穿越高楼下的浅埋隧道掘进控制爆破技术.pdf

第 “卷第期 “ “ 年月 爆破 “ 文献标识码 * , - * . . / 0 . 1 2 , 3 4 / 5 6 3 7 8 / 9 * - ; 5 1 0 / - 3 4 6 8 3 . 0 3 4 2 “ 2 Y “ 9 Z 2 ; “ “区段， 人和场隧道下穿闹 市街区和幢/ 层的居民住宅楼， 其顶部与高 层建筑桩基底的最小距离仅 “7。 隧道围岩多属“、级， 岩性以泥岩夹砂岩为 主。岩石的脆性较大， 普氏系数为2 “， 可爆性 好。岩层为单斜构造， 岩层倾角 “ [ Y [， 有三组同 向延伸的节理较发育。按照设计要求， 在隧道掘进 施工过程中应保证爆破地震不危及地表建筑物的安 全， 并将掘进爆破引起的地表振动速度控制在 6 7／I内。因此， 必须运用控制爆破技术， 合理选择 爆破开挖方案、 确定爆破参数， 严格控制单段最大装 药量， 以便将爆破震动控制在允许范围内， 使隧道施 工能够安全快速地通过高楼区。 万方数据 掘进爆破方案 人和场隧道在非闹市区采用全断面掘进爆破施 工， 因一次开挖断面较大， 单段最大装药量在 “ 以上， 爆破地震效应十分明显， 在与爆破掌子面相距 “范围内的地表振动速度多大于’ ／。通过 分析现场爆破震动的监测结果发现， 隧道在下穿高 楼时， 为降低爆破震动， 保证地表建筑物的安全， 同 时尽可能减少爆破次数， 确保循环进尺和工程总体 进度， 采用上断面短进尺、 下断面深进尺的分步掘进 方案。 上断面掘进高度* ， 开挖面积 , ， 上断 面布置垂直楔形掏槽孔， 一次掘进爆破成形， 单循环 进尺控制在 * ,之间 （高楼正上下为 * ， 随着掌子面与高楼的距离增大， 循环进尺也加 大） 。下断面采用水平炮孔爆破开挖， 掘进断面 ’ ， 单次爆破进尺为*。为保证隧道开挖边界平 整， 减小爆破震动， 所有周边孔均采用光面爆破。 为便于施工作业， 上断面始终超前下断面 “ 以上。 同时为了进一步保证施工安全， 在爆破掘进过 程中， 对节理裂隙发育地段进行超前固结灌浆， 提高 岩层的自稳能力， 减少围岩扰动。 ’ 爆破参数设计计算 上、 下断面开挖爆破均使用钻头直径为’ - 的风动凿岩机钻孔， 所有炮孔直径都以. “ 计。 ’ 上断面掏槽、 崩落爆破参数 （） 炮孔深度 炮孔深度不仅决定着爆破循环进 尺与掘进速度， 而且影响爆破效果， 是爆破地震效应 的主要影响因素之一 ［］ 。 由于岩体属中等硬度， 且具有较大的韧性， 若选 取的炮孔深度过大， 岩体爆破的夹制性也大， 炮孔利 用率低， 并且还可能形成爆破的内部作用， 产生强烈 的爆破地震效应， 甚至破坏围岩的完整性。通过掘 进爆破试验发现， 在高楼下进行短进尺爆破时， 崩落 炮孔的深度取 ,较为合理， 掏槽孔超深 “ 。 当掌子面与高楼相距 “以上时， 崩落炮孔的深 度可增大至’ “。 （） 炸药单耗 隧道掘进爆破的炸药单耗主 要与岩性和开挖断面积有关， 由 （） 式给出 ［］ “ . ／ （） 式中， 为炸药单耗， ／ ’， 为岩石普氏系数； 为开挖断面积， “ - 时， 按 -计。 按 （） 式计算得/ “ - “ . ／ ’， 取 “ 0 * ／ ’。 （’） 炮孔间距 高楼正下方爆破时， 每对掏槽孔 的孔口距选取为 .， 孔底距取为 “ ； 同排相 邻掏槽孔距取为’ “ ； 掏槽孔两侧布置的辅助孔 距取为. “ ， 拱部的崩落孔距取为, “- “ ， 掌 子面距高楼 “远时， 每对掏槽孔的孔口距取 - ， 孔底距取为 “ ； 同排相邻掏槽孔距仍为’ “ ； 掏槽孔两侧布置的辅助孔距取为* “ ， 拱部的 崩落孔距取为0 “ “ “ 。 上断面周边孔爆破参数 （） 拱部周边孔光面爆破参数 光面爆破的最小 抵抗线 （光爆层厚度） /* “1 “ 。炮孔间距 按照光面爆破的炮孔密集系数选取。一般地，’“ ／““ * “； 由于光面爆破孔距通常为炮孔 直径的 “ -倍， 考虑到拱部边界控制要求较高， 取炮孔间距/ . * 。装药不耦合系数取 - “。线装药密度“取为“ “ * ／（考虑 孔底加强装药后的全孔平均值） 。 （） 边墙周边孔爆破参数 炮孔间距取为* “ * * ， 线装药密度“取为“ * “ ’ * ／。 （’） 底板孔爆破底数 底板孔距取为0 * “ * （高楼下方时则取为, “, * ） ， 底孔装药系数 取为“ * * “ 1 “。 ’ 下断面爆破参数 上断面开挖后， 为下断面提供了一个上向自由 面。由于下断面开挖属于拉槽爆破， 在确保爆破震 动小于安全允许值的条件， 为增加单循环进尺， 设计 采用水平中深孔爆破开挖下断面。 （） 炮孔深度 为避免单段装药量过大而造成强 烈的地震效应， 经现场爆破振动测量与分析， 炮孔深 度取* “为宜。 （） 头排主爆孔抵抗线与排距* 由于是以 台阶上表面作为最小抵抗线， 爆破岩体必须克服重 力做功， 才能保证爆破效果， 所以头排孔的抵抗线不 宜过大。然而， 若抵抗线过小， 则可能形成抛掷作 用， 造成爆破飞石砸坏隧道的初期衬砌。为此， 选取 抵抗线为 “ ， 后排主爆孔的排距为“ 0 。 （’） 炮孔间距 边墙周边孔距为1 *, “ ， 底 板孔距为“ 0 “。主爆孔间距与排距、 炮孔密 集系数’有关， 通常按式“’ *计算。 式中，’一般取“ , .； *为排距， 因采取 上向爆破，’可取为 ， 主爆孔间距取为 “ 。 （.） 炸药单耗 在泥砂岩中进行小台阶爆破 0 第 “卷第期郭建群等穿越高楼下的浅埋隧道掘进控制爆破技术 万方数据 时， 其炸药单耗通常取为 “ “ ’／ ， 考虑 到 水 平 孔 爆 破 的 特 点，设 计 将 炸 药 单 耗 取 “ “ ’ ／ 。 爆破施工设计 “ * 上断面施工设计 （*） 炮孔布置 按上述参数， 进行炮孔布置， 针对 高楼正下方 （ , * -. . / .） 隧道爆破和掌子面 距主楼* 以上距离两种情况所有炮孔布置如图 *、 图所示。 图*高楼下方上断面掘进炮孔布置 （单位 0 ） 图距高楼* 以上断面掘进炮孔布置 （单位 0 ） （） 装药结构与单孔装药量 除周边孔采用轴向 空气间隔装药外， 其余炮孔均采用连续装药结构。 拱部周边孔使用直径 、 长 0 、 质量* ’ 的卷状乳化炸药； 底板孔使用直径 、 长 0 、 质量 ’的卷状乳化炸药； 其余炮孔均使用 直径 、 长 0 、 质量* ’的卷状 “岩石 铵梯炸药。 各类炮孔的单孔装药量列于表*中。每个炮孔 装药后的剩余孔段全部堵塞。 （） 起爆顺序与起爆方法 为保证既将爆破引起 的地表振动速度控制在0 ／ 1以内， 又能获得较好 的爆破效果， 便于铲装、 运输的顺利进行， 必须严格 限制单段最大装药量的同时， 尽可能使掏槽孔、 各类 同排炮孔同时起爆。因此， 起爆顺序为 所有掏槽孔 首先同时起爆， 然后依次为辅助孔、 崩落孔、 边墙周 边孔、 底板孔和拱部周边孔， 其中辅助孔、 崩落孔又 按先内后外的顺序逐排起爆。 表*上断面掘进爆破的单孔装药量 爆破 位置 炮孔类型 炮孔长度 ／ 炮孔数量 ／ 个 单孔装药量 ／ ’ 装药量小计 ／ ’ 高 楼 正 下 方 掏槽孔 辅助孔 崩落孔 拱部周边孔 边墙周边孔 底板孔 “ * “ * “ 2 * “ * “ 3 * “ 3 * “ 3 * “ 2 . * 2 . 2 “ / 2 “ 2 “ 3 “ “ * “ 2 “ . “ * “ “ “ 2 “ 距 高 楼 * 远 掏槽孔 辅助孔 崩落孔 拱部周边孔 边墙周边孔 底板孔 “ “ “ “ “ * “ * “ * * 3 * 2 * 2 . 2 * “ 3 * “ * * “ “ “ * “ . * 3 “ * 2 “ 3 “ “ “ * “ 3 每个炮孔所装的雷管段别如图*、 图所示。 在高楼下方和距高楼* 远时上断面掘进爆破的 单段最大装药量分别为2 “ .、 * 3 “ ’， 即为掏槽爆 破的总装药量。 “ 下断面施工设计 （*） 炮孔布置 按上述参数计算， 炮孔布置的具 体形式与尺寸如图所示。 图下断面水平深孔台阶爆破炮孔布置 （单位 0 ） （） 装药结构与单孔装药量 装药结构与上断面 相同。除底板孔使用单卷质量为 ’的乳化炸药 外， 其余炮孔均使用单卷为* ’的 “岩石铵梯炸 药。各炮孔的单孔装药量列于表中。装药后各炮 孔全部堵塞。 表下断面水平深孔台阶爆破的单孔装药量 炮孔 类型 炮孔深度 ／ 炮孔数量 ／ 个 单孔装药量 ／ ’ 装药量小计 ／ ’ 雷管 段别 头排主爆孔 二排主爆孔 三排主爆孔 中间底板孔 两侧底板孔 周边孔 . “ “ “ “ “ “ / * “ 3 “ 2 / “ / “ / “ 3 “ / “ * * * * * （下转第 .页） 爆破 年月 万方数据 围岩抗爆性而定， 装药集中度可选用“ ’ ／。 * 辅助孔 当炮眼深度小于*时， 所有药卷均采用相同 直径的药卷， 当炮眼深度大于*时， 则底部采用 大直径药卷柱状装药。孔口用炮泥或水泥纸塞紧， 每孔用药量按围岩类别计算。 周边眼装药结构 合理设计周边眼的装药结构是确保光面爆破成 功的关键。目前， 国内外多采用不偶合多段空气柱 间隔装药。炮孔直径为, ， 孔深* （依围岩类别而定） ， 采用直径为* 的* “岩石 卷状炸药。施工中， 按设计先把药卷间隔捆绑在竹 片上， 然后一起放进光爆孔内。 - 钻爆作业 全断面一次爆破的效果， 取决于钻爆设计的合 理性及严格的施工操作和管理， 要掌握好钻孔， 装药 和起爆三个关键环节。 使用气腿式手风钻钻眼时， 风钻工应掌握好钻 孔方向， 除周边炮孔外插* . .、 底板炮下插 . , . 外 （外插炮根宽度不大于“ */ ） ， 其它炮孔方向均 平行于洞轴线才能获得理想效果。 使用凿岩台车钻眼时， 确保钻眼精度的关键是 凿岩台车的工作位置应平行于中线， 并保持机身水 平， 操作前认真对位， 让自动平衡器保持钻臂方向不 变， 才能获得较好的效果。 当围岩出现竖向节理或水平节理， 且与周边炮 孔方向夹角很小时会影响钻孔方向， 或顺节理崩落， 造成超欠挖， 此时应适当调整外插角的大小， 钻头过 层理面时， 减小钻插抵力， 使钻杆沿设计方向前进。 参考文献 ［“］ 刘殿中工程爆破使用手册 ［0］北京 冶金工业出版 社， “ 1 1 1 2 ［*］ 龙维祺爆破工程 （下册）［0］北京 冶金工业出版 社， “ 1 1 2 ［］ 张奇预裂和光面爆破炮孔间距的计算与比较 ［3］ 矿山技术， “ 1 4 4 （） “ 5 , 2 ［,］ 李彪， 张子新京珠高速公路石门坳隧道开挖中光面 爆破效果探讨 ［3］爆破， * （*） 5 2 ［］ 庄金剑等2定向断裂掏槽技术试验与分析 ［3］ 2爆破， * * 2 “ 1 （*） “ 4 5 * 2 （上接第 页） （） 起爆顺序与起爆方法 下断面爆破的起爆顺 序为 主爆孔、 中间底板孔、 周边孔、 两侧底板孔， 仍 采用非电导爆管一次点火、 孔内毫秒延迟起爆系统。 各炮孔的雷管段别如图所示， 其单段最大装药量 为1 ’。 结论 （“） 在人和场隧道穿越高楼区时， 采用上断面 “ * -进尺、 下断面 进尺的分步掘进方 案是可行的， 既能有效地控制爆破地震效应， 又能保 证工程进度， 为类似的隧道爆破施工提供了一个可 借鉴的实例。 （*） 在高楼下方的掘进爆破选取“ 的单循 环进尺， 并将单段最大装药量限定在“ ’内， 而在 距高楼“ 以远时， 将单循环进尺增大为* -， 单段最大装药量限定在“ 4 ’内， 都能使爆破引起 的高楼底层的地表振动速度控制在允许的*/ ／ 6 范围内， 相应的最大质点振动速度分别为“ */ ／ 6 和“ / ／ 6。 （） 在隧道开挖断面积一定的条件下， 存在一个 合理的单循环进尺， 其相应的炸药单耗最低， 炮孔数 目最少。目前常用的掘进爆破炸药单耗计算公式或 炸药消耗定额只适用于合理的单循环进尺时的炸药 单耗确定。 （,） 按照本文给出的上、 下断面爆破参数和炮孔 布置方式与起爆方法， 既能保证炮孔利用率达到 1 7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， 避免欠挖， 减少超挖， 有效 地保护围岩稳定性。 参考文献 ［“］ 郗庆桃2隧道爆破震动控制技术 ［3］ 2爆破，“ 1 1 4，“ （,） 4 5 4 - 2 ［*］ 陈华腾， 钮强2爆破计算手册 ［0］ 2沈阳 辽宁科学 技术出版社， “ 1 1 “ 2 ［］ 张继春2工程控制爆破 ［0］ 2成都 西南交通大学出版 社， * “ 2 4 爆破 * 年月 万方数据