鄭 軍 鋒

(中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司，福建 福州 350013)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市間貿(mào)易往來越來越頻繁，新建隧道爆破對鄰近既有公路隧道不可避免會產(chǎn)生影響。國內(nèi)外許多學(xué)者對此做了大量研究：鄭明新等[1]采用動力有限元數(shù)值模擬方法，得出圍巖級別和單響藥量一定，既有隧道迎爆側(cè)襯砌振速峰值隨著隧道間距的增大而減?。焕钚愕氐萚2]利用ANSYS/LS-DYNA軟件建立新建隧道爆破效應(yīng)在鄰近運(yùn)營隧道傳播的數(shù)值計(jì)算模型，分析新建隧道爆破施工對鄰近運(yùn)營隧道的影響規(guī)律與藥量控制標(biāo)準(zhǔn)；林從謀等[3]運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，得到中夾巖和既有隧道壁面的質(zhì)點(diǎn)振動速度隨時間的變化規(guī)律；吳亮等[4]基于彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，建立了既有層狀圍巖隧道迎爆側(cè)最危險(xiǎn)點(diǎn)的簡化力學(xué)模型，得到了最危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算表達(dá)式。如果事先不進(jìn)行評估而盲目施工，爆破產(chǎn)生的振動可能會影響臨近隧道周圍圍巖的穩(wěn)定性，導(dǎo)致襯砌破裂發(fā)生滲漏水，甚至有發(fā)生坍塌的可能性，造成生命安全和財(cái)產(chǎn)損失。如何控制爆破對自身圍巖的破壞以及對臨近建筑產(chǎn)生的影響具有重要的意義。

1 工程概況

新建隧道位于福州市連江縣，隧道為一座一級公路單洞雙向行車左洞隧道，樁號ZK2+080～ZK3+071，全長991 m。新建公路隧道在里程ZK2+714處與下部杭深線隧道鐵路里程為K854+404.3處交疊，交角57°，垂直凈距22.83 m，如圖1所示。新建隧道在跨高鐵路段均為Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級圍巖，采用爆破開挖施工。

2 工程地質(zhì)

隧道屬于剝蝕低山丘陵地貌，地形起伏變化大，進(jìn)口側(cè)坡度約20°～30°，出口側(cè)坡度約30°～40°，上覆坡殘積粘性土—強(qiáng)化凝灰熔巖，坡體較穩(wěn)定，坡體上植被發(fā)育。隧道洞身圍巖主要為微風(fēng)化凝灰?guī)r，屬堅(jiān)硬巖，巖體較破碎～完整，對隧道洞身圍巖的穩(wěn)定較有利，但隧道洞身的構(gòu)造破碎帶、節(jié)理密集帶圍巖的級別以Ⅴ級～Ⅳ級為主，對圍巖穩(wěn)定不利。

3 爆破方案

由于新建隧道與既有隧道交叉通過，高鐵隧道對震動的控制較嚴(yán)格，且高鐵隧道與新建隧道的直線距離較短，因此爆破方案的設(shè)計(jì)以高鐵隧道震動控制為要素設(shè)計(jì)爆破方案及參數(shù)并驗(yàn)證既有隧道震動是否滿足震動控制要求。

3.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)與裝藥量計(jì)算

人行橫洞處于Ⅱ級和Ⅲ級圍巖中，地質(zhì)條件較好，斷面面積較小，距離進(jìn)出口較遠(yuǎn)，按設(shè)計(jì)原則，采用全斷面法開挖。在開挖施工時，隧道拱墻部位進(jìn)行光面爆破。爆破設(shè)計(jì)采用氣腿式風(fēng)鉆打孔，炮孔直徑42 mm，每爆破循環(huán)進(jìn)尺為1.5 m，炸藥單耗為2.36 kg/m2。炮孔布置如圖2所示。

考慮到爆破區(qū)域地層巖性及爆破震動控制要求，孔網(wǎng)參數(shù)與裝藥量如表1所示。

表1 爆破參數(shù)表(鉆孔直徑：42 mm,炸藥單耗：2.36 kg/m2)

序號病害位置病害參數(shù)類型定檢結(jié)果1底板,距YY號墩18 m,距內(nèi)側(cè)邊緣4.6 mL=1.0 m,W=0.14 mm縱縫L=1.0 m,W=0.10 mm2底板,距YY號墩18 m,距內(nèi)側(cè)邊緣6.9 mL=1.3 m,W=0.12 mm縱縫L=1.3 m,W=0.12 mm3底板,距YY號墩22 m,距內(nèi)側(cè)邊緣4.5 mL=2.2 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏4底板,距YY號墩22 m,距內(nèi)側(cè)邊緣6.9 mL=1.4 m,W=0.13 mm縱縫L=1.4 m,W=0.13 mm5底板,跨中合龍段,距內(nèi)側(cè)邊緣6.0 mL=0.24 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏6底板,跨中合龍段,距內(nèi)側(cè)邊緣3.5 mL=0.5 m,W=0.12 mm縱縫定檢遺漏7底板,跨中合龍段,距內(nèi)側(cè)邊緣1.6 mL=0.6 m,W=0.15 mm縱縫L=0.6 m,W=0.15 mm8底板,跨中合龍段,距內(nèi)側(cè)邊緣1.5 mL=0.5 m,W=0.15 mm縱縫L=0.5 m,W=0.15 mm9底板,距XX號墩18 m,距內(nèi)側(cè)邊緣4.6 mL=0.7 m,W=0.06 mm縱縫L=0.7 m,W=0.10 mm10外側(cè)腹板,距XX號墩2 mL=1.2 m,W=0.18 mm豎縫定檢遺漏11外側(cè)腹板,距XX號墩4.5 mL=0.7 m,W=0.15 mm豎縫定檢遺漏121號塊頂板距橫隔板6 m,距內(nèi)側(cè)腹板3.2 mL=1.7 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏132號塊頂板距橫隔板9 m,距內(nèi)側(cè)腹板2 mL=1.2 m,W=0.15 mm縱縫定檢遺漏142號塊頂板距橫隔板9 m,距內(nèi)側(cè)腹板2.6 mL=2.5 m,W=0.15 mm縱縫L=2.5 m,W=0.15 mm154號塊頂板距橫隔板12.5 m,距內(nèi)側(cè)腹板1 mL=0.6 m,W=0.12 mm縱縫L=0.6 m,W=0.12 mm166號塊頂板距橫隔板19.5 m,距內(nèi)側(cè)腹板3.4 mL=1.0 m,W=0.12 mm縱縫L=1.0 m,W=0.12 mm178號塊頂板距橫隔板26.5 m,距內(nèi)側(cè)腹板3.6 mL=2.2 m,W=0.10 mm縱縫L=2.2 m,W=0.10 mm

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

周邊孔(光面爆破炮孔)采用間隔裝藥，即將炸藥卷按設(shè)計(jì)間隔距離捆綁在竹片(條)上并全長貫穿導(dǎo)爆索，孔底略增加藥量，采用正向起爆。其余炮孔均采用連續(xù)不耦合裝藥(必要時可采用耦合裝藥)，采用反向起爆，并采用孔內(nèi)延期，具體如圖3～圖6所示。

3.3 爆破震動驗(yàn)算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動速度安全距離計(jì)算公式為：

其中，R為爆心距，即測點(diǎn)距爆源的距離，m；V為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動速度，cm/s；Q為同段起爆的最大藥量，kg；K，a分別為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定[5]。根據(jù)該工程周圍環(huán)境、工程地質(zhì)情況，本處參數(shù)取K=150，a=1.5。

3.3.1新建隧道爆破方案對既有隧道的影響

考慮高鐵隧道的重要性，在樁號ZK2+714處前后約60 m(爆破點(diǎn)與高鐵隧道壁直線距離50 m)范圍內(nèi)爆破時，對高鐵隧道的安全允許速度取V=3 cm/s，當(dāng)直線距離大于50 m時，爆破對高鐵隧道的安全允許速度V=1 cm/s，以確保高鐵隧道的安全,高鐵隧道距爆源不同距離下的最大單段爆破藥量如表2所示。

表2 高鐵隧道距爆源不同距離下的最大單段爆破藥量 kg

由此可得進(jìn)洞口和樁號ZK2+714處爆破時，在爆源距磚房或高鐵隧道不同距離處的掏槽孔、輔助孔、周邊孔和底孔同時爆破個數(shù)如表3所示。

表3 進(jìn)洞口處爆破炮孔距離磚房不同距離時藥量和不同炮孔個數(shù)

3.3.2橫通道爆破方案對既有隧道的影響

按10 cm/s爆破震動控制值計(jì)算與既有隧道不同爆距下的最大單段爆破藥量如表4所示。

表4 10 cm/s爆破震動控制值計(jì)算與既有隧道不同爆距下的最大單段爆破藥量

從計(jì)算結(jié)果分析可知，原爆破方案人行橫洞一次爆破總藥量39.3 kg，估算對既有隧道產(chǎn)生的爆破震動如表5所示。

表5 原爆破方案對既有隧道產(chǎn)生的爆破震動

從計(jì)算結(jié)果分析可知，橫通道全斷面爆破最大單段用藥量在39.3 kg下施工對既有隧道產(chǎn)生的震動在20 m范圍以內(nèi)超過控制限值，在20 m范圍以外對既有隧道震動在控制范圍以內(nèi)。所以橫通道施工在20 m范圍以外可采用原爆破設(shè)計(jì)方案，20 m以內(nèi)建議根據(jù)爆破距離減小藥量進(jìn)行弱震動爆破或采用機(jī)械開挖方法。

4 結(jié)語

1)近距離的爆破設(shè)計(jì)不能達(dá)到以上控制目標(biāo)，要調(diào)整爆破參數(shù)，減小鉆孔深度，進(jìn)而減小爆破進(jìn)尺，增加爆破分段數(shù)，降低最大段單響藥量，或劃分更多的斷面分區(qū)，以降低爆破震動對既有公路隧道的影響。

2)按設(shè)計(jì)的最大單段藥量進(jìn)行控制，實(shí)際操作時最大單段藥量不超過設(shè)計(jì)，新建隧道爆破施工產(chǎn)生的震動均在安全允許范圍內(nèi)，不會對鄰近高鐵右線隧道襯砌等產(chǎn)生安全影響。

3)橫通道施工在20 m范圍以外可采用原爆破設(shè)計(jì)方案，20 m以內(nèi)建議根據(jù)爆破距離減小藥量進(jìn)行弱震動爆破或采用機(jī)械開挖方法。爆破飛石，不會對鄰近既有高鐵左線隧道結(jié)構(gòu)安全造成影響。