武隆小净距隧道掘进控制爆破技术.pdf

第2 7 卷第1 期 2 0 1 0 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．1 M a r ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 1 ．0 11 武隆小净距隧道掘进控制爆破技术 张庆军 中铁十一局集团成都地铁项目部，成都6 1 0 0 5 1 摘要针对武隆隧道小净距段爆破施工必须严格控制爆破地震效应的特点，提出了可行的爆破开挖方 案，并根据爆破地震效应的实测研究结果分别给出了隧道净距为7 1 2m 和4 7m2 种工况的爆破参数和 设计图表。所提出的掘进控制爆破技术在施工中的应用表明，爆破方案争爆破参数设计合理，爆破开挖未产 生过大的超挖和固岩扰动，有效地保证了隧道围岩的稳定。隧道净距为7 1 2m 和4 7m 时的振动监测表 明，临近后洞掌子面的前洞边墙最大振动速度为1 6 ．7 5c m ／s 和1 2 ．0 7e m ／s ，满足爆破安全规程的振动控制 一 标准。 关键词爆破振动；声波探测；控制爆破；武隆隧道；小净距 中图分类号T D 2 3 5 ．3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 i o } o i 一0 0 4 4 0 4 C o n t r o l lB l a s t i n gf o rN e i g h b o r i n gT u n n e l A d v a c e m e n ti nW u l o n gT u n n e l Z H A N GQ i n g - j u n C h e n g d uM e t r oP r u j e e tD e p a r t m e n to fC h i n aR a i l w a yllt hB u r e a u G r o u pC oL t d ，C h e n g d u61 0 0 51 ，C h i n a A b s t r a c t I nv i e wo ft h es i t u a t i o nt h a tt h eb l a s t i n gv i b r a t i o nm u s tb es t r i c t l yc o n 心o H e di nW u l o n gn e i g h b o r i n g t u n n e lc o n s t r u c t i o n ，t h ee x c a v a t i n gs c h e m ew a sp u tf o r w a r d ．F u r t h e r m o r e ，t h eb l a s t i n gp a r a m e t e r sa n dd e s i g nc h f l x l so f i n t e r v a ld i s t a n c eo f7 1 2ma n d4 - 7mw e r eg i v e na c c o r d i n gt ot h eb l a s t i n gv i b r a t i o nm o n i t o r e dr e s u l t s ．T h ea p p l i ． c a t i o no ft h ep r o p o s e de o n t r o l lb l a s t i n gt e c h n i q u es h o w st h a tt h eb l a s t i n gs c h e m ei sr e a s o n a b l e ，t h ee x c a v a t i o nd o c s n ’ tC a l l S et h el a r g e ro v e r b r e a ka n dt h es u r r o u n d i n gr o c kd i s t u r b a n c e ，w h i c ha s u n 强t h es t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c k ． T h em o n i t o r e dr e S u h si nc a ∞o fi n t e r v a ld i s t a n c eo f7 一1 2ma n d4 7ms h o w st h a tt h eP P Vo ft h ef r o n tt u n n e lw a l l c l o s et ot h ew o r kf a c eo ft h eb a c kt u n n e la r e1 6 ．7 5c m ／sa n d1 2 ．0 7 e n O sr e s p e c t i v e l y ．w h i c ha g r e e sw i t ht h eS a f e t y R e g u l a t i o n sf o rB l a s t i n g ． K e yw o r d s b l a s t i n gv i b r a t i o n ；w a v ed e t e c t i n g ；c o n t r o lb l a s t i n g ；W u l o n gt u n n e l ；s m a l li n t e r v a l 1 工程概况 武隆隧道位于渝长高速公路武隆至水江段的第 B 2 一l 、B 2 2 合同段内，进口段受地形限制，出口段受土 坎乌江特大桥限制，因而进出口段均设置为小净距隧 道，出口段和进口段小净距隧道路基设计线最大间距 收稿日期2 0 0 9 1 0 3 0 作者简介张庆军 1 9 7 2 一 ，男，高级工程师，工程硕士，E - m a i l z h q j l 9 7 2 1 6 3 ．c o m 。 为2 5m ，进口段小净距隧道路基设计线最小间距 1 6 ．8 9m ，出口段小净距隧道路基设计线最小间距6 ．0 m 。进口段小净距隧道围岩以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主。出口 段小净距隧道围岩以Ⅳ、V 级围岩为主。 武隆隧道小净距段采用爆破方法开挖时，为了 防止隧道围岩和中夹岩岩柱的垮塌，在设计中对爆 破施工提出了如下几点要求 1 2 洞施工不能平行爆破作业，前洞应超前 3 0 5 0m 万方数据 第2 7 卷第1 期张庆军武隆小净距隧道掘进控制爆破技术 4 5 2 必须采用光面爆破技术，严格控制围岩的超 挖量；． 3 在爆破过程中，尽量保护中夹岩岩柱不受破 坏，确保中夹岩柱的稳定； 4 爆破开挖时应控制爆破振动，一般要求爆破 振动速度不超过2 5e r n ／s 。 2 主要研究内容与方法 2 ．1 主要研究内容 以武隆小净距隧道施工为背景，完成以下主要 研究内容 1 对武隆隧道常规爆破方法进行爆破效果分 析与讨论，初步分析该方法产生的爆破振动及其可 能对武隆隧道小净距段施工造成的危害。 2 结合武隆隧道小净距段施工实际情况，进行 爆破地震效应现场试验，研究隧道中间岩柱的振动 特征及其变化规律。 3 进行小净距隧道的控制爆破技术研究，在保 证爆破振动安全的基础上，确定合理单循环进尺条 件下的掘进爆破参数，给出可应用于施工的爆破设 计方案[ 1 引。 2 ．2 研究方法 1 采用声波探测技术对爆破前后围岩的声波 速度进行测试和对比分析，结合现场实际观测情况， 确定武隆隧道常规爆破方法引起的围岩扰动范围， 并探讨该爆破方法对振动效应控制的不足之处。 2 通过在隧道中间岩柱不同位置处进行爆破振 动测试，记录爆破地震波形，获得各测点的振动速度 幅值，研究隧道中间岩柱的振动特征及其变化规律。 3 以隧道掘进爆破设计原理为基础，结合爆破 地震效应现场试验结果，进行武隆小净距隧道掘进 爆破的方案确定及爆破参数设计和施工设计。 3 隧道1 2I l l 净距段常规爆破振动的 测量与分析 选择在武隆隧道1 2m 净距段进行爆破地震效应 试验，该段隧道围岩为Ⅳ。为分析后洞爆破对中间岩 柱的影响及爆破地震波沿隧道轴线的传播规律，在临 近后洞的前洞边墙中部布置1 5 ～1 6 个测点。图l 为 爆破地震效应试验的振动测点布置示意图。 一右线出口方向i善 ．．c ．．一 l I I I I ．一2 一。一2 一。j ．8 ．一3 一．一3 一。一2 ．j 2 一．一2一I 一2 ’．2 ．2 一．一2 一．一3 一I 一3 一． 左线出口方向 图l 爆破地震效应试验的振动测点布置示意图 单位1 1 1 在武隆隧道1 2I n 净距段进行了3 次爆破地震 效应试验的振动测试，共采集到4 5 幅振速波形图。 3 次爆破振动效应试验针对的都是武隆隧道常规爆 破，且3 次试验爆破参数相同 见表1 。表2 为第1 次爆破地震效应试验的振动测试结果。 从3 次试验的地震波形可以看出掏槽段爆破 的药量不是最大，但产生的振动强度最大，是其他段 炮孔爆破振动强度的2 3 倍；最后一个段别炮孔爆 破的药量最大，产生的爆破振动强度却最小。分析 其原因，在于掏槽孔较为集中，而且自由面条件相对 较差；最后一个段别的炮孔均为周边孔，其装药耦合 系数较大，而且炮孔较为分散。 4 隧道7 1 2m 净距段的掘进爆破技术 4 ．1 爆破参数和爆破施工设计 隧道开挖爆破均使用钻头直径为3 8m i l l 的风 动凿岩机钻孔，所有炮孔直径以D 4 0c m 计。爆 破参数见表3 ，炮孔布置见图2 、图3 。 所有炮孔采用非电导爆管一次点火、孔内毫秒 延期起爆，每个炮孔内装入1 发非电导爆管毫秒雷 管，并采用簇并联方式连接，主传导爆管用火雷管引 爆。并保证各段的延迟时间间隔大于5 0m s ，以避 免地震波叠加而产生过大的振动强度。每个炮孔的 雷管段别如表1 所示。图4 为隧道7 1 2m 净距段 的炮孔起爆顺序图。按此起爆网路，隧道7 1 2n l 净距段掘进爆破的单段最大装药量为1 9 ．2k g ，即为 中心掏槽孔爆破的总装药量。 万方数据 4 6 爆破2 0 1 0 年3 月 注1 ．中心掏槽孔垂直深度3 ．6 9m ，其他炮孔垂直深度3 ．5m ； 2 ．周边孑L 用直径2 5m m 的乳化炸药，1 0 0 吕／卷．2 0c m ，其他炮孔用直径3 2m m 的乳化炸药，2 0 0g ／卷- 2 5c m 。 表2 第1 次爆破地震效应试验的振动测试结果 表3 隧道7 1 2m 净距段掘进爆破参数表 注1 ．掏槽孔垂直深度2 ．3m ，其他炮孔垂直深度2 ．1m ； 2 ．周边孑L 用直径2 5m m 的乳化炸药，1 0 0g ／卷．2 0c m ，其他炮孔用直径3 2m m 的乳化炸药，2 0 0g ／ - 2 5c m 。 万方数据 第2 7 卷第1 期张庆军武隆小净距隧道掘进控制爆破技术 4 7 图2 隧道7 ～1 2m 净距段的炮孔布置图 单位c m 图3 隧道7 1 2m 净距段爆破的掏槽孔 局部布置图 单位c m 1 2 图4 隧道7 1 2m 净距段的炮孔起爆顺序图 4 ．2 爆破技术的应用效果 武隆隧道7 1 2m 净距段掘进爆破设计单循环 进尺2 ．1m ，实际单循环进尺为2 ．0m 左右，炮眼利用 率约9 5 ％。从现场观察来看，爆破后岩体块度较小。 爆堆较为集中，大部分爆堆位于距掌子面5 6m 范 围内，岩块的最大水平抛距小于1 5n l 。爆破后，开挖 边界较为平整、光滑，除几处由于软弱岩层的影响而 出现局部超挖0 ．2 5r l l 左右，开挖误差都控制在0 ．1 0 ．0 ．1 51 3 1 范围内，未出现欠挖情况。单循环爆落岩石 量约1 6 4m 3 ，其实际炸药单耗为0 ．7 8k g ／m 3 。 爆破时对中夹岩柱的振动进行监测，测点布置 在临近后洞的前洞边墙中部，结果表明，爆破时测点 的质点振动速度最大值为1 6 ．7 5c m ／s ，未超过我国 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - 2 0 0 3 中的交通隧道安 全允许振速 1 0 一2 0c m ／s 。对中夹岩柱表面的初 期支护的宏观调查也表明，初期支护喷射的混凝土 没有出现裂缝，爆破对初期支护没有产生任何危害。 对隧道爆破前后的岩体声波探测，发现爆破后 围岩的扰动范围较小，扰动范围基本在5 0c m 以内， 在此范围内，与爆破前相比，爆破后岩体声波速度没 有明显降低。施工过程中，掌子面附近边墙未出现 垮塌情况。 5 隧道4 - - 7m 净距段的掘进爆破技术 相对于7 1 2r n 净距段，武隆隧道在4 7n l 净 距段由于中夹岩柱宽度更小，在该段的爆破振动控制 要求也将更加严格。为了确保施工安全．在7 1 2m 净距段爆破控制技术的基础上，须将单段药量进一步 减小。在武隆隧道4 7m 净距段的后洞开挖拟采用 进尺为1 ．3n l 的短进尺、弱爆破的掘进方法。 武隆隧道4 7m 净距段掘进爆破设计单循环 进尺1 ．3I n ，实际单循环进尺为1 ．2m 左右，炮眼利 用率约9 2 ％。从现场观察来看，爆破后岩体块度较 小。爆堆较为集中，大部分爆堆位于距掌子面41 1 1 范围内。岩块的最大水平抛距小于为1 01 3 1 。爆破 后，开挖边界较为平整、光滑，开挖误差控制基本在 0 ．1 5m 范围内，未出现欠挖情况。单循环爆落岩石 量约1 0 0I n 3 ，其实际炸药单耗为0 ．7 7k g ／m 3 。 下转第5 7 页 万方数据 第2 7 卷第1 期李朝斌观音岩水电站右岸导流明渠爆破技术 痕迹达9 5 ％以上。 5 岩面上的岩体完整，药卷所在位置处均未出 现明显的爆破裂纹。 6 预裂孔孔位存在微小偏差，最大不超过1 0 c m ，需进一步改进。 7 预裂孔个别部位打成了剪刀型、“八”字型， 适选用用于实际施工中的坡比尺和增加地质罗盘， 提高检查倾角和方位角的精度，以减少倾角及方位 角的误差。 8 缓冲孔间距2 ．5m ，距预裂孑L1 ．8I T I ，距主爆 孔2 ．0m 较为适宜。 9 根据预裂面成型情况 半孔率，平整度，岩面 裂纹情况等 ，预裂孔孔距取8 0c m ，线装药密度取 2 3 0g ／m 较合适。 参考文献 [ 1 ]龙维祺．全国爆破工程技术人员培训教材爆破工程 下册 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 5 2 - 5 3 ． [ 2 ]王海亮．高等学校教材铁路工程爆破[ M ] ．北京中 国铁道出版社，2 0 0 1 1 0 8 ．1 0 9 ． [ 3 ] 陈飞． [ s ] ．北 京中国电力出版社，2 0 0 2 6 3 ． [ 4 ] 李朝斌．耒中水电站厂房基坑岩体的爆破开挖[ J ] ．四 川水力发电，2 0 0 1 ，2 0 3 9 5 - 9 6 ． 上接第4 7 页 爆破时对中夹岩柱的振动进行监测，测点布置在 临近后洞的前洞边墙中部，结果表明，爆破时测点的 质点振动速度小于1 5e r n ／ s ，质点振动速度最大值为 1 2 ．0 7c n V s 。对中夹岩柱表面的初期支护的宏观调 查也表明，初期支护喷射的混凝土没有出现裂缝。 对隧道爆破前后的岩体声波探测，发现爆破后 围岩的扰动范围较小，扰动范围基本在3 5c m 以内， 在此范围内，与爆破前相比，爆破后岩体声波速度没 有明显降低。施工过程中，掌子面附近边墙均未出 现垮塌情况。 6 结论 1 武隆隧道小净距段的中夹岩柱在爆破地震 作用下的振动为高频振动，振动主频普遍在1 0 0H z 以上，爆破地震主频波与隧道中夹岩柱产生共振的 可能性较小，爆破地震的这种主频特征有利于震害 的控制。 2 隧道爆破中掏槽孑L 爆破的药量不是最大，但 产生的振动强度最大，降低或消除小间距隧道爆破 震害的关键是控制掏槽孔爆破的振动效应。 3 在距离爆源水平距离2 0r n 内，无论是在隧 道掘进方向还是其反方向上，中夹岩柱的振动速度 沿隧道轴线的变化并不随着水平距离的增大而出现 减小的趋势。这可能是由于前洞开挖过后，小间距 隧道的中夹岩柱已不是自然状态下的岩体结构，而 成为了一种起到支撑作用的厚板型工程结构，相对 于自然状态下的岩体结构，这种类似于工程结构的 岩柱在爆破地震作用下的振动特性已经发生改变。 4 在小净距段进行掘进爆破时，为保证各段装药量 引起的地震波不致发生明显的相互叠加，以便更好地控 制爆破振动，相邻段别的微差时间应不小于5 0 瞄。 5 在隧道净距7 1 2m 和4 7m 处分别采用 单循环进尺为2 ．1m 、1 ．3m 的全断面爆破方案是可 行的，其相应的单段最大药量应分别控制在1 9 ．2k g 和9 ．6k g 内。按照本文给出的武隆隧道小间距段 爆破参数、炮孑L 布置方式和起爆方法，能保证炮孑L 利 用率达到9 0 ％以上，爆破岩块的块度适中，便于铲 装、运输，又能使隧道开挖边界平整，未出现严重超 挖。掘进爆破的振动监测表明，隧道净距为7 一1 2 I T I 和4 7m 时，临近后洞掌子面的前洞边墙最大振 动速度为1 6 ．7 5c m ／s 和1 2 ．0 7c m ／s ，满足爆破安全 规程的振动控制标准。 参考文献 [ 1 ]张继春．浅埋隧道掘进爆破的地表震动效应试验研究 [ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 2 2 41 5 8 ．41 6 3 ． [ 2 ] 谭忠盛，杨小林，王梦恕．复线隧道施工爆破对既有隧 道的影响分析[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 3 。 2 2 2 2 8 1 - 2 8 5 ． [ 3 ] 王明年．临近隧道爆破振动响应研究[ J ] ．岩土力学， 2 0 0 4 ，2 5 3 4 1 2 4 1 4 ． [ 4 ] 毕继红，钟建辉．邻近隧道爆破震动对既有隧道影响 的研究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 4 ，l o 4 6 9 - 7 3 ． [ 5 ]郭建群，张继春．穿越高楼下的浅埋隧道掘进控制爆 破技术[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 2 8 - 3 0 ． [ 6 ] 陈华腾，钮强．爆破计算手册[ M ] ．沈阳辽宁科学 技术出版社，1 9 9 1 ． 万方数据