孫　賀，田興勇

(1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200433；2.中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210046)

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跨地鐵密集線隧道群爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施

孫賀1，田興勇2

(1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200433；2.中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210046)

介紹了南京紅山南路密集隧道群施工中采用的實(shí)時(shí)反饋爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，總結(jié)出爆破振動(dòng)對(duì)鄰近既有地鐵線路設(shè)備、結(jié)構(gòu)和先行隧道結(jié)構(gòu)的影響因素，通過實(shí)時(shí)反饋信息，及時(shí)采取減小一次起爆藥量和總藥量、增加耦合系數(shù)、設(shè)置減震孔增加臨空面等措施，從而確保既有地鐵運(yùn)營(yíng)安全和保證先行隧道結(jié)構(gòu)安全及自身圍巖穩(wěn)定等。

跨地鐵；雙連拱；重疊；小凈距；震動(dòng)監(jiān)測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)城市化的進(jìn)程也不斷加快。在城市繁華地區(qū)或一些特定地段，由于受城市建設(shè)規(guī)劃用地和建筑物、地下空間的綜合開發(fā)、利用的需要，造成同一斷面多條隧道成群出現(xiàn)，且隧道間的間距將會(huì)變得越來越小。在短距離隧道中出現(xiàn)了連拱隧道形式，由于施工工藝復(fù)雜、造價(jià)高等原因，越來越多地出現(xiàn)了小凈距隧道，至今已存在平行、重疊、錯(cuò)臺(tái)、交叉等形式，甚至幾種形式同時(shí)出現(xiàn)的情況，其中還包括既有運(yùn)營(yíng)隧道。

隧道近距離成群出現(xiàn)，并對(duì)既有運(yùn)營(yíng)隧道產(chǎn)生影響的情況，使隧道爆破施工產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近既有隧道造成損傷以及自身相互影響的研究受到重視，因此，做好實(shí)施反饋爆破震動(dòng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)是保證隧道順利開挖和施工的關(guān)鍵。

1　紅山南路密集線隧道群概況

紅山南路隧道下穿小紅山，上為紅山森林動(dòng)物園，包括一座雙連拱機(jī)動(dòng)車隧道，一座管廊隧道及一座非機(jī)動(dòng)車隧道，均采用新奧法設(shè)計(jì)施工。機(jī)動(dòng)車隧道起訖里程為：K1+868～K2+008,并在K1+926.44K1+955.05交叉上跨地鐵1號(hào)線；管廊隧道起訖里程為：K1+840.167～K2+034.638，并在K1+931.08K1+957.26交叉上跨地鐵1號(hào)線；非機(jī)動(dòng)車隧道起訖里程為：K1+868～K2+008，其位于管廊隧道上方存在重疊、錯(cuò)臺(tái)關(guān)系。上述隧道的斷面及位置關(guān)系見圖1。

圖1　隧道的斷面及位置關(guān)系圖

2　施工順序及爆破監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要求

2.1施工順序

管廊隧道和雙聯(lián)拱機(jī)動(dòng)車隧道上穿南京地鐵1號(hào)線，縱橫交叉重疊長(zhǎng)度約35 m，且垂直間距非常小，其中雙聯(lián)拱機(jī)動(dòng)車隧道開挖底距地鐵開挖頂僅4.67 m，管廊隧道開挖底距地鐵開挖頂僅4.14 m，同時(shí)管廊隧道與非機(jī)動(dòng)車隧道重疊、錯(cuò)臺(tái)，垂直最小距離僅2.21 m，管廊隧道與左機(jī)動(dòng)車隧道水平平行最小距離僅5.17 m。

該工程擬定的施工順序：機(jī)動(dòng)車隧道中導(dǎo)洞和管廊隧道→右機(jī)動(dòng)車隧道→左機(jī)動(dòng)車隧道→非機(jī)動(dòng)車隧道。

根據(jù)隧道群間相互關(guān)系及擬定的開挖順序，需解決以下工況問題：

1)管廊隧道在過地鐵段時(shí)，地鐵運(yùn)營(yíng)安全；

2)雙連拱機(jī)動(dòng)車隧道右洞過地鐵段時(shí)，地鐵運(yùn)營(yíng)安全；

3)雙連拱機(jī)動(dòng)車隧道左洞開挖時(shí)，右洞及管廊隧道結(jié)構(gòu)安全，過地鐵時(shí)地鐵運(yùn)營(yíng)安全；

4)非機(jī)動(dòng)車隧道開挖時(shí)，管廊隧道結(jié)構(gòu)安全。

2.2監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目震動(dòng)監(jiān)測(cè)由業(yè)主委托第三方進(jìn)行，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用信息化系統(tǒng)處理，利用現(xiàn)代無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息的真正實(shí)時(shí)反饋，每一炮次的振動(dòng)數(shù)據(jù)第一時(shí)間通過無線GPRS數(shù)據(jù)短信發(fā)射裝置發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員手機(jī)中。

根據(jù)施工順序安排，并通過查閱引用已有研究成果,確定按以下原則設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn):

1)爆破振動(dòng)效應(yīng)隨距離的增大逐漸衰減，在迎爆側(cè)出現(xiàn)最大值[1]；

2)先行洞迎爆側(cè)二襯的拱腳和側(cè)墻產(chǎn)生的振速最大[2]；

3)被跨越地鐵在拱頂、側(cè)墻出現(xiàn)振動(dòng)最大值[3]。

首先是管廊隧道通過南京地鐵1號(hào)線范圍內(nèi)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，在對(duì)應(yīng)的地鐵1號(hào)線上下行隧道側(cè)墻各安裝2臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備；其次是在機(jī)動(dòng)車隧道右洞跨越地鐵段監(jiān)測(cè)；再次是后行機(jī)動(dòng)車隧道左洞開挖，需對(duì)管廊隧道及機(jī)動(dòng)車隧道右洞二襯結(jié)構(gòu)做振動(dòng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)在跨越地鐵段增加地鐵隧道振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)先行洞的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在后行洞掌子面對(duì)應(yīng)樁號(hào)位置；最后在非機(jī)動(dòng)車隧道爆破開挖時(shí)，對(duì)管廊隧道二襯結(jié)構(gòu)做振動(dòng)監(jiān)測(cè)。所有監(jiān)測(cè)過程根據(jù)開挖掌子面位置實(shí)時(shí)調(diào)整，選取最不利位置，以得到最有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

2.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)論[4]

通過分析表明，20～50 m的爆破在地鐵處產(chǎn)生的爆破振動(dòng)小于5 mm/s：13～20 m之間的，所有的爆破振動(dòng)速度峰值都小于1.529 cm/s，頻率大于60 Hz，10 m內(nèi)的爆破振動(dòng)通過減震措施也控制在2.5 cm/s內(nèi)。

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況看，爆破振動(dòng)頻率較高，質(zhì)點(diǎn)速度小于2.5 cm/s。表明爆破施工單位采用的爆破參數(shù)合理，對(duì)地鐵保護(hù)目標(biāo)不會(huì)產(chǎn)生破壞性影響。隨著離地鐵距離的接近，振動(dòng)速度增加較快，在10 m以內(nèi)的爆破通過進(jìn)一步采取減振措施，通過段藥量與雷管段數(shù)的控制以及相應(yīng)的減振措施保證振動(dòng)控制在2.5 cm/s的范圍。

3　爆破施工振動(dòng)控制措施

設(shè)計(jì)要求后行洞爆破開挖均在先行洞二襯超前完成30 m后進(jìn)行；現(xiàn)場(chǎng)爆破開挖采用2號(hào)巖石乳化炸藥，起爆器材為毫秒延期電雷管。為滿足地鐵運(yùn)營(yíng)安全，要求施工爆破振動(dòng)速度控制在2.5 cm/s之內(nèi)，為滿足自身施工先行洞結(jié)構(gòu)安全，要求在非地鐵段爆破振動(dòng)速度控制在10 cm/s。

為確保隧道過地鐵段的施工安全，對(duì)于上跨地鐵的管廊隧道及機(jī)動(dòng)車隧道施工，由南京市住建委先后組織召開了三次研討會(huì)，研討的課題是：①距地鐵結(jié)構(gòu)50 m外、10～50 m內(nèi)和交叉段的爆破方案；②紅山南路隧道爆破施工時(shí)的地鐵監(jiān)測(cè)及加固方案。

為了能有效地保護(hù)地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全及自身結(jié)構(gòu)安全,施工中從各方面著手優(yōu)化施工方案:

首先,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露的實(shí)際圍巖情況，優(yōu)化開挖工法，機(jī)動(dòng)車隧道由CRD工法開挖改為三臺(tái)階法開挖，減少了對(duì)山體圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，保證了圍巖的自穩(wěn)能力。

其次,在距地鐵結(jié)構(gòu)10～20 m段施工時(shí)，對(duì)距地鐵結(jié)構(gòu)10 m范圍內(nèi)的爆破進(jìn)行了多次模擬與試驗(yàn)，總結(jié)了一系列減震方法與措施，并在此基礎(chǔ)上，確定了爆破施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)優(yōu)化方案。在爆破施工環(huán)節(jié)，確定以爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，每次爆破開挖項(xiàng)目部派具有經(jīng)驗(yàn)的人員到現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化爆破方案，實(shí)時(shí)指導(dǎo)施工。

根據(jù)上述優(yōu)化原則，施工過程按照以下控制措施進(jìn)行爆破施工：

1)若遇隧道掌子面巖體較破碎，則上臺(tái)階采用機(jī)械掏槽開挖，對(duì)于機(jī)械施工較困難的周邊采用小藥量的光面爆破進(jìn)行開挖。下臺(tái)階則采用機(jī)械開挖方式。

2)若遇掌子面巖體完整性較好，強(qiáng)度高，機(jī)械無法進(jìn)行開挖時(shí)，則上臺(tái)階采取如下的施工措施進(jìn)行爆破松動(dòng)，下臺(tái)階仍然采用機(jī)械開挖。

①減小循環(huán)進(jìn)尺：每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5 m。

②沿隧道下臺(tái)階開挖底部繼續(xù)鉆鑿減震孔：鉆孔直徑100 mm，孔中心間距400 mm，每次施工長(zhǎng)度10 m左右,其搭接長(zhǎng)度不小于開挖進(jìn)尺的6倍，即3 m，若長(zhǎng)度不足3 m則繼續(xù)鉆鑿。

③隔離上、下臺(tái)階巖體：沿上臺(tái)階開挖底部增設(shè)3排爆破空孔，孔徑100 mm，孔深每次5 m左右，呈三角配置，孔中心間距為400 mm，排中心間距400 mm，在三角區(qū)鉆鑿40 mm裝藥孔，孔深1 m，采用小藥量逐孔分段爆破，將空孔爆破連通，形成隔離帶，以減少上臺(tái)階爆破的振動(dòng)對(duì)地鐵的影響。該100 mm空孔搭接長(zhǎng)度不小于2倍的開挖進(jìn)尺，即1 m。

④采用機(jī)械配合作業(yè)形成上、下臺(tái)階的隔斷。

⑤以隔斷為臨空面間、排距400 mm進(jìn)行布孔，采用小藥量逐孔分段分二次爆破上臺(tái)階巖體形成龜裂裂紋，以便機(jī)械鑿除。

⑥周邊采用設(shè)減速震孔的微震光面爆破：周邊孔裝藥間距400 mm，在兩裝藥孔間增設(shè)一空孔，以增強(qiáng)光爆效果并減小爆破震動(dòng)。爆破后采用機(jī)械配合人工進(jìn)行周邊清理至設(shè)計(jì)位置。

⑦采用不偶合裝藥：在不影響爆轟的情況下，減小藥卷直徑，加大裝藥不偶合系數(shù)，降低爆炸對(duì)巖壁的初始作用力。

優(yōu)化參數(shù)：振速最大段位藥量控制是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方法，每次爆破都進(jìn)行振速的測(cè)定，雖然地質(zhì)情況逐漸變化，但對(duì)速度超標(biāo)的段位進(jìn)行藥量修訂，可達(dá)到理想的效果。

3)以最大振速所在的段位來微調(diào)爆破參數(shù)：若超標(biāo)振速發(fā)生在掏槽眼，則需調(diào)整掏槽眼藥量或炮眼數(shù)；若發(fā)生在輔助眼或周邊眼，則需查看打眼的質(zhì)量和用藥量，或調(diào)整振速超標(biāo)段位的藥量，這樣既可以控制最大振速，又可以保證施工進(jìn)度。

通過上述控制措施的實(shí)施，取得了良好的效果，順利完成了隧道施工任務(wù)。

4　結(jié)　語

該工程施工通過借鑒類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，積極參與爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施，并充分利用實(shí)時(shí)反饋的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，通過頭腦風(fēng)暴、專家評(píng)審等方法對(duì)擬定的施工方案進(jìn)行優(yōu)化，從而取得了很好的效果，成功保證了南京地鐵一號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也保證了自身結(jié)構(gòu)的安全施工?，F(xiàn)總結(jié)了前述的爆破施工振動(dòng)控制措施，供類似項(xiàng)目參考。

[1]王明年，潘曉馬，張成滿，等.鄰近隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)研究[J].巖土力學(xué)，2004(3):412-414.

[2]姚勇，何川.并設(shè)小凈距隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)分析及控爆措施研究[J].巖土力學(xué)，2009，30(9):2815-2822.

[3]趙東平，王明年.小凈距交叉隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(1):116-119.

[4]李德林.南京紅山南路隧道爆破開挖爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].南京：中國(guó)人民解放軍工程兵工程學(xué)院爆破工程設(shè)計(jì)研究所，2011.

Actualization of the Monitoring Technique for the BlastingVibration of the Cross Subway Dense Line Tunnel Group

SUN He1, TIAN Xingyong2

2016-03-10

孫賀(1985—)，男，內(nèi)蒙古通遼人，助理工程師，從事施工技術(shù)管理工作。

TU457；O382+.2

B

1008-3707(2016)06-0032-03