隧洞下穿村莊段的減震爆破控制

楊穎嵐

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪117100)

摘要：本文介紹了在建隧洞下穿村莊段的減震爆破控制措施，并對地表房屋測試、爆破參數(shù)的確定、施工減震措施及地表震動測試四方面作了具體介紹。

關(guān)鍵詞：下穿村莊；房屋測試；爆破參數(shù)；爆破震動測試；減震措施

中圖分類號：U455.6

Damping Blasting Control of Tunnel Passing Through Village

YANG Ying-lan

(LiaoningGuanyingeReservoirAuthority,Benxi117100,China)

Abstract：In the paper, damping blasting control measures of constructed tunnel passing through village are introduced. Ground surface house testing, blasting parameter determination, construction damping measures and ground surface vibration testing are concretely introduced.

Keywords：village penetration; house testing; blasting parameters; blasting vibration test; damping measures

1工程概況

某在建隧洞下穿黏土礦村，該區(qū)域地表屬山區(qū)地貌，地勢較陡，民房多依地勢建造，民房密集區(qū)位于山谷較平緩地段，多為磚木、土坯房，且年久失修，抗震能力極差。隧道距地表房屋垂直距離約為65～95m，村莊經(jīng)濟(jì)較落后，村民以農(nóng)耕為主。根據(jù)前期地勘資料，洞室?guī)r性為混合花崗巖，弱風(fēng)化、節(jié)理微張、夾泥，地下水多呈滴水狀，該段洞室為Ⅲ、Ⅳ類圍巖。隧洞與黏土礦村平面位置如圖1所示。

圖1　主洞與黏土礦村平面位置關(guān)系

2地表房屋測試

黏土礦村共有87戶、102棟房屋，房屋多為磚木、土坯房，且年久失修，抗震能力極差。

在進(jìn)入該段施工之前，項目部聯(lián)系沈陽房屋鑒定中心對隧洞洞軸線左右50m范圍內(nèi)的地表房屋進(jìn)行了評估，評估結(jié)果見下頁表1。

表1　房屋評價結(jié)果

根據(jù)評定結(jié)果，對房屋不能繼續(xù)使用的住戶進(jìn)行了暫時搬離并妥善安排，對于觀察使用的住戶在施工過程中隨時觀察房屋受損情況，如發(fā)現(xiàn)有房屋開裂或地基下沉等現(xiàn)象，立即通知其撤離。

3鉆爆設(shè)計

該段特殊隧洞的爆破施工必須在確保高質(zhì)量的隧洞開挖斷面和進(jìn)尺的同時，盡可能將爆破震動控制在最小，以保證爆破對自身、地表既有道路、地表建(構(gòu))筑物的安全，并盡量避免干擾居民生活。

3.1設(shè)計原則

依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)的規(guī)定，下穿既有道路和房屋時為保證地表及建筑物的安全和減小對周圍環(huán)境的影響，爆破施工時爆破震動波速控制在2cm/s；下穿鐵路時爆破震動波速控制在1cm/s。根據(jù)隧洞開挖技術(shù)特點，以及為使隧洞開挖成型良好，盡量減少超挖量，減少爆破對圍巖的擾動深度和破壞，確保地表建筑物、公路以及鐵路安全，采用減震控制爆破技術(shù)。設(shè)計合理爆破參數(shù)，采用匹配的火工品材料，通過爆破震動測試對爆破設(shè)計進(jìn)行校核修正。

3.2鉆爆參數(shù)選擇

a.爆破震動控制的允許藥量。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)對建(構(gòu))筑物質(zhì)點振動速度的控制標(biāo)準(zhǔn)，由薩道夫斯基控制爆破震動速度公式反推，確定最大允許起爆藥量：

式中Q——炸藥量，kg，齊發(fā)爆破取總藥量，微差爆破取最大一段藥量；

R——到需要保護(hù)建(構(gòu))筑物或設(shè)備設(shè)施的距離，m；

v——地震安全速度，cm/s，一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物2cm/s，下穿鐵路10cm/s；

K、α——與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，見表2。

表2　 K、 α與巖性的關(guān)系

按R=15m、v=2cm/s、K=250、α=1.8計算，Q=1.08kg；按R=25m、v=2cm/s、K=250、α=1.8計算，Q=5kg；按R=50m、v=2cm/s、K=250、α=1.8計算，Q=40kg；按R=15m、v=10cm/s、K=250、α=1.8計算，Q=15.77kg。

從上述計算可以看出，控制最大一段藥量在1.08kg以內(nèi)，爆破震動不會對距爆區(qū)15m以外的建筑物或設(shè)施造成危害；最大一段藥量在5kg以內(nèi)可確保25m以外的建筑物安全；最大一段藥量在40kg以內(nèi)可確保50m以外的建筑物安全。

控制最大一段藥量在15.77kg以內(nèi)，爆破震動不會對距爆區(qū)15m以外的房屋或設(shè)施造成危害。

b.初擬鉆爆參數(shù)。通過爆破試驗確定爆破參數(shù)，試驗時參照表3的參數(shù)。

表3　光面爆破參數(shù)

c.掏槽方式。采用楔形掏槽,根據(jù)實際進(jìn)尺長度控制傾角大小。

d.裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞方式。輔助眼、內(nèi)圈眼、底板眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于30cm。

4施工減震措施

施工過程中采用綜合減震措施，降低振動速度，減小對地表房屋的震動影響。

a.分部分臺階開挖，多次裝藥爆破。由于采用上下臺階法施工，上臺階按短進(jìn)尺控制，臺階長度控制在3～5m，進(jìn)行微臺階開挖，爆破順序依次是下、上臺階。上臺階爆破時，將掏槽區(qū)域靠近臺階底部布置，以增大掏槽爆破時爆源至地表的距離，減輕掏槽爆破對地表房屋、拱頂圍巖的震動影響。

b.掏槽爆破。掏槽爆破控制對爆破震動控制影響較大，掏槽爆破若失敗，爆渣未拋擲出去，絕大部分能量將以地震波的形式傳播出去，隧洞掘進(jìn)無進(jìn)尺，爆破震動量大。另外，采用水平楔形掏槽，合理布置掏槽孔位，能夠起到控制爆破震動的作用。

c.光面爆破。周邊眼間距35cm，眼深1.2～1.3m，裝藥集中度控制在0.3kg/m，采用半片藥卷+竹片+導(dǎo)爆索空氣間隔裝藥的結(jié)構(gòu)，詳見圖2。

圖2　裝藥結(jié)構(gòu)

d.爆破震動監(jiān)測。沿爆破區(qū)域徑向或環(huán)向布置1條測線，測點應(yīng)放置在地表房屋基礎(chǔ)上。待爆破即將開始時，啟動檢波器、測震儀，數(shù)據(jù)記錄后進(jìn)行分析處理。采用薩道夫斯基公式及一元回歸分析法測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到與介質(zhì)、地形有關(guān)的系數(shù)K、a，從而可得到質(zhì)點振速的衰減規(guī)律，再根據(jù)建筑物允許最大震動速度、爆心距R，由公式反算出單段最大裝藥量Q，優(yōu)化爆破設(shè)計參數(shù)。

5地表震動測試及參數(shù)優(yōu)化

進(jìn)入該段施工后首先進(jìn)行了地表震動測試。

5.1測點布置

測點布置情況見圖3。

圖3　測點布置

5.2爆破參數(shù)

炮眼布置爆破參數(shù)見圖4～下頁圖5、表4～表5。

圖4　9月14日08:00炮眼布置(埋深58m) 單位：cm

圖5　9月14日13:00炮眼布置(埋深58m) 單位：cm

炮眼類型段數(shù)眼深/m眼數(shù)/個單卷藥量/kg藥卷數(shù)合計/kg上斷面掏槽眼11.480.258輔助眼31.2100.248輔助眼51.2160.239.6輔助眼71.2100.2510周邊眼91.2300.2212底板眼111.2120.2512合計8662.6下斷面掘進(jìn)眼11.5130.225.2掘進(jìn)眼11.5130.225.2掘進(jìn)眼11.5130.225.2底板眼11.5130.225.2合計5220.8

表5　9月14日13:00圍巖爆破裝藥參數(shù)

5.3測試結(jié)果

測試結(jié)果見表6。

表6　測試結(jié)果

5.4爆破方案優(yōu)化

根據(jù)地表爆破震動測試結(jié)果，對爆破參數(shù)進(jìn)行了以下優(yōu)化：

a.上、下臺階同時起爆時，上、下臺階延時隔開，下臺階先行起爆。

b.爆破開挖進(jìn)尺控制在1.2m。

c.上臺階掏槽采用復(fù)式楔形方式，內(nèi)掏槽4個孔(單孔不超過0.6kg乳化炸藥)、外掏槽6個孔(單孔不超過0.5kg乳化炸藥)，其他掘進(jìn)眼單段起爆藥量控制在5kg以下。

6結(jié)語

減震爆破必須采取有效的控制爆破技術(shù)，減少震動與降低噪音，同時要求采用光面爆破，成型效果好。根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上。周邊眼選擇低爆速、低猛度、高爆力的炸藥。合理選擇循環(huán)進(jìn)尺：不同級別的圍巖根據(jù)結(jié)構(gòu)安全要求及循環(huán)施工能力等因素來綜合考慮。嚴(yán)格控制單循環(huán)進(jìn)尺長度，爆破開挖采用上、下臺階開挖，以減小每循環(huán)進(jìn)尺裝藥量。