临近居民建筑隧道爆破设计施工关键技术分析

张辉 ZHANG Hui

（中铁九局集团有限公司，沈阳 110013）

0 引言

我国交通网一日比一日扩大，修建地铁或临近城市隧道已经成为大中型城市必不可少的发展项目，但是城市中人口密集，地形复杂，隧道开挖产生的地基震动难免会影响到附近居民的正常生活以及周围建筑物的安全，因此隧道穿越民用建筑物区或临近民用建筑物则需考虑对周围地基环境的影响，当地层岩体比较坚硬人工机械开挖不太方便时，目前主流方法是采用爆破开挖，但其开挖过程引起的地震效应是很强烈的，爆破强度过强其产生的地震波就可能对临近建筑物产生危害，故需严格控制隧道的爆破方案。这就对隧道爆破开挖的施工方法提出了更高的要求。因此，优化隧道爆破施工方案，对降低爆破施工环境影响是很有必要的。本文以七贤岭隧道工程为例，通过现场爆破振动测试、监测数据分析及理论计算，进一步优化爆破参数，确保施工期间临近建筑物和隧道洞身安全。

1 依托项目背景

本文依托大连市西部铁路延申线—七贤岭隧道项目工程，隧道线路呈东西走向，从凌水湾开始到河口结束。隧道右线和左线长分别为1546m和1527m，隧道RK7+820—7+960段临近居民建筑物宏都峰景小区。

工程水文地质条件：

该区域地址的地质勘探报告表明，表层1m范围内主要为碎石粉土，1m到1.7m范围内为全风化石英砂岩和板岩相互交织，1.7m到4.5m范围内为中度风化石英砂岩并镶嵌板岩结构，4.5m以下以中度风化板岩为主。具体隧道区地质情况如图1所示。

图1 隧道渣样图

2 隧道爆破施工

2.1 隧道爆破开挖工艺要求

①施工应根据隧道洞口、洞身不同的段落和围岩级别、状况采用合理开挖方法。②在隧道爆破工程施工前，应针对施工阶段围岩的地质要求、施工断面、开挖方式等原因，制定详细的设计方案。③爆破应采用光面爆破或预裂爆破，分步开挖时可采用预留光面层爆破。④通过工程类比法，或采用现场试爆方法确定对光面开挖爆破的技术参数。⑤隧道爆破过程，应监测围岩爆破扰动范围和振动速度。⑥爆破开挖时必须预留足够的变形量，避免侵限。具体爆破开挖施工流程如图2所示。

图2 爆破开挖工艺流程图

2.2 爆破施工方案选取

隧道施工方法主要根据场地的施工条件、围岩种类以及隧道埋置深度等条件选择施工方法，同时选择施工方法时应考虑安全、环境条件等因素。隧道主要施工方法如表1所示。

表1 隧道开挖施工方法

本项目隧道四个作业面按IV级围岩采用上、下台阶法爆破施工，每循环爆破进尺3榀（每榀0.8m，计2.4m）。

3 爆破施工方案设计

3.1 振速控制标准

国家规定了爆破振动安全允许标准范围，详见表2。

表2 爆破振动安全允许标准

为确保更加安全地通过小区，减少对居民住户的施工干扰，该隧道K7＋820-K7＋960段爆破振动速度控制为1cm/s。

3.2 施工方案简述

根据现场监测的爆破振速情况，依次改变台阶法上导爆破进尺长度，从目前的上导爆破进尺3榀基础上减少1榀，再由台阶法爆破进尺2榀变为中隔壁法爆破进尺2榀。改变一次爆破进尺长度及改变施工工法的具体位置通过计算确定。通过监控波形数据认为，影响振速的主要因素是掏槽眼的装药量，故爆破施工方案主要针对掏槽眼的爆破参数进行计算。

①按台阶法进行爆破进尺3榀施工至临近建筑物最小距离验算，其爆破炮孔位置分布和网络连接图如图3所示，爆破参数如表3所示。

图3 炮孔分布位置分布和网络连接图

表3 爆破参数表

通过表3可知掏槽眼最大装药量为7.2kg，依据萨道夫斯基地震计算公式：

其中R为起爆原点中心到居民建筑的距离（m），Q为最大单段装药量（kg），V为现场所在地允许质点振速（cm/s），K为介质系数，α为爆破振动衰减指数。

通过岩性分析及现场实测震动数据推算K值在150～250之间；α值在1.5～1.8之间，K取均值200、α取均值1.65计算。因此按目前爆破方法，按振速为1.0cm/s计算可施工至距临近居民建筑的安全距离R为47.90m，而上台阶掏槽眼距临近居民建筑的最近斜线距离为35.37m，如图4所示。

图4 隧道距10号楼位置关系图（cm）

因此修正施工至距临近居民建筑的安全距离为R值为12.6m。即按上述台阶法进行上台阶爆破作业，每循环进尺3榀，在确保振速控制在1.0cm/s以下的最小距离为12.6m，实际按20m控制，对应宏都峰景10号楼（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道进口K7＋875和隧道明洞K7＋915处。

②按台阶法进行爆破施工进尺2榀可以施工至临近居民建筑的最小距离计算。按台阶法爆破进尺2榀的爆破炮孔分布位置及网络连接图同上述3榀图示。通过上述类似爆破参数表可计算掏槽眼单响最大装药量为5.4kg。依据萨道夫斯基地震计算公式，按目前施工方法，按振速为1.0cm/s计算可施工至距被保护物的安全距离R为43.52m而上台阶掏槽眼距被保护物的最近斜线距离为35.37m，因此修正施工至距被保护物的安全距离为R值为8.15m。

结论，即按上述爆破方法，每次进尺2榀，振速控制在1.0cm/s以下的最小距离为8.5m，实际按10m控制，对应宏都峰景10号楼（K7＋895）隧道可按此方法施工至隧道进口K7＋885和隧道明洞K7＋905处。

③按中隔壁法进行爆破施工进尺2榀计算至临近居民建筑7m位置的振速。其爆破进尺2榀的爆破炮孔位置分布及网络连接图详见图5所示。

图5 炮孔分布位置及网络连接图

隧道爆破位置距宏都峰景10号楼位置与图5类似，但其距离为36.88m。依据地震计算公式计算：

V=K（Q/R）1.65=200=0.841＜1.0（cm/s）

验算：

Q=R（V/K）=3.29（kg）＞2.4（kg）

R=（K/V）Q==33.21（m）＜36.88（m）

通过上述验算可知隧道距宏都峰景最小距离处，按照中隔壁法进行2榀爆破施工，能够确保振速在1.0（cm/s）以内。即隧道K7＋885-K7＋905段20m长度按上述中隔壁法上台阶爆破作业，每循环进尺2榀，能够确保振速在1.0（cm/s）以下。

综上所述，隧道进口爆破作业面——K7＋875及隧道明洞爆破作业面——K7＋915按台阶法每循环爆破进尺3榀施工，K7＋875-K7＋885及K7＋905-K7＋915按台阶法每循环爆破进尺2榀施工，K7＋885-K7＋905按照中隔壁法每循环爆破进尺2榀施工。

4 结论

本文以西延线-七贤岭隧道建设工程为依托，分析介绍了爆破施工工艺以及方案选取原则，重点分析介绍了临近宏都峰景小区爆破施工方案，对比介绍了台阶法和中隔壁法爆破方法，并详细阐述了该项目爆破施工方案各个步骤要点，并通过理论计算优化了爆破施工参数，研究结论能够为今后相关的工程项目建造时提供参照与借鉴。