隧道控制爆破技术--实例

4.1.1 断ห้องสมุดไป่ตู้区段工程概况 四川路K2-550断面区段，隧道穿越微风化花岗 岩，大断面隧道采用双侧壁导坑法施工。隧道下 穿地面27层混凝土建筑楼房和3层砖房，隧道与地 面建筑物的关系如图4-1所示。
砼27
砖3
16.95
9.34
15.066 27.637
图4-1 K2-550隧道横断面与建筑关系（m）
图4-2
K2-550断面炮眼布置
表4-1
开 挖 顺 序 1 1 2 3 4 4 5 6 7 7 8 K α 允许震动 速度 cm/s 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
K2-550里程隧道开挖爆破设计参数
到构筑物 最近距离 /m 9.34 10.84掏槽 11.6 15.88 16.95 19.2掏槽 16.95 19.65 最大允许 装药量/kg 1.86 2.91 3.57 9.15 11.13 16.18 11.13 17.33 循环 进尺 /m 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.75 4 0.25 29 0.75 4 0.25 0.25 0.25 44 68 9 0.15 0.15 0.15 74 115 15 0.75 4 0.25 0.25 0.25 14 36 44 0.15 0.15 0.15 23 61 74
3
3.1
爆破振动控制标准及影响分析
建筑物的爆破振动标准
建筑物的爆破振动安全允许标准与建筑物的重 要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条 件等因素有关。考虑城市居民对爆破震动的不良 感觉和承受力，钢筋混凝土楼房和砖房地面以上 爆破振动安全允许标准值[V]统一取2.0cm/s，地 面下房屋基础爆破振动安全允许标准值[V]统一 取3.0cm/s，人防工事爆破振动安全允许标准值[V] 取20.0cm/s。
9.95
16.04掏槽 14.72 18.44
2.25
9.43 7.29 14.33
9
200
1.6
2.0
1.0
0.25
57
4.2 云南路K1-260里程隧道爆破
4.2.1 断面区段工程概况 云南路K1-260断面区段，隧道穿越弱风化花 岗岩，采用台阶法施工。隧道下穿地面1栋1层砖 房和3栋2层砖房，隧道左上方1.85m处有一人防工 事。隧道与地面建筑物及人防工事的关系如图4-5 所示。
3.2 爆破震动计算参数
根据本工程所处围岩地质，“青岛地铁第一期 工程 水清沟-青方纺医院试验段施工地质、变形 量测、环境监测总结报告”（总参工程兵第四设 计研究院）资料，“青岛地铁区间隧道施工爆破 对地面震动的影响专题研究报告”（西南交通大 学）资料和《爆破安全规程》（GB6722-2003） 建议值。在爆破震动试验前，介质系数α暂取200、 震动衰减系数α暂取1.6。
楼房边界 泡沫隔振层
钢筋混凝土
隧道边界
图3-5
隔震桩布置形式
4
临近建筑物区段隧道控制爆破 设计及振动分析
受工程规模和复杂城市环境控制，旋臂式掘 进机旋挖非爆破技术难以满足单轴抗压强度大于 80.0MPa弱~微风化花岗岩地层。因此，矿山法施 工中，控制爆破和爆破隔震技术是本工程的关键 技术。
4.1 四川路K2-550断面隧道控制爆破
胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程
隧道施工爆破振动对建筑物影响分析
阶段研究报告
青岛市市政工程设计研究院 石家庄铁道学院 二ΟΟ七年一月
汇报内容
1.工程特点
2.隧道爆破振动控制技术现状
3.爆破振动控制标准及影响分析 4.临近建筑物区段隧道爆破设计及振动分析 5.一般区段隧道及洞口明挖段控制爆破设计及振动分析 6.隧道施工变形和洞室稳定性分析 7.洞口明挖段基坑稳定性分析 8.隧道衬砌结构安全性分析 9.施工进度估算 10.结论和今后工作建议
1
工程特点
(1) 断面大，高跨比小：本工程三车道公路隧 道断面的净空面积大于100m2 ，采用矿山法复合式 衬砌，开挖跨度15.5~16.5m，高跨比0.667~0.685。 喇叭口段最大断面内净空27.383m×13.465m，净空 面积288.5m2。 (2) 地面建筑物密集：地面建筑密集，地中人 防工事和地下管线众多。四川路地面有建筑房屋区 段长1428.9m，占隧道总长的95.8％。云南路地面有 建筑房屋区段长1215.8m，占隧道总长的75.54％。
本段采用台阶法施工，上下台阶循环进尺均 为0.5m。1区布置掏槽孔，掏槽孔共四孔成正方形 布置，孔间距a＝60cm，孔径D＝40mm，孔深L ＝1.1m，中间设直径为80mm空孔。周边光爆眼 间距a＝30cm，最小抵抗线W＝40cm，孔径D＝ 40mm。辅助眼孔间距a＝60cm，排间距b＝50cm， 孔 径 D ＝ 40mm ， 孔 深 L ＝ 1.1m 。 底 眼 孔 深 L ＝ 1.1m，单孔装药量为0.3kg。该断面爆破设计参数 如表4-3所示。
砖
25.87 25.45 25.20 25.36 13.90
砖2 25.20
砖2 25.02 砖2 22.12
7.416 1.85
10.38
15.59
图4-5 K1-260隧道横断面与建筑关系(m)
4.2.2 爆破设计 隧道开挖周边距地面建筑物最小距离为13.90m， 距人防工事最小距离为1.85m。在无隔措施时开挖循 环进尺0.5m普通控制爆破能满足震动控制要求。故 结合该断面临近人防工事防止施工坍塌，爆破前采在 3区隧道开挖线外侧环布置环向隔振孔，隔振孔直径 为60mm，中心间距为333mm，每隔一个隔振孔向孔 内放置Φ40钢管，管壁不开花孔，钢管内灌注砂浆或 混凝土。如图4-6所示，2区和4区的爆破由人防工事 计算出的爆破参数控制，其余区由地面建筑物计算出 的爆破参数控制。
2
隧道爆破振动控制技术现状
控制爆破振动、保护建筑物免受破坏，是土建 工程中经常会遇到的问题。
针对青岛地下铁道工程硬岩地质爆破震动对环 境影响问题，总参工程兵第四设计研究院、上海 同济大学和西南交通大学等单位，采用现场实测、 理论分析和模拟试验等手段，先后开展了爆破震 动等环境影响研究，得到重要第一手资料。 福州予山溜冰场工程：花岗岩地层24×16m地 下洞室，最小距离7m，6分部循环进尺1.0m，爆 破效果在2.0cm/s以下。
3.3 不同循环进尺爆破振动最小安全距离
对于本工程中硬岩石三线大断面隧道，岩石爆 破单位用药量按0.8~1.2kg/m3 。 0.5~2.0m循环进尺时采用一中空四眼直眼掏槽。 3.0~5.0m循环进尺时采用三中空五眼直眼掏槽。 掏槽眼单孔装药量0.40~4.0kg。 0.5~5.0m循环进尺时辅助眼间距0.5~1.0m，单孔 装药量0.15~3.20kg。 0.5~5.0m 循 环 进 尺 时 周 边 眼 单 孔 装 药 量 0.08~1.25kg。
切割缝
导向孔
装药孔
图3-2
切割缝炮孔布置示意
二段毫秒雷管
一段毫秒雷管
堵塞
上层装药
堵塞段
底层装药
图3-3
炮孔装药结构和分段起爆示意
预切槽是在隧道周边用带锯或排钻预锯(钻)出 2~10cm的沟槽，隔断隧道洞内爆破振动向周边传 播。国外带锯式预切槽机或排钻式切槽机技术都 已成熟，目前国内尚无隧道预切槽机具。但在施 工中可用凿岩机具(如钻岩台车、风枪)代替预切槽 机，即沿隧道周边钻出密集空孔，将隧道周边线 预切断30%~60%，利用该道预切断线实现减振目 的。
对于地面建筑楼房，当开挖循环进尺为0.5m时， 无隔震措施，隧道周边距楼房距离应在7.7m以上； 对于地面建筑楼房，当开挖循环进尺为1.0m时， 无隔震措施，隧道周边距楼房距离应在9.4m以上。
3.4 降低施工爆破振动的技术措施
3.4.1 降低循环进尺 不论是掏槽眼、辅助眼还是周边眼，其单孔装 药量都与隧道开挖的循环进尺有关，循环进尺越 大，单孔装药量越多，爆破引起的地面构筑物质 点振动速度越大。但循环进尺太小，不但影响施 工进度，爆破开挖的成本也随着加大。
30 30
60
60 图3-1 中空直眼爆破炮眼布置(cm)
3.4.3 预裂减震爆破
在隧道周边或者在其它边界，采用密集钻孔和 低密度装药预先爆破形成切割缝，或密集钻孔间 隔装药(两个装药孔中间的孔不装药，为空孔，主 要起切缝导向的作用)预先爆破形成切割缝的控制 爆破技术。 由于导向空孔的存在，切割爆破时可以单孔起 爆。根据工程实践，若岩石完整，能形成比较完 整的切割缝，可以有效降低爆破振动速度。
3.4.2 实现单孔起爆的掏槽眼形式 掏槽眼是在无临空面条件下最先起爆，为达到 掏槽效果，楔形掏槽多需掏槽眼同时起爆。为实 现掏槽眼单孔起爆，采用大直径中空直眼掏槽方 式。开挖循环进尺为2.0m以下时，采用一个中空 眼四个直眼掏槽方式，开挖循环进尺为3.0m以上 时，采用2~3个中空眼4~6个直眼掏槽方式。以开 挖循环进尺5.0m为例，直眼掏槽方式如图3-1所示。 掏槽深度取为5.15m，采用三中空孔形式，装药眼 直径为48mm，中空眼直径为80mm。
(3)隧道埋深浅，主要穿越强~微风化花岗岩地层。 四川路隧道Ⅱ级围岩长255.1m,占隧道总长的 17.1％，Ⅲ级围岩段长195.1m，占隧道总长的13.07 ％，：Ⅳ级围岩长923.8m，占隧道总长的61.91％， Ⅴ级围岩长118.2m，占隧道总长的7.9％。
云 南路隧道Ⅱ级围岩长670.7m,占隧道总长的 41.7％，Ⅲ级围岩段长0.0m，占隧道总长的0.0％，： Ⅳ级围岩长467.8m，占隧道总长的29.1％，Ⅴ级围 岩长470.7m，占隧道总长的29.2％。
25.5m 隧道开挖轮廓线
φ42空孔 A 1.0m 间距0.1m
A大样
图3-4
钻孔替代预切槽形式
3.4.5 隔断桩隔震技术
除了上面提到的减震与隔震爆破技术外，还可 以在地面沿建筑物基础周边施做隔断桩的方法， 可以起到截断爆破振动波的传播路径或减小爆破 振动波的传播距离，从而降低地面构筑物质点的 振动速度。 如隧道临近楼房，可采用钻孔灌注桩(图3-5)， 按直径800mm，间距1500 mm布置。
厦门海底三车道隧道工程：下穿军队营房段， 花岗岩地层，20m覆土，上半断面2.0m循环进尺， 爆破效果1.6cm/s以下。 厦门海底服务隧道工程：45m2洞室，下穿民 房段，覆土10m和15m花岗岩，全断面循环进尺 2.0m，爆破效果1.0cm/s以下。 福州乌山人防通道工程：12×5.4m花岗岩洞室， 循环进尺1.0m，爆破效果2.0cm/s以下。
4.1.2 爆破设计 由于隧道开挖周边距地面建筑物最小距离 为9.34m，在无隔措施时开挖循环进尺0.5m 普通控制爆破也不能满足震动控制要求。故 结合该大断面临近楼房防止施工坍塌，爆破 前采在隧道开挖线外侧起拱线以上整环布置 环向隔振孔，隔振孔直径为128mm，中心间 距为333mm，每隔一个隔振孔向孔内放置 Φ98钢管，管壁不开花孔，钢管内灌注砂浆 或混凝土。
本次爆破设计当隧道周边距楼房距离 10.0m以下，开挖循环进尺为0.5m；当隧道 周边距楼房距离11.0~16.0m，开挖循环进尺 为1.0m；当隧道周边距楼房距离17.0~20.0m， 开挖循环进尺为2.0m；当隧道周边距楼房距 离21.0~28.0m，开挖循环进尺为3.0m；当隧 道周边距楼房距离28.0m以上，开挖循环进 尺为5.0m。
掏槽孔
单孔装 药量 /kg 最多 起孔 爆数
辅助孔
单孔装 药量 /kg 0.25 最多 起爆 孔数 7
周边孔
单孔装 药量 /kg 0.15 最多 起爆 孔数 12
200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
根据周边开孔岩石切断比例和以往隔振爆破实 测经验，该隔振效果按爆破振动衰减25％计算爆破 参数，图4-2中1区、4区、7区布置掏槽孔，掏槽孔 共四孔成正方形布置，孔间距a＝60cm，孔径D＝ 40mm，孔深L＝1.1m，中间设直径为80mm空孔。 周边光爆眼间距a＝30cm，最小抵抗线W＝40cm， 孔径D＝40mm。辅助眼孔间距a＝60cm，排间距b ＝50cm，孔径D＝40mm，孔深L＝1.1m。底眼孔 深L＝1.1m，单孔装药量为0.3kg。该断面爆破设计 参数如表4-1所示。