緊鄰既有建筑隧道爆破掘進減振控制技術

袁雷剛

（中鐵十五局集團第三工程有限公司，成都 610097）

1 工程概況及施工技術難點

新建成都至達州至萬州鐵路高廟村隧道進、出口分別位于達州市渠縣千秋村、高廟村，起訖里程DK144+956～DK146+010，全長1054m，最大埋深約44.6m，最小埋深2m。高廟村隧道設計行車速度350km/h，客運雙線隧道設計，線間距為5m。

該段地層表層主要為第四系全新統人工填土層（Q4ml），第四系全新統沖洪積層（Q4nl+p1），第四系全新統殘坡積（Q4el+dl）粉質黏土，下伏為侏羅紀中統上沙溪廟組（J2S）砂質泥巖、砂巖。

隧道DK145+258～+291 斷面上方右側為既有的高廟村公用5 層房屋（如圖1 所示），最近處為DK145+258 斷面。該房屋建于上世紀90年代，為磚混結構，經勘察，房屋質量一般，整體結構安全，但部分墻面發展有寬度0.1～2.2mm，長度52～267cm 的斜向裂縫，如果爆破振動過大，可能會造成既有房屋主體結構強度降低，導致變形和開裂，從而縮短房屋結構的使用壽命，甚至可能危及房屋的安全使用。

圖1 隧道DK145+258 斷面與建筑關系

在進行高廟村隧道掘進施工時，爆破引起的振動可能會對上述鄰近房屋建筑造成結構安全性問題。如果不采取有效的應對措施，將導致出現嚴重的后果。因此，在隧道爆破掘進施工時，需要分析隧道爆破振動波產生的規模和傳播規律，并通過對地面建筑在爆破振動作用下的響應特征進行研究，以此為理論依據，從而為制定合理的圍巖爆破方案提供依據。通過這些措施，以有效地控制爆破振動波的產生和傳播，減少對鄰近房屋建筑的影響，確保地表建筑的安全使用。

2 爆破擾動影響分析及振動控制標準

建筑物爆破振動的安全容許標準是根據多個因素來確定的，這些因素包括建筑物的重要性、結構安全情況、新舊等級、固有自振頻率以及地基的狀況等[1]。根據《爆破安全規程》（GB6722-2022）的建議取值范圍以及實際情況，將爆破振動安全允許標準值[V]設定為2.0cm/s。該值的設定旨在確保人們的居住環境安全可靠，并充分考慮了房屋結構的承受能力。

本項目按爆破中心與房屋建筑的邊緣最近距離（26.1m），按（1）式反算得到，在振動安全允許標準值[V]為2.0cm/s 時，允許的最大齊爆裝藥量為3.1kg。

3 減振措施的應用

3.1 降低循環進尺

隧道掘進的循環進尺決定了掏槽眼、輔助眼和周邊眼的單孔裝藥量的多少。當循環進尺越大，單孔裝藥量就會更多，相應產生更為強烈的振動速度。從減振角度考慮，宜采用更小的進尺以減少對周圍環境的影響，但這樣會降低施工進度并增加成本。

由于隧道距地面房屋的最小距離僅為26.1m，經評估，在不采取隔振、減振措施的情況下，即使采用普通控制爆破，當循環進尺為1m 時，也不能滿足振動的控制要求。如果進一步降低循環進尺，則施工進度將大幅延誤，工期的拖延也將增加施工成本。因此，本項目決定在采取有效減振措施的情況下，保持每循環進尺1m 的方案。

3.2 隧道周邊預切槽減振技術

預切槽技術是用切割機械沿著隧道開挖的輪廓線，切割出一道寬2～10cm 的溝槽，以達到阻斷隧道爆破掘進振動波的傳播路徑或降低其傳播距離的目的。預切槽技術在國外得到了成熟的應用，而國內尚無相應的施工機具。在施工時，采用沿隧道開挖輪廓線鉆設密集空孔的方法，空孔采用鑿巖臺車和風槍等鉆孔機具鉆設，將隧道輪廓線的完整性破壞30%～60%[2]（如圖2 所示），也可較好地達到預切槽減振效果。

圖2 鉆孔替代切槽示意圖

本項目采用了鉆孔替代預切槽的減振措施。爆破前在隧道開挖輪廓線內側，起拱線以上采用鑿巖臺車密集鉆設隔振孔，隔振孔直徑為128mm，中心間距為300mm，結合本隧道周邊隔振孔對圍巖的切斷比例和以往設置隔振孔的實測數據，該措施能夠起到爆破振動衰減約25%的效果[3]。本項目采用鉆孔替代預切槽的減振措施在隧道DK145+253～+296 段應用，即延伸至鄰近房屋前后5m。

3.3 預裂爆破減振技術

在隧道開挖輪廓線上，還采用了密集鉆孔和間隔低密度裝藥（如圖3 所示）進行預裂爆破，形成切割縫的控制爆破技術。不裝藥空孔起到導向及提供臨空面的作用，使預裂爆破能夠按照設計位置形成具有良好降振作用的完整切割縫[4]。根據工程實踐，該技術能夠使爆破振動衰減約16%的效果。

圖3 切割縫孔眼布設示意圖

本項目切割縫的減振措施在隧道DK145+238～+253、DK145+296～+311 段應用，即與鉆孔預切槽的減振措施分別應用于不同的隧道段。

3.4 隔斷樁隔震技術

除了上述減振與隔振爆破技術外，還采取了設置隔振樁的措施。隔斷樁被設置于房屋與隧道之間，能起到阻斷振動波傳播路徑或降低其傳播距離的作用。從而達到減少房屋質點振動速度的目的。本項目采用旋挖鉆成孔方法進行施工，按照直徑800mm、間距1500mm、深度與隧底平齊的要求進行布置（如圖4 所示）。根據工程實踐，該措施能夠顯著降低爆破振動對房屋結構的影響。

1.2.2 面對面訪談 隨機抽取30名學生進行面對面訪談；內容包括學生參與醫學專業英語學習的現狀及需求，和對學校醫學專業英語學習氛圍、政策的感受、意見和建議。

圖4 隔振樁布置示意圖

3.5 大直徑中空掏槽眼

隧道爆破成功的關鍵在于利用自由面，降低巖石夾制作用，提高爆破效果。掏槽眼先爆創造自由面，但振動大。合適的掏槽方式和參數至關重要。在當前，隧道掏槽眼的最為常用的形式主要有楔形斜眼掏槽和大直徑中空孔直眼掏槽兩種。大直徑中空孔直眼掏槽不僅為首爆掏槽孔提供了一個良好的臨空面，降低了首爆掏槽孔的裝藥量，而且空孔還有減緩振動波傳播的作用。而楔形掏槽沒有給首爆掏槽孔提供良好的臨空面，因此需要較高的裝藥量。這意味著從減振方面考慮，宜采用大直徑中空孔直眼掏槽。

為減少掏槽孔最大段藥量，擴槽孔采用單孔單響、逐孔延時起爆。為確保掏槽效果，使用1、3～9 段雷管起爆，避免1 與2 段短間隔振動疊加。根據隧道爆破現場試驗類比，確定擴槽孔單孔裝藥量為0.95kg。

大直徑中空孔掏槽參數見圖5 所示。

圖5 大直徑中空孔掏槽布置 （單位：cm）

3.6 微差起爆網路

隧道爆破采用了預置型數碼電子雷管，其具有更高的安全性和更精確的延時控制，能夠精確控制爆破的時間和順序，以實現更好的爆破和減振效果。且不需現場進行延時的設定，大幅減少了出現錯誤的機率。

隧道采用了孔內延時爆破技術進行微差控制爆破，以實現分段起爆，有效降低最大齊爆裝藥量。由于高廟村隧道斷面較大，且采用全斷面法開挖，需布設較多的炮孔，實施分段爆破時，因雷管段數有限，無法實現爆破設計的分段數量。為此，爆破網路的設計還利用了孔外延時技術。

在爆破過程中，網絡設計的合理性直接影響到后期爆破是否能夠充分利用先期起爆所創造的自由面。因此，在炮眼數量不變的情況下，起爆順序和炮孔之間的間隔時間顯得尤為重要。為了確保爆破效果最佳，必須仔細考慮這些因素并進行合理的調整。本項目對微差起爆網路進行了精心設計，以確保能夠達到減振要求，并且便于施工。通過精心設計，本隧道實現了在降低最大一段起爆藥量的同時，保證了爆破效果和施工便利性。具體的微差起爆網路設計、起爆順序以及炮孔間的間隔時間如圖6 所示。

圖6 全斷面分區爆破開挖布眼示意圖

3.7 全斷面分區順序起爆

隧道采用全斷面法掘進，爆破方案將隧道分成Ⅰ～Ⅳ四個部分（如圖6 所示），采用孔外延期爆破技術對爆破網路進行設計和優化，以實現各部分依次起爆。對Ⅰ、Ⅱ部分進行一次延時起爆，選用孔外延期雷管的段別應超過Ⅰ部孔內延期的最大段別；同樣地，對Ⅲ、Ⅳ部分采用相同的網路設計，進行一次延時起爆。孔外延時技術的關鍵在于：孔外延時雷管的段別一定要大于先起爆部分孔內延時雷管的最大段別，才能達到一次延時分部起爆的效果[5]。

采用大直徑中空掏槽眼，孔間距設計參數如圖5 所示，孔徑D=40mm，孔深L=1.1m，中間設直徑為80mm 空孔；周邊眼孔徑D=40mm，間距a=50cm，最小抵抗線W=60cm；輔助眼孔徑D=40mm，孔間距a=60cm，排間距b=65cm，孔深L=1.1m。爆破設計參數如表1 所示。

表1 各炮孔裝藥及齊爆參數

出于加快進度和降低施工難度的綜合考慮，表1 爆破設計的最大齊爆裝藥量為3.6kg，雖大于理論計算的最大裝藥量3.1kg。但由于采取系列的減振措施，根據實踐經驗及理論分析，論證是可以達到控制振動加速度的目的。

本項目全斷面分區順序起爆的減振措施在DK145+238～+311 段應用，即延伸至鄰近房屋前后20m。

4 爆破方案的試爆

爆破設計中的系數K 和α 的選用在一定程度上受到人為因素的影響，并可能受限于個人經驗和判斷力，導致設計方案與實際情況之間往往存在一定的差異。因此，在實施爆破方案前，需要進行實地試爆，并進行振動測量。根據這些數據，可以適時調整爆破設計的參數，并對隔振爆破的方法進行修正[6]。

為了評估爆破方案和減振措施的有效性，在隧道DK145+190 斷面進行了爆破振動速度的實地測試。該斷面的圍巖地質情況與鄰近的房屋段類似，因此選擇在該處進行測試以更好地評估爆破方案和減振措施的有效性。測試時使用TC48050 爆破振動儀進行振動的監測，這是一種高精度的振動監測儀器，能夠實時監測爆破引起的振動速度，可提供準確的數據支持。圖7 展示了監測到的爆破最大振速的振動曲線。

圖7 振動曲線

由圖7 可知，最大振動速度為0.50m/s，小于設定的最大允許振動速度2.0m/s，印證了本項目采取的減振措施的有效性。

5 施工期間的監測

高廟村隧道從DK145+238 里程開始，按照減振爆破方案進行施工，直至DK145+311 里程結束。在DK145+238至DK145+311 區間施工期間，對房屋進行了質點振動監測，監測數據顯示房屋的最大質點振動速度為1.35cm/s，未超過安全控制值2.0cm/s。此外，對房屋的觀察未發現任何可能危及房屋安全使用的情況。因此，可以得出結論：本項目所采取的減少爆破對房屋振動影響的技術方案及措施具有科學有效性，成功將爆破對房屋的振動影響控制在安全范圍內。

6 結語

緊鄰既有建筑隧道爆破掘進施工控制技術對于保障鄰近構（建筑）物的結構安全具有重要意義。本文通過對減振措施的深入研究，提出了一系列有效的減振措施，為隧道爆破減振控制施工提供了重要的技術支持。同時，施工實踐也證明了本項目采取的減振措施的可行性和有效性。然而，未來的研究仍需進一步探討如何優化減振措施，提高施工效率，降低施工成本，為隧道施工提供更加全面和實用的指導。