江曉松 鄧偉琳 劉斌

摘要： 針對(duì)下穿輸油管線隧道掘進(jìn)爆破，為控制爆破振動(dòng)，減弱振動(dòng)對(duì)隧道上部輸油管線影響，同時(shí)保證破碎效果、保障施工進(jìn)度，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行實(shí)測(cè)并分析波形特征，提出了降振措施。新方案通過改變掏槽方式，采用分級(jí)掏槽的方法降低了爆破振動(dòng)，對(duì)比新老方案爆破效果、監(jiān)測(cè)波形表明：兩種方案下隧道成形與爆堆塊度相近；新方案相比原方案爆破振動(dòng)峰值振速大幅降低，而主振頻率沒有太大差別。

Abstract： Targeting the heading blast of under-cross oil pipeline tunnels， to control the blasting vibration and to reduce the impacts from the vibration on the upper-tunnel oil pipelines while guarantee the breaking effect and the construction progress， the author measured the actual vibration and analyzed the waveform characters， on which the author proposed measures to reduce vibration. By changing the underholing method and adopting the method of graded underholing， the new program successfully reduced blasting vibration. Comparing the old program with the new， the blasting effects and monitored waveforms indicated that： the formation of tunnels and fragmentation of rock blasting under the two programs were close； the new program presented a peak blasting vibration velocity much lower than that of the original program， with no significant difference in driving frequency.

關(guān)鍵詞： 隧道；爆破振動(dòng)；輸油管線；爆破技術(shù)

Key words： tunnel；blasting vibration；pipeline；blasting technology

中圖分類號(hào)：TE88 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）20-0171-02

1 概述

近年來我國交通建設(shè)事業(yè)迅速發(fā)展，城市公路隧道建設(shè)進(jìn)入高潮期。在某些地區(qū)，某些隧道掘進(jìn)施工前周圍地下就已存在一些建（構(gòu)）筑物或其他管道、管線設(shè)施，施工時(shí)必須保證既有設(shè)施安全穩(wěn)定、正常運(yùn)行，又需要保障新建隧道的施工進(jìn)度與施工效率。已有部分類似相關(guān)工程施工的工程經(jīng)驗(yàn)可供參考，劉生秀[1]以溫福鐵路客運(yùn)專線大斷面硬巖隧道為背景總結(jié)了快速掘進(jìn)爆破經(jīng)驗(yàn)，李旭東[2]針對(duì)下穿地面建筑物的淺埋隧道采用上下斷面臺(tái)階法，控制裝藥量與雷管起爆順序控制了爆破振動(dòng)。

當(dāng)前，硬巖隧道掘進(jìn)廣泛使用工程爆破方式，爆破作用可有效破碎巖石，但破碎巖石同時(shí)產(chǎn)生的爆破振動(dòng)等爆破危害效應(yīng)不可完全避免[3]。隧道爆破掘進(jìn)時(shí)既要保證被爆巖體有效破碎，又要避免對(duì)圍巖及周圍既有建筑、設(shè)施造成過大影響。

2 工程概況

某隧道設(shè)計(jì)斷面寬1370cm、高1187cm，其中某段位于中石化輸油管道正下方，隧道所處環(huán)境縱剖面圖如圖1所示。隧道附近屬構(gòu)造侵蝕、溶蝕中低山地貌，地形起伏不大，地面高程海拔2000～2130m，相對(duì)高差約130m，植被較少，緩坡地段多被墾為耕地。隧區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積松軟土、粉質(zhì)粘土，坡洪積粉質(zhì)粘土，坡殘積粘土（膨脹土） ，下部基巖為二疊系玄武巖夾灰凝巖。隧道施工采用爆破方式掘進(jìn)，輸油管線為附近最為需要保護(hù)的設(shè)施，其中爆破振動(dòng)最主要控制目對(duì)象。

輸油管線一般由鋼結(jié)構(gòu)管道組裝或焊接形成，結(jié)構(gòu)整體具有一定的抗振性、抗彎性，爆破振動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，振動(dòng)本身一般不會(huì)直接對(duì)管線造成影響，但巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，層理、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面存在時(shí)振動(dòng)易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面處巖體發(fā)生滑移、錯(cuò)位，易給管線施加一定的土壓力，當(dāng)土壓力特別是側(cè)向土壓力超出輸油管線承受能力時(shí)管線彎折、泄露。且爆區(qū)爆破是一個(gè)長(zhǎng)期高頻行為，長(zhǎng)期振動(dòng)影響下巖體在結(jié)構(gòu)面處的損傷逐漸累積[4]，特別是地勢(shì)陡峭的結(jié)構(gòu)面處在長(zhǎng)期振動(dòng)下形成累計(jì)損傷易產(chǎn)生滑移，進(jìn)而損傷、損毀輸油管線。為了保護(hù)輸油管道，爆破施工時(shí)需對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析

本隧道工程采用三臺(tái)階法施工，臺(tái)階開挖順序如圖2所示。爆破采用淺孔爆破技術(shù)，隧道輪廓線部位采用光面爆破技術(shù)。為提高隧道圍巖的安全穩(wěn)定與質(zhì)量要求，特別是將爆破振動(dòng)對(duì)石油輸送管道的影響控制在安全允許范圍內(nèi)，在石油管線處對(duì)原方案下施工的爆破振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)表明：上臺(tái)階爆破時(shí)爆破振速峰值較大，且峰值振速出現(xiàn)在振動(dòng)開始時(shí)刻，上臺(tái)階爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)波形圖如圖3所示，可知爆破前期時(shí)刻峰值振速大是最先起爆的掏槽孔爆破造成。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[5]推薦，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度可按照薩道夫斯基公式計(jì)算：

式中V為被保護(hù)物處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；K，α為與地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；Q為一次起爆最大藥量，kg；R是爆破地點(diǎn)距離石油天然氣管道線路的最近距離，m。分析可知當(dāng)R一定時(shí)，對(duì)爆破振速峰值影響較大的是地形地質(zhì)影響系數(shù)K、α和單響藥量Q，控制峰值振速應(yīng)著重從這兩方面入手。

4 爆破方案

4.1 原上臺(tái)階爆破方案

原方案掏槽孔采用采用垂直V字型掏槽?？卓陂g距120cm，上下間距40cm，孔底一般超深15cm，孔底距不能小于15cm，共計(jì)三排掏槽孔。輔助孔間距為80cm，排距59cm，周邊孔頂孔41cm，底孔76cm。炮孔布置及起爆順序如圖4所示。

4.2 上臺(tái)階爆破試驗(yàn)方案

根據(jù)原方案爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)波形，前期較高振速波段為掏槽孔掏槽爆破所致。原方案同段起爆的掏槽孔數(shù)量多、藥量大，不存在側(cè)向臨空面，巖石夾制作用強(qiáng)，爆破環(huán)境差，巖石難以破碎，能量以振動(dòng)形式向周圍傳遞、散失比例高。

參考類似工程經(jīng)驗(yàn)[6]試驗(yàn)采用分級(jí)復(fù)式掏槽方式，即最先起爆中心兩個(gè)掏槽孔，降低起始段單響藥量，且為后續(xù)掏槽孔提供了臨空面，減少了夾制作用。具體施工中，掏槽孔的首段采用正向裝藥起爆，其他炮孔采用反向裝藥起爆，填塞長(zhǎng)度30cm左右，V形復(fù)式掏槽。根據(jù)相關(guān)研究爆后巖體明顯移動(dòng)的時(shí)間在48～96ms之間，因此為保證前期掏槽為后期掏槽孔提供理想的臨空面，兩級(jí)掏槽孔爆破間隔時(shí)間在100ms以上為宜，試驗(yàn)中一級(jí)掏槽和二級(jí)掏槽之間使用MS5（延期時(shí)間110ms）段雷管連接。

5 結(jié)論

①掏槽孔引起的振動(dòng)最大，主要因?yàn)閵A制作用最大、爆破環(huán)境差，采用較小藥量分級(jí)掏槽可提前爆出臨空面，為后續(xù)掏槽孔爆破創(chuàng)造爆破條件，降低振動(dòng)、提高效果。

②隧道掘進(jìn)爆破施工，對(duì)附近設(shè)施應(yīng)采取保護(hù)方式，本文所述方法是改善爆破環(huán)境，薩道夫斯基公式中α（衰減系數(shù)）值保持不變情況下降低K值，減弱振動(dòng)，減少對(duì)保護(hù)物的破壞，α值對(duì)照地質(zhì)情況取值為1.5，經(jīng)過優(yōu)化相比原方案K值從200降低到了125，有效降低了爆破振動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉生秀.大斷面硬巖隧道快速掘進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007，12.

[2]李旭東，白海峰，周志順.地面建筑物控制爆破的淺埋隧道暗挖法研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2011，1.

[3]梁向前，謝明麗，馮啟，等.地下管線的爆破振動(dòng)安全實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)[J].工程爆破，2009，15（4）.

[4]中國生，敖麗萍，付玉華.循環(huán)爆破開挖下隧道圍巖振動(dòng)效應(yīng)與損傷演化的模型實(shí)驗(yàn)[J].爆炸與沖擊，2016，36（6）.

[5]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. GB 6722-2014爆破安全規(guī)程[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：96-97.

[6]楊年華，張志毅.隧道爆破振動(dòng)控制技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010，1.