临近既有线的新隧道开挖爆破减震技术

第６卷　第２期　２　０　０　０年６月　工程爆破　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　Ｖｏ１．６．№２　Ｊｕｎｅ　２０００　文章缩号：１００６—７０５１（２０００）０２—００７８—０４　临近既有线的新隧道开挖爆破减震技术　．刘加尧　（中国铁道建筑总公司雨面抽ｌ／『　一　／　程局。湖北襄樊４４１０００）　姜：在与既有隧道的间距很小的情况下进行新隧道的开挖爆破．应不影啊线路的正　常运营。为此必须采取一系列控制爆破震动的技术措施　本文论述了所采取的各种减震　措麓。其中包括开挖厩序、搀槽形式、循环盎尺的确定。散整爆破的使用　及周遗空孔的设　１　一引　置等。此外．还介绍了爆破震动监测。　关■词：铁路醢道；开挖；控制爆破；　中臣分　；５．４．而　五了　组　Ａ　。　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　ＶＩＢＲＡＴ１０Ｎ—ＲＥＤＵＣＴ１０Ｎ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＩＥＳ　Ｆ０Ｒ　ＥＸＣＡＶＡＴ１０Ｎ　０Ｆ　Ａ　ＮＥＷ　ＴＵＮＮＥＬ　ＣＬ０ＳＥ　ＢＹ　ＥＸＩＳＴＩＮＧ　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＴＵＮＮＥＬ　ＬＩＵｆｉａ・ｙａｏ　（Ｔｈｅ　１１ｔｈ　Ｅｎ　ｎｅｅｒｉｎｇＢｕｒｅａｕ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｒａｉｌｚｏａｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　坤　Ｘｉａｎｇｆａｎ。Ｈｕｂｅｉ　４４１０００，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｎｅｗ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗｉｔｈ　ｓ　ｓｍａｌ１　ｓｐａｃｅ　ｔｏ　ａｎ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｍｌｗａｙ　ｔｕｎｎｄ　ｓｈｏｕｌｄｎ’ｔ　ａｆｆ￣ｔ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒａｉｌｗａｙ．Ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｌｙｅａｓｏｎ，ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｅａｓｕＩ、ｅｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆ　ｂｌｏａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｔｈｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ｒｅ—　ｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒ∞，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｃａｖａｔｉｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ．ｃｕｔｎ　ｍｏｄｅ，ａｄｖａｎｃｅ　ｐｅｒ　ｒｏｕｎｄ－ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｍｉｌｌｉｅｃｏｎｄ　ｄｅｌｓａｙ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｔ—ｕｐ　ｏｆ　ｕｎｃｈａｒｇｅｄ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｈｏｌｅｓ　ａｎｄ　ｏｔｈ．　ｅｌ－８，ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｇ　ｖｉｂｒａｔｎｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｒａｉｌｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ；Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｌｓｔｉａｇ；Ｖｉｎｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇ　ｎ１　工程概况　１．１基本情况　新杨柳湾隧道位于梅花车站附近，与旧杨柳湾隧道并行．全长１５０ｍ，隧道开挖断面尺寸为　宽７ｍ、高８．６ｍ，形状是半圆拱形。开挖山体为溶蚀丛残丘地貌．上覆有０～２ｍ厚的粘土。地　表溶沟溶槽发育．围岩为Ⅲ～Ⅳ类石灰岩．地下水不发育。　收■时问　２ｏ００—０１—０５　怍●■开；刘加耗，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

刘加尧：临近既有线的新隧道开挖爆破减震技术　－７９・　１．２安全要求　旧杨柳湾隧道建成于２Ｏ世纪６Ｏ年代初，已有３Ｏ多年的历史．且施工质量较差，因而该隧　道的抗震性能较差。新建隧道与旧隧道之间的间距为４～１５ｍ不等。由于新旧隧道之间间距　较小．在开挖新隧道时，只有采用控制爆破技术，才能确保既有隧道的接齄网、衬砌和线路免受　爆破震动的危害。按照（爆破安全规程），一般的隧洞安全振动速度值为ｌ０～１５ｃｍ／ｓ，为确保　既有隧道的安全，将安全振动速度值定为小于５ｃｍ／ｓ。　２爆破方案及减震控制措施　２．１开挖方法的确定　鉴于新旧隧道间距较小，从震动安全角度考虑，爆破规模较大的全断面开挖或上下台阶法　开挖显然不能有效控制爆破震动。所以，结合既有隧道的实际状况，我们采用整个断面的分区　掘进爆破的方案。　２．２减震掏糟形式的确定　在对隧道爆破震动的多次监测中发现．一般掏槽孔爆破在整个断面爆破中比相同装药量　的其他炮孔爆破产生较大的振动速度，因此选择合理的掏槽形式及掏槽孔位置．是紧邻既有隧　道的新建隧道开挖中控制爆破震动的关键措施。　楔形掏槽具有掏槽效果好、能为辅助眼爆破　创造较好的临空面等特点，可以减少辅助眼爆破　时的震动强度．在工程实际中得到了广泛的应用。　根据杨柳湾隧道的地质条件、开挖方法以及机械　设备和工人的技术水平．我们决定采用楔形掏槽。　为减少掏槽孔爆破震动对既有隧道的影响，将掏　槽孔的位置布置在离既有隧道较远的Ｉ区，具体　］　位置见图１。图中圈内的数字表示雷管段别，１Ｏ＋　２表示孔内装１０段毫秒雷管、外串２段毫秒雷管。　２．８其他减震措施　（１）采用小循环进尺。进尺小则循环爆破方　量小，一次爆破药量小．相对地爆破震动也小。　（２）炮孔线形布置和起爆。炮孔线形布置和　起爆的优点是布置炮孔简单，炮孔参数准确，临空　单位ｌ　ｃｍ　面好，可提高炸药能量利用率，具有减震效果。　（３）微差爆破。微差爆破是把一次起爆的许　多炮孔分为若干组按先后顺序起爆，其实质也是　减少一次起爆药量，因而髓达到降低爆破震动的　目的。　圉１炮孔布置圉　（４）加强炮孔堵塞。加强炮孔堵塞可以提高　Ｆｉｇ．１　Ｂｌａｓｔ　ｚｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｂ　ｔｈＤｌｅ　ｐａｔｔｅｍ　炸药能量利用率、有效地降低单位耗药量，相对地减小爆破震动。　（５）周边设空孔。在紧邻既有隧道一侧的Ⅱ、Ⅳ开挖区中，每两个装药周边孔之间设一空　孔，形成孔间距为２５ｃｍ的一排密孔，它可以有效地反射隧道开挖区爆破时产生的应力波和震　动波，减少震动波对既有隧道的破坏。另外，减震孔还可起到导向孔的作用。　维普资讯 http://www.cqvip.com

８０　工程爆破　３爆破参数的选取　３．１最大分段蓑药量　由于在不同爆破条件下．介质系数和震动衰减系数＾、ａ值相差很大，因此在爆破设计的　初始阶段很难确定＾、ａ的合理取值。　我们认为．由爆破振动速度现场监测值、爆心距、最大分段装药量回归出的ｋ、　值，可以　较好地反映爆破现场的实际地形地质情况和爆破规模，用于计算爆破振动速度值是比较准确　的。因此．我们在洞口明挖处和进洞口处进行了多次爆破开挖试验和震动监测，获得了多组测　试数据，由此归纳出只有一个临空面条件下的　、　值．即ｋ＝１２１、　：１．７。　由萨道夫斯基的爆破振动速度公式可得最大分段药量公式：　Ｑ＝Ｒ　（【ｖ］Ｉｋ）　（１）　式中：Ｑ为最大分段装药量．ｋｇ；【　］为爆破安全振动速度，［　］＝５ｅｒａ／ｓ；Ｒ为爆心距，ｍ；＾、　ａ是与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数。将＾、ａ、【　】的值代入（１）式　Ｑ＝０．００３６７Ｒ　（２）　得：　在新、旧隧道间距范围内取不同的爆心距Ｒ的值井用（２）式计算，所得不同爆心距下的最　大分段药量如下：　Ｒ，ｍ　４　４　５　５　５．５　６　６　５　７　７　５　８　８．５　９　１０　１１　０，ｋｇ　０．２３　０．３３　０．４５　０．６　０　８　１　０　１．２５　１　５４　１．８７　２．２５　２．６　３．６６　４　８８　如此计算的最大分段药量值可作为起爆网路的设计依据。　３．２爆破循环进尺　为减小新建隧道对既有隧道的震动危害．须对爆破进尺进行控制。根据隧道的围岩状况　和当地供应爆破器材的情况，确定爆破循环进尺为１．５ｍ。　３．３爆破参数　（１）掏槽孔的布置。楔形掏槽时掏槽孔与开挖面成一定角度．角度较小时爆破效果较好，　但钻孔困难且影响辅助孔的布置；角度大．炮孔深度大，掏槽效果差。考虑到循环进尺较小．将　掏槽孔的角度取为６３．５　。掏槽孔的深度要比循环进尺适当加深，具体布置详见图１及表１。　衰１爆破参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｐａｒｍ＇ｎｅｔｅ￣ｓ　８　８　８６　６　２开控部位Ｉ区　・　炮孔名称　掏槽孔　辅助孔　周边孔　殷别　ｌ、２、３　４、５…６　７　８　９、１０　１、２、３　４、５、６、７　８、９、１０　１…２　３　４、５、６、７　８、９　１０　１、２、６　３、４…５　７　８、９　１０、１０＋１、１０＋２　孔耀　｝ｍ　１．４５　１．１　１．２　１．１　１　１　１　２　１　１　１　１　１．２　１．１　１．１　１．２　孔数　｛　６　１６　１１　９　８　１０　３５　７　１０　９　１２　９　单孔装药量　殷装药量　｝　０．６　０　４０　０．１２　０．３０　０．３０　０．０８　０．４５　０．３５　０　１５　０．３　０．３　０　０８　Ｒ，ｍ　｝　《　１．２　１．６　０　７２　０．９　０．６　０　２４　２　２５　１．４　１．５　０．９　０．６　０．２４　Ⅱ区　掘进孔　掘进孔　周边孔　Ⅲ区　掘进孔　掘进孔　周边孔　Ⅳ区　掘进孔　掘进孔　周边孔　断面积５４．２　．炮孔１４２十．设计进尺１　０ｍ．单位耗药量０　８１ｋｇ／　．单位面积炮孔敷２．６２十，　，每循环总耗药量４３．９ｋｇ；　Ｒ为袭药中心至既有隧道近佩边墙的距离。　维普资讯 http://www.cqvip.com

刘加尧：临近既有线的新隧道开挖爆破减震技术　・８ｌ　工■■一　（２）辅助孔的布置。辅助孔的布置主要是确定炮孔间距和最小抵抗线，这两个参数应根据　岩石的坚硬程度和孔深来确定，根据围岩的具体情况、炮孔的不同分区，取孔深为１．１ｍ，孔间　距为０．７～０．８ｍ。具体布置见图１及表１。　（３）周边孔的布置。工程实际中，为形成光滑的轮廓面，光爆孔间距ｎ　一般取得较小，考　虑到围岩为Ⅲ～Ⅳ类，取口光＝０．５ｍ，光爆孔的最小抵抗线Ⅳ光：（１．０～１．５）口光，取ｗ光＝　０．５～０．７ｍ，线装药密度为０．０６～０．１５ｋｇ／ｍ。靠既有隧道一侧的周边孔，每两个装药孔之间　设一空孔。作为减震、导向孔，空孔与光爆孔的间距为０．２５ｍ。　（４）炮孔装药量计算：Ｑ＝ＫＷａｈ　式中：Ｋ为单位耗药量，取Ｋ＝０．５～１．Ｏｋｇ／ｍ　，具体取值视岩体情况和炮孔所在分区的不同　而定；口为炮孔间距，ｍ；Ｗ为最小抵抗线，ｍ；ｈ为炮孔深度，ｒｎ。　３．４开挖顺序　综合考虑控制爆破震动和地表沉降的要求，全断面的开挖按图１所示的顺序：　一　（１）第一阶段先开挖上弧导的Ｉ区，再开挖上弧导的Ⅱ区。Ⅱ区开挖时可借用Ｉ区创造的　临空面，减小对既有隧道的影响；　（２）第二阶段开挖墙部的Ⅲ区、Ⅳ区。Ⅲ区开挖时可借用Ｉ区创造的ｌ临空面，减小对既有　隧道的影响；ｌＶ区开挖时可借用Ｉ区、Ⅱ区、Ⅲ区创造的临空面，使其爆破时产生的震动大大减　小。第一阶段应超前第二阶段１～２个循环。　３．ｓ起爆网路设计　开挖爆破中采用塑料导爆管非电微差起爆网路。为确保网路安全、准爆，采用孔内外微差　的复合式起爆网路，火雷管导火索引爆。鉴于当地所供应雷管的最高段别是１Ｏ段，爆破网路　设计时，按１～１０段设计。　４爆破震动监测　４．１测试仪器与测点布置　测试系统由ＣＤ一１传感器、ＤＳｖＭ　ｉ赠振仪及笔记本电脑组成。　以往的ｉ赠试经验表明，开挖新隧道时爆破产生的最大振动速度的位置在离开挖区最近的　旧隧道的衬砌上，其高度与开挖区中心的高度相同。所以，３个ｉ赠点布置在旧隧道与开挖区相　对应的位置上，即水平高度为开挖中　ｔＬ＂的高度，里程分别为掌子面里程、掌子面前ｌｍ和后ｌｍ　的里程，ｉ赠点呈线状布置。　４．２测试　分别对桶Ｅｌ明挖处的实验炮和洞口开挖处进行了多次振动监测，ｉ赠得的最大振速为　２．０８ｃｍ／ｓ；根据测试数据进行回归分析，求得能较好反映该隧洞实际地形地质情况和爆破规　模的Ｋ、ａ值。　里程为ＤＫ２６７＋０５０以后，测点距离开挖区只有６ｍ，离最后出Ｅｌ处只有４ｍ。为确保既有　隧道的安全，每一次爆破开挖都进行监ｉ赠，从ｉ赠得的结果来看，最大的振动速度为４．１ｃｍ／ｓ，小　于５ｃｍ／ｓ的安全振速。　５结束语　（１）在新隧道开挖过程中，对于不同的开挖里程，由于爆心距不同，采用了不同的最大段位　（下转第７７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

棘成光等：复杂地质条件下地下厂房吊车粱岩壁成型控制｛錾破　・７７・　破方案和各设计参数是正确的，爆破药量已调整到最佳值。　７几点体会　（１）在地质结构面很发育的条件下，采用双层光面爆破一次爆除岩壁保护层，岩壁成型效　果仍很理想。双层光面爆破和普通光面爆破相比．其区别在于把精确光爆孔附近的那一排崩　落孔作为粗光爆孔，在装药结构和起爆方式上．类似于精确光爆孔ｉ其优点在于可提前切断延　伸到设计壁面里的地质结构面．这样设计光面爆破，可进一步降低爆破震动对岩壁的破坏作　用，从而取得比普通光爆更佳的壁面质量。在厂房尾水嗣Ｆ　断层及其影响带的开挖中．双层　光面爆破也取得了较理想的爆破效果。因此　双层光面爆破可用于复杂地质条件下各种复杂　轮廓的开挖。　（２）开挖过程中发现岩壁面有两处超挖达３０ｃｍ．据现场技术员反映．那是测量放线误差较　大所致。因此．测量放线必须精确，才能提高岩壁开挖质量。　（３）钻孔时应确保孔位、钻孔方向和深度的准确；孔内残碴应清除干净，装药前再复查，发　现问题应及时采取补救措施。　（４）光爆孔药卷的绑扎，虽然操作简单，也不能有任何疏忽，否则易造成孔内装药不匀．有　的部位药量过大而有的部位药量过小，影响光爆效果。　（５）要取得光爆的整体效果．必须把好各工序的质量关，严格管理，精心施工。尤其钻爆工　序由私人包工队承包之后，更应加强这关键工序的管理和控制。　参考文献：　［１】刘清荣．控翩爆破ｃＭ】．武汉：华中工学院出版社。１９８６．　［２】龙维棋．特种爆破技术［Ｍ】．北京：冶金工业出版社．１９９３　￡３】蔡福广、光面爆破新技术［Ｍ】、北京：中国铁道出版社。１９９４．　（上接第８１页）　药量，控制了爆破振动速度，取得了良好的爆破效果．保证了开挖进度．并节约了开挖费用。　（２）爆破震动的监测在开挖过程中是很重要的。首先可以通过测量实验炮，并通过回归分　析求得系数Ｋ、ａ值．用于指导爆破设计；在开挖过程中．尤其是在新旧隧道距离很近时应经常　进行监测．当爆破震动超出安全范围时可以及时更改设计，确保既有隧道的安全。　（３）紧邻既有隧道开挖新隧道，为确保既有隧道的安全．除了严格控制分段起爆药量外，还　应分区开挖，要先爆破远离旧隧道的区域，为后来的爆破形成新的临空面。　（４）在靠近既有隧道恻的各个周边孔之间设置空孔（与装药孔的间距为２５ｃｍ）作为减震　孔．可以起到明显的减震作用。　参考文献：　（１］齐景岳，等．隧道爆破现代技术ｃＭ］．北京：中国铁道出版杜．１９９５