紧邻既有隧道的新建铁路隧道控制爆破技术探析

崔文涛

摘要：紧邻既有公路隧道进行新建铁路隧道的爆破掘进时，爆破对既有隧道衬砌等建筑设施造成危害，从而影响了公路隧道的安全运营。本项目施工时对控制隧道掘进爆破振动的技术措施进行了研究及探索，通过采用中空大直掏槽眼、调整开挖顺序、微差爆破、预裂切缝等减振技术及方法，并对爆破震动进行严密监测，以确保既有公路隧道的结构安全。

Abstract： In excavation blasting construction of railway tunnel adjacent to the existing highway tunnel， blasting will harm existing tunnel lining and other construction facilities， thus affecting the safe operation of highway tunnel. In the construction of this project， technical measures to control the blasting vibration in tunnel excavation are studied and explored， through the use of a large hollow straight cut hole， adjusting the excavation sequence， millisecond blasting， presplit seam mitigation and other techniques and methods for vibration attenuation， close monitoring of blasting vibration has been taken to ensure the safety of the existing highway tunnel structure.

關键词：铁路隧道；控制爆破；紧邻既有隧道；震动控制；震动监测

Key words： railway tunnel；controlled blasting；adjacent to existing tunnel；vibration control；vibration monitoring

中图分类号：U455.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0105-03

0 引言

随着社会建设的发展，越来越多公路、铁路及市政项目得以修建，在紧邻既有建（筑）物、设施旁进行新建隧道的爆破掘进也就愈加常见。因爆源距既有隧道非常近，隧道掘进爆破的巨大振动引起既有建（筑）物、设施损坏等现象时有发生。但如果在隧道施工时，为了满足安全要求，简单采取过于保守的爆破震动控制措施，无疑会严重降低施工效率、增加施工成本及延长施工工期，是极不合理的。因此，探索如何有效控制爆破震动而不大幅降低施工效率显得尤为重要。

1 项目概况

新建铁路郑州至万州线栖霞隧道，位于重庆市云阳县栖霞镇境内，起讫里程DK765+935～DK773+558，全长7623m，最大埋深371m。栖霞隧道洞身DK770+195～435段下穿渝宜高速公路隧道，栖霞隧道拱顶与公路隧道底面高差约23m。

隧址区属构造剥蚀中低山地貌，地形连绵起伏，沟壑纵横，多形成深沟，陡坡地形，斜坡基岩出露较好。区内地面坡度一般20～65度，局部有陡坡、陡崖，植被较发育。地表上覆第四系全新统人工填土（Q4ml）、坡洪积层（Q4dl+pl）卵石土、坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土及粗角砾土、崩坡积层（Q4dl+col）碎石土和滑坡堆积层（Q4del）粉质黏土，下伏三叠系上统须家河组（Txi）砂岩夹页岩，中统巴东组四段（T2b4）、砂岩夹页岩，中统巴东组四段（T2b4）泥质砂岩、泥岩夹泥灰岩巴东组三段（T2b3）泥质灰岩夹灰岩、页岩巴东组二段（T2b2）泥岩夹砂岩巴东组一段（T2b1）自云岩、泥灰岩夹泥岩，围岩整体性较好，基本为Ⅲ级围岩。隧址区地下水主要为基岩裂隙水与岩溶水。

2 安全辨识、排查及风险分析、评估

渝宜高速公路隧道于2014年建成通车，我方在施工前查阅了公路隧道的工程竣工资料及质量检测资料，资料表明，此隧道在铁路隧道施工影响的范围内，在掘进施工时曾发生过一次塌方事故，塌方量为2300m3。

并与公路管理单位共同对爆破掘进影响段的公路隧道进行了调查，采用摄像、拍照等方式详细记录的横裂缝，裂缝宽0～3mm，并有点滴状渗水。施工前采用衬砌裂缝砂浆贴片进行了标识。

由调查可知，此段公路隧道掘进时出现塌方等质量事故，且其所施工的衬砌也存在质量问题。在铁路爆破掘时，过大振动使公路隧道出现结构破坏的安全风险较大。故需采取控制爆破技术，将爆破振动控制在安全范围内，避免公路隧道免受爆破振动的危害。

按《爆破安全作业规程》规定，普通隧洞的安全振动速度值为10～15cm/s，但考虑到既有隧道的现状，为确保安全，经综合分析及评估，将安全振动速度值设为2.5cm/s。

3 最大装药量计算

本项目铁路隧道与公路隧道的最近距离为23m，经安全评估，要求安全振动速度值不能超过2.5cm/s。按《爆破安全规程》GB6722-2011中的萨道夫斯基公式计算本隧道爆破单段最大装药量。

Q=R3（V/K）3/α（1）

式中：Q为隧道爆破时允许的单段最大装药量，单位为kg；R为铁路隧道与公路隧道的垂直最短距离，单位为m；V为公路隧道所在地质点允许的振动速度，单位为cm/s；K、α分别为与铁路隧道和公路隧道之间地形、地质状况所决定的系数和衰减系数，

式（1）中R取23m；V取2.5cm/s；按《爆破安全规程》GB6722-2011中的建议值，介质系数取250，衰减系数α取1.8。将取值代入公式计算得：

Q=233×（2.5/250）3/1.8=5.65kg

计算结果表明，隧道掘进爆破时单段最大装药量不能超过5.65kg，方能确保公路隧道的受振安全。

以上计算所得单段最大装药量作为爆破起爆方案网络设计的依据，但实际进行网络设计算时，在满足单段最大装药量的要求下，还尽量减少爆破振动，以避免因不可预计因素而出现公路隧道病害。

4 爆破掘进方案及减振技术措施

4.1 爆破掘进方案及振动控制措施

因新建铁路隧道与既有公路相隧道邻较近，为了达到减小爆破振动的目的，关键是需对单段爆破掘进的装药规模进行控制，本项目为双线隧道，隧道断面较大，如果采用全断面法或是上下台阶法进行掘进，则装药量过大，达到不控制振动的目的，因此本项目将断面划分为面积基本相同的四个分区，依次进行爆破掘进。如图1所示。

4.2 采用小循环进尺

在分区的同时，也采用1.0m小循环进尺，其装药量也相对少了许多，能够很好地降低爆破振动。

4.3 采用大孔径中空直眼掏槽

通常进行隧道爆破掘进时，采用楔形掏槽，虽然周边眼及掘进眼因炮眼数量多而装药量较大，但可通过分段别起爆而控制了齐爆药量。可是掏槽眼需一次起爆，故掏槽眼单段起爆装药量往往成为控制值。因此需采取技术措施重点减少其装药量。

本项目通过采用大孔径中空掏槽孔的技术方法，即在掏槽眼的中部位置采用管棚钻机钻4个？准110mm的大孔径中空孔，人为地为掏槽眼增加了更多的临空面，使得掏槽眼装药量得到有效降低，从而减少了爆破振动。经试爆，在采用大孔径中空掏槽孔的技术措施情况下，掏槽眼齐爆装药量从5.8kg降低至3.6kg。

大孔径中空直眼掏槽方式结构见图2所示。

4.4 预裂切缝减振爆破技术

沿隧道开挖轮廓线，进行密集钻孔和间隔装药（即2个装药孔中间有一不装药的空孔，空孔起到切缝导向的作用）。预先起爆后，沿隧道开挖轮廓线形成切割缝的控爆技术。

本项目预裂切缝的炮眼间距为20cm，深度为120cm，由于导向孔的存在，切割爆破也可分段起爆，以达到降低爆破振动的目的。

工程实践经验表明，形成完整封闭的切割缝可使隧道掌子面的爆破振动速度降低30%左右。

4.5 采用微差控制爆破技术

掘进采用微差控制爆破，控制一次齐爆装药量，以达到降低爆破振速的目的。目前使用的非电毫秒雷管的1～7段中相邻段别的延时时间为50s，超过7段的相邻段别的延时时间大于50s，爆破实践表明，起爆延时超过50s后爆破产生的振动基本不叠加，故本隧道爆破时，雷管1～7段跳段使用，大于7段按顺序使用。

4.6 炮眼水压封堵

为了更进一步减少爆破的振动，本隧道掘进还采用了水压封堵爆破法。

通常炮眼的堵塞采用炮泥，但本项目在炮眼炸药段的前后用不压缩的水（用跟炮眼直径相同的袋装水袋）进行堵塞。水袋封堵不仅能够提升爆破效果，还能有效降低爆破的振动。以往实践施工的测试表明，水压封堵爆破法可以降低爆破振动速度9%左右。炮眼水袋封堵结构见图3所示。

5 爆破参数设计

5.1 周边眼设计

周边眼为预裂切缝，以减少振动的爆破技术，周边眼间距为40cm，深度为1.2m，中间加钻不装药的空孔。装药量为单孔0.15kg。

周边眼预先起爆，总装药孔数为54个，为了降低爆破振动，分1、3、5共三个段别进行起爆，每次起爆的炮眼为18个，最大齐爆装药量为2.7kg。

5.2 掏槽眼设计

采用大孔径中空直眼掏槽，共有装药炮眼8个，分1、3共两个段别进行起爆，单孔装药量0.9kg，每次起爆的炮眼为4个，最大齐爆装药量为3.6kg。

掏槽孔爆破参数设计如表1所列。

5.3 掘进孔设计

为了减少爆破振动，本隧道全断面分成4个区域，按次序进行掘进，每个区域间实微差控制爆破，炮眼基本间距为80cm，单孔装药量根据爆破时的临空面情况按0.35kg、0.40kg、0.42kg等进行装药，隧道掘进齐爆装药量最大为B区域的13段，共12个炮眼，装药量为4.2kg。满足不超过5.65kg的设计要求。掘进孔爆破参数设计如表1所列。

说明：总断面积为140.5m2，周边预裂切割炮孔（含不装药空孔）107个，掘进及掏槽孔炮孔219个；单位面积炮孔数量为2.32个/m2.

6 爆破振动监控量测

在邻近既有公路隧道段施工时，委托了重庆一家具有相应爆破振动检测资质的单位进行了爆破振动监控量测及分析工作。施工中采用了精度较高的先进仪器进行检测。

施工全程进行的爆破振动监控量测数据及分析研究的结果显示，爆破振动对公路隧道产生的质点振动速度通常在0.15～1.35cm/s，最大的振动速度来源于DK770+366断面掏槽眼起爆时，为2.06cm/s，表明本隧道爆破设计方案及减振技术措施的运用是科学合理的，公路隧道的振动速度在设计及爆破安全规程所要求及允许的范围内，确保了公路隧道安全无恙。

7 结束语

由于本隧道施工时采取了小循环进尺、大孔径中空直眼掏槽、预裂切缝、微差爆破和炮眼水压封堵等系列减振爆破技术，将隧道爆破掘进对既有渝宜高速公路隧道的振动影响控制在设计及爆破安全规程的要求范围内，确保隧道结构物的结构安全及正常运营。为隧道爆破掘进的减振工作提供了很好的经验。

参考文献：

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[3]吕增寅.城市公路隧道减振爆破施工技术研究[J].铁道标准设计，2007（3）.

[4]GB6722-2014，爆破安全规程[S].