紧邻既有建筑隧道爆破掘进减振控制技术

袁雷刚

（中铁十五局集团第三工程有限公司，成都 610097）

1 工程概况及施工技术难点

新建成都至达州至万州铁路高庙村隧道进、出口分别位于达州市渠县千秋村、高庙村，起讫里程DK144+956～DK146+010，全长1054m，最大埋深约44.6m，最小埋深2m。高庙村隧道设计行车速度350km/h，客运双线隧道设计，线间距为5m。

该段地层表层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml），第四系全新统冲洪积层（Q4nl+p1），第四系全新统残坡积（Q4el+dl）粉质黏土，下伏为侏罗纪中统上沙溪庙组（J2S）砂质泥岩、砂岩。

隧道DK145+258～+291 断面上方右侧为既有的高庙村公用5 层房屋（如图1 所示），最近处为DK145+258 断面。该房屋建于上世纪90年代，为砖混结构，经勘察，房屋质量一般，整体结构安全，但部分墙面发展有宽度0.1～2.2mm，长度52～267cm 的斜向裂缝，如果爆破振动过大，可能会造成既有房屋主体结构强度降低，导致变形和开裂，从而缩短房屋结构的使用寿命，甚至可能危及房屋的安全使用。

图1 隧道DK145+258 断面与建筑关系

在进行高庙村隧道掘进施工时，爆破引起的振动可能会对上述邻近房屋建筑造成结构安全性问题。如果不采取有效的应对措施，将导致出现严重的后果。因此，在隧道爆破掘进施工时，需要分析隧道爆破振动波产生的规模和传播规律，并通过对地面建筑在爆破振动作用下的响应特征进行研究，以此为理论依据，从而为制定合理的围岩爆破方案提供依据。通过这些措施，以有效地控制爆破振动波的产生和传播，减少对邻近房屋建筑的影响，确保地表建筑的安全使用。

2 爆破扰动影响分析及振动控制标准

建筑物爆破振动的安全容许标准是根据多个因素来确定的，这些因素包括建筑物的重要性、结构安全情况、新旧等级、固有自振频率以及地基的状况等[1]。根据《爆破安全规程》（GB6722-2022）的建议取值范围以及实际情况，将爆破振动安全允许标准值[V]设定为2.0cm/s。该值的设定旨在确保人们的居住环境安全可靠，并充分考虑了房屋结构的承受能力。

本项目按爆破中心与房屋建筑的边缘最近距离（26.1m），按（1）式反算得到，在振动安全允许标准值[V]为2.0cm/s 时，允许的最大齐爆装药量为3.1kg。

3 减振措施的应用

3.1 降低循环进尺

隧道掘进的循环进尺决定了掏槽眼、辅助眼和周边眼的单孔装药量的多少。当循环进尺越大，单孔装药量就会更多，相应产生更为强烈的振动速度。从减振角度考虑，宜采用更小的进尺以减少对周围环境的影响，但这样会降低施工进度并增加成本。

由于隧道距地面房屋的最小距离仅为26.1m，经评估，在不采取隔振、减振措施的情况下，即使采用普通控制爆破，当循环进尺为1m 时，也不能满足振动的控制要求。如果进一步降低循环进尺，则施工进度将大幅延误，工期的拖延也将增加施工成本。因此，本项目决定在采取有效减振措施的情况下，保持每循环进尺1m 的方案。

3.2 隧道周边预切槽减振技术

预切槽技术是用切割机械沿着隧道开挖的轮廓线，切割出一道宽2～10cm 的沟槽，以达到阻断隧道爆破掘进振动波的传播路径或降低其传播距离的目的。预切槽技术在国外得到了成熟的应用，而国内尚无相应的施工机具。在施工时，采用沿隧道开挖轮廓线钻设密集空孔的方法，空孔采用凿岩台车和风枪等钻孔机具钻设，将隧道轮廓线的完整性破坏30%～60%[2]（如图2 所示），也可较好地达到预切槽减振效果。

图2 钻孔替代切槽示意图

本项目采用了钻孔替代预切槽的减振措施。爆破前在隧道开挖轮廓线内侧，起拱线以上采用凿岩台车密集钻设隔振孔，隔振孔直径为128mm，中心间距为300mm，结合本隧道周边隔振孔对围岩的切断比例和以往设置隔振孔的实测数据，该措施能够起到爆破振动衰减约25%的效果[3]。本项目采用钻孔替代预切槽的减振措施在隧道DK145+253～+296 段应用，即延伸至邻近房屋前后5m。

3.3 预裂爆破减振技术

在隧道开挖轮廓线上，还采用了密集钻孔和间隔低密度装药（如图3 所示）进行预裂爆破，形成切割缝的控制爆破技术。不装药空孔起到导向及提供临空面的作用，使预裂爆破能够按照设计位置形成具有良好降振作用的完整切割缝[4]。根据工程实践，该技术能够使爆破振动衰减约16%的效果。

图3 切割缝孔眼布设示意图

本项目切割缝的减振措施在隧道DK145+238～+253、DK145+296～+311 段应用，即与钻孔预切槽的减振措施分别应用于不同的隧道段。

3.4 隔断桩隔震技术

除了上述减振与隔振爆破技术外，还采取了设置隔振桩的措施。隔断桩被设置于房屋与隧道之间，能起到阻断振动波传播路径或降低其传播距离的作用。从而达到减少房屋质点振动速度的目的。本项目采用旋挖钻成孔方法进行施工，按照直径800mm、间距1500mm、深度与隧底平齐的要求进行布置（如图4 所示）。根据工程实践，该措施能够显著降低爆破振动对房屋结构的影响。

1.2.2 面对面访谈 随机抽取30名学生进行面对面访谈；内容包括学生参与医学专业英语学习的现状及需求，和对学校医学专业英语学习氛围、政策的感受、意见和建议。

图4 隔振桩布置示意图

3.5 大直径中空掏槽眼

隧道爆破成功的关键在于利用自由面，降低岩石夹制作用，提高爆破效果。掏槽眼先爆创造自由面，但振动大。合适的掏槽方式和参数至关重要。在当前，隧道掏槽眼的最为常用的形式主要有楔形斜眼掏槽和大直径中空孔直眼掏槽两种。大直径中空孔直眼掏槽不仅为首爆掏槽孔提供了一个良好的临空面，降低了首爆掏槽孔的装药量，而且空孔还有减缓振动波传播的作用。而楔形掏槽没有给首爆掏槽孔提供良好的临空面，因此需要较高的装药量。这意味着从减振方面考虑，宜采用大直径中空孔直眼掏槽。

为减少掏槽孔最大段药量，扩槽孔采用单孔单响、逐孔延时起爆。为确保掏槽效果，使用1、3～9 段雷管起爆，避免1 与2 段短间隔振动叠加。根据隧道爆破现场试验类比，确定扩槽孔单孔装药量为0.95kg。

大直径中空孔掏槽参数见图5 所示。

图5 大直径中空孔掏槽布置 （单位：cm）

3.6 微差起爆网路

隧道爆破采用了预置型数码电子雷管，其具有更高的安全性和更精确的延时控制，能够精确控制爆破的时间和顺序，以实现更好的爆破和减振效果。且不需现场进行延时的设定，大幅减少了出现错误的机率。

隧道采用了孔内延时爆破技术进行微差控制爆破，以实现分段起爆，有效降低最大齐爆装药量。由于高庙村隧道断面较大，且采用全断面法开挖，需布设较多的炮孔，实施分段爆破时，因雷管段数有限，无法实现爆破设计的分段数量。为此，爆破网路的设计还利用了孔外延时技术。

在爆破过程中，网络设计的合理性直接影响到后期爆破是否能够充分利用先期起爆所创造的自由面。因此，在炮眼数量不变的情况下，起爆顺序和炮孔之间的间隔时间显得尤为重要。为了确保爆破效果最佳，必须仔细考虑这些因素并进行合理的调整。本项目对微差起爆网路进行了精心设计，以确保能够达到减振要求，并且便于施工。通过精心设计，本隧道实现了在降低最大一段起爆药量的同时，保证了爆破效果和施工便利性。具体的微差起爆网路设计、起爆顺序以及炮孔间的间隔时间如图6 所示。

图6 全断面分区爆破开挖布眼示意图

3.7 全断面分区顺序起爆

隧道采用全断面法掘进，爆破方案将隧道分成Ⅰ～Ⅳ四个部分（如图6 所示），采用孔外延期爆破技术对爆破网路进行设计和优化，以实现各部分依次起爆。对Ⅰ、Ⅱ部分进行一次延时起爆，选用孔外延期雷管的段别应超过Ⅰ部孔内延期的最大段别；同样地，对Ⅲ、Ⅳ部分采用相同的网路设计，进行一次延时起爆。孔外延时技术的关键在于：孔外延时雷管的段别一定要大于先起爆部分孔内延时雷管的最大段别，才能达到一次延时分部起爆的效果[5]。

采用大直径中空掏槽眼，孔间距设计参数如图5 所示，孔径D=40mm，孔深L=1.1m，中间设直径为80mm 空孔；周边眼孔径D=40mm，间距a=50cm，最小抵抗线W=60cm；辅助眼孔径D=40mm，孔间距a=60cm，排间距b=65cm，孔深L=1.1m。爆破设计参数如表1 所示。

表1 各炮孔装药及齐爆参数

出于加快进度和降低施工难度的综合考虑，表1 爆破设计的最大齐爆装药量为3.6kg，虽大于理论计算的最大装药量3.1kg。但由于采取系列的减振措施，根据实践经验及理论分析，论证是可以达到控制振动加速度的目的。

本项目全断面分区顺序起爆的减振措施在DK145+238～+311 段应用，即延伸至邻近房屋前后20m。

4 爆破方案的试爆

爆破设计中的系数K 和α 的选用在一定程度上受到人为因素的影响，并可能受限于个人经验和判断力，导致设计方案与实际情况之间往往存在一定的差异。因此，在实施爆破方案前，需要进行实地试爆，并进行振动测量。根据这些数据，可以适时调整爆破设计的参数，并对隔振爆破的方法进行修正[6]。

为了评估爆破方案和减振措施的有效性，在隧道DK145+190 断面进行了爆破振动速度的实地测试。该断面的围岩地质情况与邻近的房屋段类似，因此选择在该处进行测试以更好地评估爆破方案和减振措施的有效性。测试时使用TC48050 爆破振动仪进行振动的监测，这是一种高精度的振动监测仪器，能够实时监测爆破引起的振动速度，可提供准确的数据支持。图7 展示了监测到的爆破最大振速的振动曲线。

图7 振动曲线

由图7 可知，最大振动速度为0.50m/s，小于设定的最大允许振动速度2.0m/s，印证了本项目采取的减振措施的有效性。

5 施工期间的监测

高庙村隧道从DK145+238 里程开始，按照减振爆破方案进行施工，直至DK145+311 里程结束。在DK145+238至DK145+311 区间施工期间，对房屋进行了质点振动监测，监测数据显示房屋的最大质点振动速度为1.35cm/s，未超过安全控制值2.0cm/s。此外，对房屋的观察未发现任何可能危及房屋安全使用的情况。因此，可以得出结论：本项目所采取的减少爆破对房屋振动影响的技术方案及措施具有科学有效性，成功将爆破对房屋的振动影响控制在安全范围内。

6 结语

紧邻既有建筑隧道爆破掘进施工控制技术对于保障邻近构（建筑）物的结构安全具有重要意义。本文通过对减振措施的深入研究，提出了一系列有效的减振措施，为隧道爆破减振控制施工提供了重要的技术支持。同时，施工实践也证明了本项目采取的减振措施的可行性和有效性。然而，未来的研究仍需进一步探讨如何优化减振措施，提高施工效率，降低施工成本，为隧道施工提供更加全面和实用的指导。