隧道下穿匝道爆破振动控制技术及效果分析.pdf
第34卷 第3期 2017年9月 爆 破 BLASTING Vol. 34 No. 3 Sep. 2017 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2017. 03. 011 隧道下穿匝道爆破振动控制技术及效果分析 程跃辉, 江 鸿, 陈 伟 ( 中交第二航务工程局有限公司, 武汉430040) 摘 要 桐庐隧道下穿杭新景高速公路桐庐互通匝道, 围岩软弱, 埋深浅, 必须严格控制爆破振动, 保证匝 道安全。通过采用单循环进尺1. 5 m短台阶, 掏槽孔装药长度1. 4 m, 孔内外微差相结合, 孔内采用跳段导 爆管雷管, 掌子面中心区域炮孔采用1段联接, 周边区域采用9段、11段串联联接, 实现了地表爆破振动强 度小于10 cm/ s的安全标准。分析匝道地表爆破振动强度监测数据发现 (1)掌子面爆破时, 掌子面拱顶地 表位置的振动强度并一定最大; (2)隧道开挖形成空洞, 产生空洞效应现象, 使得开挖部分上方的地表振动 强度大于未开挖部分; (3)隧道埋深越大, 爆破振动放大系数越小, 空洞效应越弱。 关键词 隧道;爆破振动;空洞效应 中图分类号 U215. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2017)03 -0063 -05 Blasting Vibration Control Technology and Effect in Tunnel underneath Ramp CHENG Yue-hui,JIANG Hong,CHEN Wei (CCCC Second Harbor Engineering Co Ltd,Wuhan 430040,China) Abstract The surrounding rock in Tong-Lu tunnel underneath Tonglu interchange ramp is soft and shallow buri- al,so the blasting vibration needs controlling strictly to ensure the safety of the ramp. The surface blasting vibration intensity is controlled less than 10 cm/ s by designing short terrace with 1. 5 m per driving cycle and the length of cut holes as 1. 4 m. The tiny difference between outside and inside of the holes is adopted,furthermore,the skipping se- quence Nonel detonator are used inside of the holes. One section connection of the blast holes on the central zone of tunnel face is adopted while 9 and 11 section connection is applied in the surrounding areas. Based on the monitored data of blasting vibration on ramp surface,the following results are obtainedin tunnel blasting,the surface vibration intensity on the vault of tunnel is not the largest;the tunnel excavation causes cavity,resulting in the cavity effect which makes the surface vibration intensity in the excavation section larger than in the no excavation section;the dee- per the tunnel is,the smaller blasting vibration amplification factor and the weaker cavity effect will be. Key words tunnel;blasting vibration;hollow effect 收稿日期2017 -04 -05 作者简介程跃辉(1966 -) , 男, 本科、 高级工程师, 主要从事隧道与 桥梁工程方面研究工作, (E-mail)602950777@ qq. com。 通讯作者江 鸿(1989 -) , 男, 硕士研究生、 工程师, 主要从事隧道 与地下工程方面研究工作,(E-mail)amourhong@ 163. com。 近些年来, 伴随着高速铁路的快速发展, 隧道工 程日益增多, 隧道与其它建(构)筑物立体交叉穿越 现象也不断涌现[ 1-4]。由于钻爆法施工快、 效率高, 山岭隧道掘进施工仍以钻爆法为主[ 5], 但爆破掘进 施工也带来许多危害, 尤其是爆破振动。如何控制 爆破振动对建(构)筑物的危害一直是隧道爆破掘 进施工的难点。王晓鹏等采用大直径中空孔直眼掏 槽, 掏槽孔和扩槽孔单孔单响, 控制了爆破振动[ 6]。 袁良远等采取了短进尺、 减少单段起爆药量、 增设空 孔、 增加起爆段别,达到了爆破振动安全要求[ 7]。 闫鸿浩等采用先行预裂带, 增设掏槽隔振空孔技术, 万方数据 有效地降低了爆破振动[ 8]。李立功等提出加大减 震孔直径或加密数量, 采用水压爆破, 结合延时爆破 技术来控制爆破振动效应[ 9]。 以桐庐隧道下穿杭新景高速公路桐庐互通匝道 工程为背景, 提出分台阶短进尺, 孔内外微差爆破方 案, 有效地控制了爆破振动, 保证了高速公路匝道的 安全, 并对匝道地表爆破振动监测数据进行了分析。 1 工程概况 杭黄铁路桐庐隧道位于浙江省杭州市桐庐县城 西南杭新景高速桐庐收费站附近, 隧址区起于浙江 省桐庐县西南石珠新移民村, 止于桐庐县巴比松度 假村, 全长1. 836 km。桐庐隧道为明挖和暗挖相结 合的暗埋隧道, 隧道暗挖段下穿杭新景高速公路桐 庐互通匝道, 下穿段长130 m, 最浅埋深10. 5 m。该 区段围岩为钙质泥岩, 含灰岩瘤钙质泥岩及碳质泥 岩, 全~弱风化, 岩体破碎, 围岩等级为V级。隧道 与杭新景高速公路桐庐互通三条匝道立体相交位置 关系如图1、 图2所示。 图1 桐庐隧道与高速公路匝道平面关系示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the plane relationship between Tonglu tunnel and freeway ramp 图2 桐庐隧道与高速公路匝道高程关系示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the elevation relationship between Tonglu tunnel and freeway ramp 2 工程难点 桐庐隧道下穿杭新景高速公路桐庐互通匝道段 采用爆破掘进开挖, 隧道埋深浅, 与高速公路匝道最 近距离只有10. 5 m, 爆破产生的振动可能对匝道造 成损伤影响, 因此需对爆破振动进行有效控制, 爆破 振动不得对匝道产生影响, 保证匝道的正常运行。 在 桐庐隧道施工图设计中要求爆破引起的高速 公路匝道地表振动强度小于10 cm/ s, 所以, 桐庐隧 道下穿匝道段爆破掘进时, 需将匝道地表振动强度 控制在10 cm/ s以内。 3 爆破振动控制措施 隧道下穿高速公路匝道区段岩体质量差, 安全、 稳定的通过高速公路匝道是桐庐隧道施工的关键难 点, 因此, 结合隧道围岩特性、 施工进度确定了该区 段降低爆破振动的施工技术。 3. 1 爆破方案选择 依据隧道实际情况, 为了有效地控制爆破地震 动, 减小高速公路匝道地表振动, 降低爆破振动对匝 道的影响, 保证施工进度合理, 确定隧道采用短台阶 弱振动爆破开挖, 单循环为1. 5 m, 将整个断面分为 46爆 破 2017年9月 万方数据 上台阶掘进爆破, 中下台阶及仰拱拉槽爆破, 上台阶 横断面开挖高度为4. 63 m, 中下台阶及仰拱横断面 开挖高度分别为3. 61 m、3. 5 m、1. 44 m。 3. 2 掏槽形式的选择 隧道上台阶掘进爆破开挖时, 掏槽形式选择至 关重要, 掏槽方式不仅与槽腔的形成及爆破效果有 关, 还对爆破振动强度有着极大的影响[ 10-13]。大量 的实践已经证明, 隧道掏槽孔爆破产生的振动强度 最大。为了减少掏槽孔数量, 减少掏槽孔起爆药量, 本隧道上台阶爆破采用楔形掏槽, 掏槽孔孔间距为 3. 2 m, 排距为0. 5 m, 如图3所示。 图3 上台阶掏槽孔剖面示意图( 单位cm) Fig. 3 Schematic diagram of cut hole on top bar(unitcm) 3. 3 爆破孔网参数及网路设计 每对掏槽孔和辅助掏槽孔均采用矩形布置, 炮 孔深度为1. 8 m。掘进孔呈半圆弧形布置在掌子面 上, 炮孔深度均为1. 6 m, 每圈掘进孔孔间距约为 0. 9 ~1. 0 m, 各排掘进孔排间距为0. 8 ~ 0. 9 m, 堵 塞长度为0. 6 m。周边光爆孔与最外圈掘进孔间距 为0. 7 m, 周边光爆孔孔间距为0. 45 ~0. 5 m, 堵塞 长度为0. 4 m。 毫秒微差技术被广泛应用于爆破工程, 可以将 大药量分成小药量, 控制单段最大起爆药量。采用 微差爆破可以使后期炮孔较好地利用前期炮孔形成 的临空面, 取得较优的爆破效果。此外, 研究表明, 当微差延时间隔大于50 ms时, 可以避免爆破地震 波叠加[ 14]。因此, 桐庐隧道上台阶掘进爆破采用孔 内外微差起爆技术, 如图4所示。 图4 爆破网路示意图 Fig. 4 Schematic diagram of blasting network 4 爆破振动监测结果及分析 4. 1 测试方法及测点布置 高速公路匝道地表爆破振动强度监测, 可以判 断爆破产生的振动是否对匝道造成影响, 还可依据 匝道地表振动强度及时调整爆破方案, 保证匝道安 全。结合桐庐隧道下穿高速公路匝道情况,采用 Blast-UM型爆破测振仪对杭新景高速公路桐庐段匝 道地表进行爆破振动强度监测, 测点结合匝道地表 情况, 随着掌子面的推进布置, 部分测点布置如图5 所示。 4. 2 测试结果及分析 对隧道下穿匝道段两掌子面掘进爆破产生的匝 道地表振动强度数据进行分析。测点位于隧道上 方, 一般最大振动强度发生在垂直方向[ 15], 因此, 取 掌子面里程分别为DK100 +598、DK100 + 634处垂 向振动强度数据分析, 见表1、 表2。掏槽孔实际装 药为8. 4 kg。图6为测点2振动速度波形图, 图7 为测点4振动速度波形图。 图5 测点布置平面示意图 Fig. 5 Schematic diagram of measuring point layout 56第34卷 第3期 程跃辉, 江 鸿, 陈 伟 隧道下穿匝道爆破振动控制技术及效果分析 万方数据 表1 掌子面A爆破时各测点振动速度峰值 Table 1 The PPV of various measuring points when the tunnel face A blasting 测点序号测点1测点2测点3测点4测点5 振动速度峰值v/(cms -1) 7. 367. 327. 479. 247. 31 表2 掌子面B爆破时各测点振动速度峰值 Table 2 The PPV of various measuring points when the tunnel face B blasting 测点序号测点6测点7测点8测点9测点10 振动速度峰值v/(cms -1) 5. 686. 055. 817. 075. 77 图6 测点2振动速度波形图 Fig. 6 Vibration velocity waveform of measuring point 2 图7 测点4振动速度波形图 Fig. 7 Vibration velocity waveform of measuring point 4 桐庐隧道施工图设计要求爆破时匝道地表 振动速度小于10 cm/ s, 表1、 表2监测数据均未超 过10 cm/ s, 表明隧道掘进爆破时产生的振动强度 在安全允许范围内。 从图6、 图7可以看出, 部分段别形成的爆破地 震波有叠加现象, 但主振位并未叠加, 另外, 爆破形 成的爆破地震波明显的分为4部分, 这是由于采用 了孔外延迟。爆破产生的最大振动强度发生在掏槽 段, 这是由于掏槽孔只有一个临空面, 岩石夹制作用 最大, 炸药单耗最大, 引起的围岩振动强度最大。而 后期炮孔由于布置广, 前期炮孔为后期炮孔创造了 新的临空面, 临空面条件优于掏槽孔, 引起的围岩振 动强度小于掏槽孔。 比较分析表1、 表2的数据, 发现掌子面A爆破 时, 测点3的振动强度大于测点1和测点2, 掌子面 B爆破时, 测点7的振动强度大于测点8和测点6, 表明掌子面爆破时, 掌子面拱顶地表位置的振动强 度并一定最大, 这可能是由岩石性质及地层构造造 成的。 掌子面A、B爆破时, 测点4的振动强度大于测 点2、 测点5, 测点9的振动强度大于测点7、 测点 10, 这是由于掌子面后方已开挖形成空洞, 破坏了隧 道上方围岩的整体性, 导致其上方地表振动强度增 大, 此现象称为空洞效应, 即隧道开挖部分上方的地 表振动强度大于未开挖部分。因此, 对爆破引起的 被保护对象的振动强度监测需考虑是否存在空洞效 应, 否则依据未开挖部分的振动强度采取的爆破方 案可能会对被保护对象造成危害。 此外, 测点4的振动强度是测点2的1. 26倍, 测点9的振动强度是测点7的1. 17倍, 而掌子面A 的埋深为10. 5 m, 掌子面B的埋深为14. 8 m, 掌子 面A的埋深小于掌子面B的埋深, 这表明隧道埋深 越大, 空洞效应越弱。 5 结论 (1) 采用单循环1. 5 m短台阶弱振动爆破开 挖, 孔内外微差技术可以有效地控制爆破振动, 使得 桐庐隧道安全通过高速公路匝道。 (2) 由于岩石性质及地层构造, 掌子面爆破时, 掌子面拱顶地表位置的振动强度并一定最大。 (3) 隧道开挖形成空洞改变了隧道上方围岩的 整体性, 产生空洞效应现象, 即开挖部分上方的地表 振动强度大于未开挖部分。 (4) 隧道埋深越大, 爆破振动放大系数越小, 空 洞效应越弱。 参考文献(References) [1] 张维明, 肖 柳, 卜俊锐, 等.月亮山隧道爆破减震试 验研究[J].爆破,2016,33(2) 23- 27. 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