mL=1.3 m,W=0.12 mm縱縫L=1.3 m,W=0.12 mm3底板,距YY號墩22 m,距內側邊緣4.5 mL=2.2 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏4底板,距YY號墩22 m,距內側邊緣6.9 mL=1.4 m,W=0.13 mm縱縫L=1.4 m,W=0.13 mm5底板,跨中合龍段,距內側邊緣6.0 mL=0.24 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏6底板,跨中合龍段,距內側邊緣3.5 mL=0.5 m,W=0.12 mm縱縫定檢遺漏7底板,跨中合龍段,距內側邊緣1.6 mL=0.6 m,W=0.15 mm縱縫L=0.6 m,W=0.15 mm8底板,跨中合龍段,距內側邊緣1.5 mL=0.5 m,W=0.15 mm縱縫L=0.5 m,W=0.15 mm9底板,距XX號墩18 m,距內側邊緣4.6 mL=0.7 m,W=0.06 mm縱縫L=0.7 m,W=0.10 mm10外側腹板,距XX號墩2 mL=1.2 m,W=0.18 mm豎縫定檢遺漏11外側腹板,距XX號墩4.5 mL=0.7 m,W=0.15 mm豎縫定檢遺漏121號塊頂板距橫隔板6 m,距內側腹板3.2 mL=1.7 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏132號塊頂板距橫隔板9 m,距內側腹板2 mL=1.2 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏142號塊頂板距橫隔板9 m,距內側腹板2.6 mL=2.5 m,W=0.15 mm縱縫L=2.5 m,W=0.15 mm154號塊頂板距橫隔板12.5 m,距內側腹板1 mL=0.6 m,W=0.12 mm縱縫L=0.6 m,W=0.12 mm166號塊頂板距橫隔板19.5 m,距內側腹板3.4 mL=1.0 m,W=0.12 mm縱縫L=1.0 m,W=0.12 mm178號塊頂板距橫隔板26.5 m,距內側腹板3.6 mL=2.2 m,W=0.10 mm縱縫L=2.2 m,W=0.10 mm

3.2 裝藥結構

周邊孔(光面爆破炮孔)采用間隔裝藥，即將炸藥卷按設計間隔距離捆綁在竹片(條)上并全長貫穿導爆索，孔底略增加藥量，采用正向起爆。其余炮孔均采用連續(xù)不耦合裝藥(必要時可采用耦合裝藥)，采用反向起爆，并采用孔內延期，具體如圖3～圖6所示。

3.3 爆破震動驗算

根據《爆破安全規(guī)程》，爆破引起的質點振動速度安全距離計算公式為：

其中，R為爆心距，即測點距爆源的距離，m；V為介質質點振動速度，cm/s；Q為同段起爆的最大藥量，kg；K，a分別為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，應通過現場試驗確定[5]。根據該工程周圍環(huán)境、工程地質情況，本處參數取K=150，a=1.5。

3.3.1新建隧道爆破方案對既有隧道的影響

考慮高鐵隧道的重要性，在樁號ZK2+714處前后約60 m(爆破點與高鐵隧道壁直線距離50 m)范圍內爆破時，對高鐵隧道的安全允許速度取V=3 cm/s，當直線距離大于50 m時，爆破對高鐵隧道的安全允許速度V=1 cm/s，以確保高鐵隧道的安全,高鐵隧道距爆源不同距離下的最大單段爆破藥量如表2所示。

表2 高鐵隧道距爆源不同距離下的最大單段爆破藥量 kg

由此可得進洞口和樁號ZK2+714處爆破時，在爆源距磚房或高鐵隧道不同距離處的掏槽孔、輔助孔、周邊孔和底孔同時爆破個數如表3所示。

表3 進洞口處爆破炮孔距離磚房不同距離時藥量和不同炮孔個數

3.3.2橫通道爆破方案對既有隧道的影響

按10 cm/s爆破震動控制值計算與既有隧道不同爆距下的最大單段爆破藥量如表4所示。

表4 10 cm/s爆破震動控制值計算與既有隧道不同爆距下的最大單段爆破藥量

從計算結果分析可知，原爆破方案人行橫洞一次爆破總藥量39.3 kg，估算對既有隧道產生的爆破震動如表5所示。

表5 原爆破方案對既有隧道產生的爆破震動

從計算結果分析可知，橫通道全斷面爆破最大單段用藥量在39.3 kg下施工對既有隧道產生的震動在20 m范圍以內超過控制限值，在20 m范圍以外對既有隧道震動在控制范圍以內。所以橫通道施工在20 m范圍以外可采用原爆破設計方案，20 m以內建議根據爆破距離減小藥量進行弱震動爆破或采用機械開挖方法。

4 結語

1)近距離的爆破設計不能達到以上控制目標，要調整爆破參數，減小鉆孔深度，進而減小爆破進尺，增加爆破分段數，降低最大段單響藥量，或劃分更多的斷面分區(qū)，以降低爆破震動對既有公路隧道的影響。

2)按設計的最大單段藥量進行控制，實際操作時最大單段藥量不超過設計，新建隧道爆破施工產生的震動均在安全允許范圍內，不會對鄰近高鐵右線隧道襯砌等產生安全影響。

3)橫通道施工在20 m范圍以外可采用原爆破設計方案，20 m以內建議根據爆破距離減小藥量進行弱震動爆破或采用機械開挖方法。爆破飛石，不會對鄰近既有高鐵左線隧道結構安全造成影響。