复杂环境下的隧道爆破振动控制技术及应用

张 杰

（四川公路桥梁建设集团有限公司大桥工程分公司 610071）

0 引言

在市区隧道爆破时，会经常面临隧道施工区与周围建筑物距离较近的情况，对隧道爆破振动进行控制，以此保护周边建筑物的安全。所以，根据试爆测试各项参数，合理地进行钻爆设计，制定出合理的实施方案，是市区隧道施工的是否顺利和成功的前提条件。

1 南山隧道工程情况简介

图1 -3 南山隧道卫星图

1.1 工程概况

拟建南山隧道新方案进口位于广元市利州区南河街道接官亭社区南山丽景小区南侧斜坡地带，穿越南山山岭。拟建隧道为分离式双洞隧道，左线起止桩号为K23+070～K25+955，全长2925m，右线起止桩号为YK23+063～YK25+989.3，全长2926.3m。左线进、出口设计标高分别为499.33m、534.92m；右线进、出口设计标高分别为499.34m，534.89m。隧道最大埋深约345.50m。

南山隧道是国道212 线广元南山隧道工程的重点控制性工程，全线共设一座分离式长隧道，隧道全长2925.65m，隧道最大埋深346m，其规模如下表：

表1 -1 隧道表

1.2 周边环境

南山隧道周边有建筑物、高压铁塔，且距离较近，爆破作业环境较复杂。隧道进口段洞门位于南山丽景小区附近，与小区建筑物最近距离只有27m。建筑物为底框结构，基础采用柱下独立基础，地上6 层，地下1 层，安全性等级为（Bsu）级。隧道左侧有一个10KV 高压线铁塔，与隧道直线距离约有70m，周边环境详见图1-1 至1-3。

图1 -1 南山丽景小区

图1 -2 隧道进口及附近10KV 铁塔

1.3 工程特点和难点

1.周围环境复杂

隧道进口段洞门附近分布有大量民房和10KV 高压线铁塔，且距离较近；因此，必须确保爆破振动不会伤及民房及高压线铁塔；同时，需采取防止飞石及噪音的有效措施，减小对周边居民生活的干扰。

2.滑坡

南山隧道出口端洞顶斜坡分布有一夹曲沟滑坡,滑坡左侧边界距离隧道洞口约130m, 其主滑方向与隧道走向夹角约15°。滑坡整体对隧道影响较小,隧道掘进过程中将对滑坡产生扰动影响,爆破挖等大能量的振动影响可能导致坡顶建筑物开裂，坡体局部出现失稳破坏的现象。

2 爆破方案及安全检算

2.1 爆破总体设计

根据设计文件的要求和南山隧道岩体实际情况，拟将隧道爆破分成两阶段实施。1、试验阶段，隧道进口段洞口以内50m 范围暂定为试验阶段，试验阶段就是要用最小的炸药量获取影响爆破震动衰减的相关数据、指标，为调整、修正爆破参数提供依据。试验阶段现场选取掌子面一定区域进行钻孔爆破，爆破总装药量控制在10kg 以内，通过微差起爆技术控制最大单响药量分别为3.0kg，在隧道底板及最近建筑物基础上处安装测振仪器，收集爆破震动数据。

2、正式实施阶段，该阶段利用爆破试验取得的成果，制定科学的爆破参数和实施细节，严格、科学的收集振动数据。实施阶段隧道V 类围岩采取台阶开挖，全断面分为上下两个台阶，上台阶高度5.87m，下台阶高度3m。按照“短进尺、弱爆破”原则严格控制循环进尺，前期循环进尺控制在1m 以内，后期根据爆破振动监测结果调整循环进尺。上台阶采取水平钻孔，采用孔内、孔外微差起爆技术严格控制最大单响药量，有效降低爆破震动。下台阶采取竖直钻孔，采用逐孔起爆技术降低爆破震动。

2.2 爆破振动安全检算

建筑物距隧道最小距离约27m。根据GB 6722-2014《爆破安全规程》的规定以及建筑物的性质，拟定振速控制在2.0cm/s 以内。采用萨道夫斯基预测公式来验算爆破振动速度，

式中:

Qm——最大段安全药量；

νk——建筑物允许的最大振动速度；

R——爆心距；

k——与爆破场地条件有关的衰减系数；

α——与地质条件有关的衰减指数。

爆区不同岩性的k ，α 值如表2-1 所示。本工程k 取250，α 取2.0。经计算，爆破施工时，mQ =14.08kg＞3.0 kg（试验阶段最大单响药量）。爆破药量小于安全药量，符合爆破安全要求，安全验算通过。

表2 -1 爆区不同岩性 α,k 值

3 爆破振动监测及结果分析

3.1 测试方法及测点布置

本次测试采用UBOX-5016 爆破振动仪，该仪器可在爆破时记录X、Y、Z 方向的振动速度和频率。

3.2 测试结果及分析

通过对距离隧道最近建筑物获取的爆破振动数值分析，当单响药量为3.0kg时，垂向、水平、径向获取的爆破振动速度最大值分别为0.124、0.140、0.185cm/s。因为径向振动数值最大，因此主要对径向爆破振动进行分析。图3-1 为南山丽景建筑物的爆破振动时程曲线。

图3 -1 南山丽景建筑物的爆破振动时程曲线

选取有代表性的点，对数据进行筛选和分析，得出掌子面上方地表振速回归直线如图2-2 所示。

图3 -2 南山丽景建筑物振速回归直线

拟合得到Z 方向参数k=186.84，α =1.826；线性回归决定系数R 为0.94。因此，Z 方向振速为：

由此可知，振速v 的大小主要由最大段起爆药量Q 决定，由式（1）可得径向方向质点振速控制的最大段起爆药量。隧道爆破开挖时，不同振速ν的允许最大单响药量与爆心距的关系见图3-3。

图3 -3 不同ν 峰值下爆心距与允许最大单响药量的关系

在每次施工前，测量起爆位置与周边建筑物的距离，代入式（1）进行计算，算出最大单响药量，可有效保证建筑物的安全。同时收集爆破振动数据，验证爆破振速是否与计算相符，并加以分析，为后续爆破施工提供依据。在后续施工中，动态调整钻爆参数，保证施工进度和周边建筑物的安全。

4 结论

（1）对于复杂环境下的隧道爆破施工，应严格遵循“断进尺、弱爆破”的原则。

（2）应通过试爆确定各项参数，测定建筑物与爆破位置的距离，以此计算钻爆参数，辅以振动数据的收集和分析，后续施工中，进行动态调整。

（3）定期检查周围建筑物的情况，一旦发现异常，立即调整钻爆参数。