跨地铁密集线隧道群爆破震动监测技术的实施

孙　贺，田兴勇

(1.中国建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200433；2.中建八局第三建设有限公司，江苏 南京 210046)



跨地铁密集线隧道群爆破震动监测技术的实施

孙贺1，田兴勇2

(1.中国建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200433；2.中建八局第三建设有限公司，江苏 南京 210046)

介绍了南京红山南路密集隧道群施工中采用的实时反馈爆破振动监测技术，总结出爆破振动对邻近既有地铁线路设备、结构和先行隧道结构的影响因素，通过实时反馈信息，及时采取减小一次起爆药量和总药量、增加耦合系数、设置减震孔增加临空面等措施，从而确保既有地铁运营安全和保证先行隧道结构安全及自身围岩稳定等。

跨地铁；双连拱；重叠；小净距；震动监测

随着我国经济建设的不断发展，我国城市化的进程也不断加快。在城市繁华地区或一些特定地段，由于受城市建设规划用地和建筑物、地下空间的综合开发、利用的需要，造成同一断面多条隧道成群出现，且隧道间的间距将会变得越来越小。在短距离隧道中出现了连拱隧道形式，由于施工工艺复杂、造价高等原因，越来越多地出现了小净距隧道，至今已存在平行、重叠、错台、交叉等形式，甚至几种形式同时出现的情况，其中还包括既有运营隧道。

隧道近距离成群出现，并对既有运营隧道产生影响的情况，使隧道爆破施工产生的振动对邻近既有隧道造成损伤以及自身相互影响的研究受到重视，因此，做好实施反馈爆破震动的监测技术是保证隧道顺利开挖和施工的关键。

1　红山南路密集线隧道群概况

红山南路隧道下穿小红山，上为红山森林动物园，包括一座双连拱机动车隧道，一座管廊隧道及一座非机动车隧道，均采用新奥法设计施工。机动车隧道起讫里程为：K1+868～K2+008,并在K1+926.44K1+955.05交叉上跨地铁1号线；管廊隧道起讫里程为：K1+840.167～K2+034.638，并在K1+931.08K1+957.26交叉上跨地铁1号线；非机动车隧道起讫里程为：K1+868～K2+008，其位于管廊隧道上方存在重叠、错台关系。上述隧道的断面及位置关系见图1。

图1　隧道的断面及位置关系图

2　施工顺序及爆破监测设计要求

2.1施工顺序

管廊隧道和双联拱机动车隧道上穿南京地铁1号线，纵横交叉重叠长度约35 m，且垂直间距非常小，其中双联拱机动车隧道开挖底距地铁开挖顶仅4.67 m，管廊隧道开挖底距地铁开挖顶仅4.14 m，同时管廊隧道与非机动车隧道重叠、错台，垂直最小距离仅2.21 m，管廊隧道与左机动车隧道水平平行最小距离仅5.17 m。

该工程拟定的施工顺序：机动车隧道中导洞和管廊隧道→右机动车隧道→左机动车隧道→非机动车隧道。

根据隧道群间相互关系及拟定的开挖顺序，需解决以下工况问题：

1)管廊隧道在过地铁段时，地铁运营安全；

2)双连拱机动车隧道右洞过地铁段时，地铁运营安全；

3)双连拱机动车隧道左洞开挖时，右洞及管廊隧道结构安全，过地铁时地铁运营安全；

4)非机动车隧道开挖时，管廊隧道结构安全。

2.2监测设计

该项目震动监测由业主委托第三方进行，监测数据采用信息化系统处理，利用现代无线通信技术实现了信息的真正实时反馈，每一炮次的振动数据第一时间通过无线GPRS数据短信发射装置发送至现场施工管理人员手机中。

根据施工顺序安排，并通过查阅引用已有研究成果,确定按以下原则设置监测点:

1)爆破振动效应随距离的增大逐渐衰减，在迎爆侧出现最大值[1]；

2)先行洞迎爆侧二衬的拱脚和侧墙产生的振速最大[2]；

3)被跨越地铁在拱顶、侧墙出现振动最大值[3]。

首先是管廊隧道通过南京地铁1号线范围内的振动监测，在对应的地铁1号线上下行隧道侧墙各安装2台监测设备；其次是在机动车隧道右洞跨越地铁段监测；再次是后行机动车隧道左洞开挖，需对管廊隧道及机动车隧道右洞二衬结构做振动监测，同时在跨越地铁段增加地铁隧道振动监测，对先行洞的监测设备安装在后行洞掌子面对应桩号位置；最后在非机动车隧道爆破开挖时，对管廊隧道二衬结构做振动监测。所有监测过程根据开挖掌子面位置实时调整，选取最不利位置，以得到最有价值的数据。

2.3监测数据分析结论[4]

通过分析表明，20～50 m的爆破在地铁处产生的爆破振动小于5 mm/s：13～20 m之间的，所有的爆破振动速度峰值都小于1.529 cm/s，频率大于60 Hz，10 m内的爆破振动通过减震措施也控制在2.5 cm/s内。

从监测数据情况看，爆破振动频率较高，质点速度小于2.5 cm/s。表明爆破施工单位采用的爆破参数合理，对地铁保护目标不会产生破坏性影响。随着离地铁距离的接近，振动速度增加较快，在10 m以内的爆破通过进一步采取减振措施，通过段药量与雷管段数的控制以及相应的减振措施保证振动控制在2.5 cm/s的范围。

3　爆破施工振动控制措施

设计要求后行洞爆破开挖均在先行洞二衬超前完成30 m后进行；现场爆破开挖采用2号岩石乳化炸药，起爆器材为毫秒延期电雷管。为满足地铁运营安全，要求施工爆破振动速度控制在2.5 cm/s之内，为满足自身施工先行洞结构安全，要求在非地铁段爆破振动速度控制在10 cm/s。

为确保隧道过地铁段的施工安全，对于上跨地铁的管廊隧道及机动车隧道施工，由南京市住建委先后组织召开了三次研讨会，研讨的课题是：①距地铁结构50 m外、10～50 m内和交叉段的爆破方案；②红山南路隧道爆破施工时的地铁监测及加固方案。

为了能有效地保护地铁1号线运营安全及自身结构安全,施工中从各方面着手优化施工方案:

首先,根据现场揭露的实际围岩情况，优化开挖工法，机动车隧道由CRD工法开挖改为三台阶法开挖，减少了对山体围岩的扰动次数，保证了围岩的自稳能力。

其次,在距地铁结构10～20 m段施工时，对距地铁结构10 m范围内的爆破进行了多次模拟与试验，总结了一系列减震方法与措施，并在此基础上，确定了爆破施工现场实时优化方案。在爆破施工环节，确定以爆破振动监测数据为指导，每次爆破开挖项目部派具有经验的人员到现场根据监测数据优化爆破方案，实时指导施工。

根据上述优化原则，施工过程按照以下控制措施进行爆破施工：

1)若遇隧道掌子面岩体较破碎，则上台阶采用机械掏槽开挖，对于机械施工较困难的周边采用小药量的光面爆破进行开挖。下台阶则采用机械开挖方式。

2)若遇掌子面岩体完整性较好，强度高，机械无法进行开挖时，则上台阶采取如下的施工措施进行爆破松动，下台阶仍然采用机械开挖。

①减小循环进尺：每循环进尺控制在0.5 m。

②沿隧道下台阶开挖底部继续钻凿减震孔：钻孔直径100 mm，孔中心间距400 mm，每次施工长度10 m左右,其搭接长度不小于开挖进尺的6倍，即3 m，若长度不足3 m则继续钻凿。

③隔离上、下台阶岩体：沿上台阶开挖底部增设3排爆破空孔，孔径100 mm，孔深每次5 m左右，呈三角配置，孔中心间距为400 mm，排中心间距400 mm，在三角区钻凿40 mm装药孔，孔深1 m，采用小药量逐孔分段爆破，将空孔爆破连通，形成隔离带，以减少上台阶爆破的振动对地铁的影响。该100 mm空孔搭接长度不小于2倍的开挖进尺，即1 m。

④采用机械配合作业形成上、下台阶的隔断。

⑤以隔断为临空面间、排距400 mm进行布孔，采用小药量逐孔分段分二次爆破上台阶岩体形成龟裂裂纹，以便机械凿除。

⑥周边采用设减速震孔的微震光面爆破：周边孔装药间距400 mm，在两装药孔间增设一空孔，以增强光爆效果并减小爆破震动。爆破后采用机械配合人工进行周边清理至设计位置。

⑦采用不偶合装药：在不影响爆轰的情况下，减小药卷直径，加大装药不偶合系数，降低爆炸对岩壁的初始作用力。

优化参数：振速最大段位药量控制是一种简便实用的方法，每次爆破都进行振速的测定，虽然地质情况逐渐变化，但对速度超标的段位进行药量修订，可达到理想的效果。

3)以最大振速所在的段位来微调爆破参数：若超标振速发生在掏槽眼，则需调整掏槽眼药量或炮眼数；若发生在辅助眼或周边眼，则需查看打眼的质量和用药量，或调整振速超标段位的药量，这样既可以控制最大振速，又可以保证施工进度。

通过上述控制措施的实施，取得了良好的效果，顺利完成了隧道施工任务。

4　结　语

该工程施工通过借鉴类似工程施工经验，积极参与爆破振动监测技术的实施，并充分利用实时反馈的监测数据指导施工，通过头脑风暴、专家评审等方法对拟定的施工方案进行优化，从而取得了很好的效果，成功保证了南京地铁一号线的正常运营，同时也保证了自身结构的安全施工。现总结了前述的爆破施工振动控制措施，供类似项目参考。

[1]王明年，潘晓马，张成满，等.邻近隧道爆破振动响应研究[J].岩土力学，2004(3):412-414.

[2]姚勇，何川.并设小净距隧道爆破振动响应分析及控爆措施研究[J].岩土力学，2009，30(9):2815-2822.

[3]赵东平，王明年.小净距交叉隧道爆破振动响应研究[J].岩土工程学报，2007，29(1):116-119.

[4]李德林.南京红山南路隧道爆破开挖爆破振动监测报告[R].南京：中国人民解放军工程兵工程学院爆破工程设计研究所，2011.

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

SUN He1, TIAN Xingyong2

2016-03-10

孙贺(1985—)，男，内蒙古通辽人，助理工程师，从事施工技术管理工作。

TU457；O382+.2

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1008-3707(2016)06-0032-03