擴建隧道爆破施工對附近房屋及相鄰隧道的影響

分析摘要：以重慶機場路渝州隧道擴建開挖為例，隧道爆破開挖時，對臨近隧道以及臨近房屋進行檢測，本文分析采集到的檢測數據，論證隧道擴挖爆破所采用爆破方案的可行性，為以後類似的工程提供經驗。 

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    0 引言

隨著我國交通的飛速發展，大量城市的原有隧道無法滿足日益增長的交通需求，對原有隧道的擴建越來越多的應用於工程中。從經濟角度考慮，施工一般采用鑽爆法以節約成本。由於受地形和環境等因素的影響，擴建隧道與既有隧道的淨間距較小，施工過程中可能引起對既有隧道圍岩、襯砌的影響以及周邊建築的影響。研究爆破振動對相鄰既有隧道及建築的影響，以減少或避免爆破施工對隧道圍岩穩定及周邊建築安全的損害，具有重要的工程意義。目前，許多學者采用數值分析、現場爆破地震測試等方法對臨近隧道在爆破振動作用下的動態響應以及衰減規律進行了大量有意義的研究。

1 工程背景

    渝州隧道是重慶市機場路拓寬改造工程的一部分。隧道現狀為雙洞，平麵成喇叭型布置，進口段兩隧道結構間岩石淨距約7.8m，出口段為15m。隧道淨寬10m，淨高6.7m，圓拱直牆式素砼襯砌，拱厚75cm，邊牆厚110cm。隧道左洞起止裏程樁號：ZK0+350~ZK0+700.5，左洞全長350.5m；隧道右洞起止裏程樁號：YK0+346.5~YK0+618，右洞全長271.5m。隧道進口方向左側約50m直線距離有6層磚混居民樓兩棟。

    新建隧道利用現狀隧道進行改擴建，保持現狀隧道平麵走向及隧道間中央岩柱厚度不變分別向兩側擴挖，形成兩個單洞4車道隧道。改造後：隧道淨跨17.081m，淨高8.482m。隧道襯砌結構按新奧法原理設計，采用複合式襯砌結構。橫斷麵見圖1。

圖1 渝州隧道橫斷麵圖

    2 爆破設計方案

1、洞內土石方爆破參數
    1）由於所處區域地質條件相對較好，施工中為盡量降低安全隱患，在隧道掘進的方法上考慮采用短進尺，弱爆破，強支護，勤監測的施工方法，以控製最大段藥量來降低爆破震動，確保施工安全。

2）爆破用藥量計算按如下公式進行計算：

單孔炮眼裝藥量：

式中：——炮眼的裝藥量（）

       ——眼深（）

      ——炮眼裝藥係數，查表取得，掏槽0.60，輔助0.5，周邊0.55

 ——每米長度炸藥量（），查表取0.78

隧道掘進Ⅳ級圍岩較完整，按每循環1.5（2.0 ）考慮，經計算，輔助眼單孔裝藥量控製在0.78以內，取0.6（0.75），詳見圍岩爆破裝藥參數表1。實際藥量通過爆破試驗確定，現場可根據實際爆破效果及岩層情況進行適當調整。

表1 圍岩爆破裝藥參數表 

光爆眼:隧道周邊全部采用光麵爆破，由於光麵爆破的設計參數，目前還缺乏一定的理論計算公式，因此根據工程經驗光爆眼的裝藥量按裝藥集中度0.12-0.18設計，本工程取0.12。為保證光爆質量，光爆眼設置按空眼與裝藥眼間隔布置。

3) 爆破器材的選取：

采用2#硝胺乳化炸藥，非電雷管導爆管起爆。

4）計算理論炮眼數量：

根據經驗公式：

其中：——炸藥單耗量

——開挖麵積

——炮眼裝藥係數，取

——每米長度炸藥量（），查表取0.78

隧道Ⅳ級圍岩采用分部開挖，上部（見圖2）34，下部（見圖3）65，取，根據公式計算求得：上部炮眼數為：個，加上周邊光爆眼35個，共計86個；下部炮眼數為：個，加上周邊光爆眼25個，底板眼10個，共計98個。

圖2 隧道爆破開挖順序一及周邊炮眼示意圖

圖3 隧道爆破開挖順序二及周邊炮眼示意圖

5）炮眼布置設計

由於隧道開挖有兩個臨空麵，因此上、下部開挖作業均不設掏槽眼，直接采用拍炮形式，其類似於露天台階爆破，因此可根據經驗公式及露天爆破經驗，確定掘進眼間距取，二周眼間距，眼孔孔深，除周邊眼外所有眼孔采用垂直眼，周邊眼外斜5度。

2、起爆方法與起爆網路
    根據本工程的特點，該爆破網絡設計洞外采用電爆破網絡聯接，孔內采用毫秒微差電雷管，采用串並聯網絡聯接；洞內采用非電導爆管網絡連接，孔內采用非電毫秒微差雷管。
    3、爆破安全距離計算及安全措施
  （1）爆破振動計算：

炸藥在岩石介質中爆炸，其釋放了一部分能量以波動形式沿地麵傳播，形成了爆破的地震效應，根據《爆破安全規程》GB6722-2003中對地麵建築物的安全要求，主要是控製被保護建築物所在地質點峰值振動速度和主振頻率，建築物所在地質點峰值振動速度計算公式如下：

式中：

      —爆破地震安全距離(m)      
      —炸藥量(kg)，齊發爆破取總炸藥量，微差爆破或毫秒爆破取最大一段藥量。
      —振動安全允許速度，按國家標準為
     與爆破地形、地質條件有關的係數或衰減指數，本爆區取值，

由於爆區在隧道內，隻有左洞隧道斜上方25m有建築物外，其餘建築物均在25m以外。

洞內開挖施工單段最大藥量控製在3.69內，，，最近建構築物為以外：

，滿足要求。

由於原隧道雙洞最小間距8，為保證施工安全，爆破振速控製在12以內，開挖單段最大藥量取3.69時：

，滿足要求。

施工地震波的控製，根據以往的爆破施工經驗主要以最大單響藥量來控製。在實際施工中，最大單響藥量必須控製在安全範圍之內。
  （2）個別飛石距離計算：
   根據大爆破飛石距離計算式：  
    
式中：—最大段藥量爆破作用指數，     

  —最小抵抗線，      

  —係數，取1.0～1.2
    計算得出本次爆破個別飛石最大距離。

3 爆破地震破壞的主要判斷依據

關於爆破震動安全判據，目前仍然多采用質點振動速度作為衡量爆破震動強度的唯一指標。大量的工程實踐和試驗研究表明，選用單一的振動參數來描述爆破震動的特征是很不全麵的，爆破地震震動頻率對建築物的安全也有著很重要的影響。因此，人們提出在評價爆破震動對建(構)築物的危害時，除用振動速度作為破壞判據外，還應考慮爆破震動持續時間對建(構)築物的累積破壞作用、振動頻率與建(構)築物固有頻率之間的關係。一般建築物和構築物的爆破安全性應滿足以下安全速度的要求:

表2 爆破震動安全判據（GB6772-2003）

4 臨近隧道現場爆破監測分析

爆破震動作用對鄰近隧道的影響主要是爆破震動導致相鄰岩石力學性質的劣化，尤其對有構造帶通過或節理裂隙較發育的岩石影響更大。爆破震動作用會使圍岩原有裂隙張開與擴展，新裂隙的產生，岩體聲波速度的降低，滲透係數的增大，進而可能引起地表、地下建築物或構築物的破裂、倒塌隧洞冒頂、片幫等災害，危害很大。

隧道開挖采用的是單邊開挖，先對隧道左洞進行交通封閉，開放右洞，為了分析隧道左洞的爆破開挖是否對隧道右洞的影響，在隧道左洞開挖爆破時，我們對隧道的右洞進行監測，檢測布置如下圖4。並同時對附近的房屋進行監測。

圖4 隧道震動監測點布置平麵圖

    根據隧道的爆破，得到的檢測爆破的最大振速數據整理如下圖3：

圖5  臨近隧道檢測的最大振速圖

如上圖所示，根據檢測數據，最大的振速是.其檢測的振速波形圖如下圖6：

圖6 最大振速波形圖   

    依上圖所示，根據我國新實行的爆破振動安全允許標準(GB6722-2003)可知，檢測到的最大振速為，頻率為，在允許振速範圍之內，臨近隧道在爆破震動下是安全的。

5 臨近房屋現場爆破監測分析

因考慮到一些原因，這裏我們考慮隧道左洞爆破擴挖時，對房屋進行檢測分析。並對數據進行整理分析，得到圖7：

圖7 房屋檢測的最大振速圖

在圖5明顯可以看出，房屋檢測到的最大振速為,其檢測的振速波形圖如下圖8：

根據我國新實行的爆破震動安全允許標準，可以看出在允許振速範圍之類，符合要求。

6 結論

（1）對臨近隧道以及附近房屋的進行監測，根據我國新實行的爆破震動安全允許標準，檢測的最大振速都在允許振速範圍之類，滿足要求。

（2）渝州隧道采用的爆破設計方案是可行的，希望能夠為類似的工程提供一些依據。

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