复杂环境下的暗挖隧道爆破振动控制技术及应用策略

2021-11-24张月鑫

商品与质量 2021年12期

关键词：进尺药量区间

张月鑫

北京住总第一开发建设有限公司北京 100029

通常，隧道施工面临的环境复杂，而且施工区域和建筑周围距离相对较近，因此，为保证爆破过程隧道周围建筑结构安全性，需要对爆破导致的振动问题有效控制，并对爆破参数合理设定，完善爆破设计，保证隧道施工得以顺利进行。

1 项目背景

项目概况：

本项目为地铁工程项目区间隧道施工，项目地处典型的喀斯特地貌区域。区间全长1174m，隧道为双洞单线结构，采用矿山法施工。左右线间距为14m～78m～17m，隧道最小埋深约为15.9m，最大埋深约为32.0m。隧道中部设置2处联络通道，其中一处结合区间施工竖井及横通道设置。

隧道左右线之间为商业步行街3～4层建筑（部分建筑地下一层），区间线路外侧为住宅小区、学校和社区医院等，区间隧道与建构筑物水平距离8～9m，线路在区间南端及北端受曲线条件限制，需要下穿商业步行街4层建筑，竖向最小净距11m。

2 项目施工难度分析

一方面，从隧道施工环境角度分析，由于地表线路两侧存在住宅小区、商业建筑等建筑物和多条地下管线，并且这些地表建（构）筑物、地下管线和隧道之间距离都比较近，因此，爆破阶段应该保证振动不会对上述结构造成损伤，需要采取预防噪音以及飞石等措施，控制爆破振动对于周围居民的生活产生严重影响。另一方面，由于隧道线路在区间南端及北端受曲线条件限制，需要下穿商业步行街4层建筑，由于爆破产生巨大能量，可影响建筑结构的稳定性。

3 复杂环境下的暗挖隧道爆破振动控制技术和应用

3.1 方案设计

按照该项目的设计文件，结合该隧道的岩体具体情况，将隧道爆破划分为两个阶段：

第一，试验爆破阶段，将隧道的进口段位置50m范围之内设定成为试验段，使用最低量炸药，展开测试，收集包括振动环节衰减数据相关指标，结合实际对于爆破参数进行合理修正。该项目试验段选择掌子面位置展开钻孔爆破，爆破期间装药总量低于10kg，利用微差起爆这一技术，对于单响药量进行控制，设计药量3.0kg。同时，在隧道的底板位置以及建筑基础位置分别安装测量振动的仪器，用于收集爆破环节产生的各项振动数据。

第二，在爆破实施阶段，可利用试验环节取得成果，对于爆破参数合理确认，并对爆破细节加以优化，保证振动数据收集流程科学合理。同时，爆破实施阶段，采用台阶法的方式进行爆破开挖，在全断面位置划分上、下台阶。按照“弱爆破”以及“短进尺”等原则对于循环进尺进行控制。在前期的循环进尺方面，应该控制进尺长度＜1m，在后期爆破过程，需要结合振动监测结果，对于循环进尺量灵活调整。

除此之外，在上台阶应该利用水平钻孔方式，采取孔内微差以及孔外微差等起爆技术，进而对于单响药量的最高值进行控制，并对爆破振动问题有效控制。针对下台阶，可利用树脂钻孔技术，通过逐孔起爆方式对于爆破振动合理控制。

3.2 安全简算

由于建筑和隧道之间的最近距离为25m，因此，按照爆破项目的安全规程，根据建筑物性质，应该使振动速度控制为＜2.0cm/s，并根据萨道夫斯基公式对于爆破的振动速度进行验算，公式为：：

公式当中，mQ代表最大段的安全用药量；R代表爆心距；kv代表建筑允许的最高振动速度；k代表和爆破场地内部环境相关衰减系数；α代表和地质条件相关衰减指数。结合爆破地区的岩性特点，坚硬岩石的k取值范围在50～150之间，α取值1.3～1.5之间；中硬度岩石的k取值范围在150～250之间，α取值1.5～1.8之间；软岩石的k取值范围在250～350之间，α取值1.8～2.0之间。该项目安全验算时，按照k=250，α=2.0计算，结果mQ=14.08kg，高于3.0kg，故此，试验阶段爆破的用药量低于安全药量，和爆破安全值相符，顺利通过安全验算。

3.3 振动监测

该项目在测试点的布置方面，在爆破周围岩体以及建筑区域使用爆破振动仪，型号为UBOX-5016，可精准对于爆破期间X、Y、Z等方向的振动频率和振动速度等数据进行记录。

3.4 结果分析

针对和爆破隧道距离最近的建筑物爆破振动值展开分析，若单响的用药量为3.0kg时，那么水平方向的爆破振动最高速度为X=0.14cm/s，垂直方向的爆破振动最高值为Y=0.124cm/s，径向爆破振动的最高值Z=0.185cm/s。由于径向数值最大，可以此为基础，建立振动的时程曲线，选取具有代表性的点展开分析，回归系数为0.94，径向的振动速度和最高段的爆药量相关，且施工前，计算出单响药量的使用，收集数据，保证对爆破参数的灵活调整，最大限度对爆破振动加以控制[2]。